某型燃機可調引射器套筒軸向磨損故障分析

摘 要：文章通過對某型燃機排氣裝置可調引射器套筒零件軸向磨損故障分析認為：因可調引射器搖臂、下座等零件尺寸、結構設計不合理，導致排氣裝置在臺架長試過程中，出現搖臂、下座、套筒等零件軸向磨損故障。而零組件軸向磨損將直接導致部分零組件因報廢而需要進行更換、臺架長試被迫停止，增加返工、返修成本、更主要的是降低了某型燃機排氣裝置可靠性及使用壽命。通過對故障機的分解、檢查和故障分析，制定有效的質量改進措施。某型號燃機排氣裝置可調引射器套筒零件軸向磨損故障得到了根本的解決。

關鍵詞：排氣裝置；套筒零件；軸向磨損；設計改進

1 引言

某型燃機排氣裝置在某研究所進行臺架長試過程中，在試車后第03次下臺分解檢查時發現：排氣裝置可調引射器組件經點火試車后，有3～4處的套筒零件由于積碳和變形導致擺桿軸向行程出現卡滯或研死現象（通過對某臺可調引射器的停車檢查發現，套筒零件也存在上述故障現象）。該故障占每臺可調引射器套筒零件故障率的40%以上（套筒零件在可調引射器組件上為7處延圓周方向均布），即每一臺份排氣裝置可調引射器的套筒零件平均有3處存在擺桿軸向行程卡滯或研死現象，嚴重時將導致套筒零件軸向磨損故障。該故障不僅影響一次試車合格率，而且影響排氣裝置的可靠性及使用壽命。

根據故障現象，某研究所設計人員對某型燃機排氣裝置制定了可調引射器組件套筒零件及相關零組件修復后、重新試車的技術決定。經對故障機返工、返修工藝規程參數、相關零件設計改進的評審、論證，及對修復件的檢查、更換，按照技術決定單要求，恢復可調引射器的裝配、靜態打壓試驗、重新交付、臺架試車。通過試車過程的跟蹤驗證，某型號燃機排氣裝置試車合格率100%通過。

2 故障現象

某型燃機排氣裝置，零件號為某型燃機的可調隱射器組件在某所進行臺架長試過程中，在設計要求試車后第03次下臺分解檢查時發現：

2.1下座存在一處磨損嚴重，相同位置的擺桿及配合搖臂花鍵鍵齒配合情況出現異常（軸向磨損5mm、研死）。

2.2 套筒（7件）其中，1件端面磨損（5mm）。

2.3 搖臂（7件），其中1件端面磨損。

2.4 擺桿（7件），其中1件端面磨損。

2.5 調節片（7件），其中1件端面磨損。

2.6 球頭（7件），其中1件端面磨損。

3 原因分析

從下座、擺桿等零件設計參數及安裝結構分析，當排氣裝置正常工作，高溫燃氣通過可調引射器時，下座和搖臂在高溫狀態下將出現熱膨脹變形。而下座與搖臂（徑向和軸向）的設計配合間隙不能完全消除其變形量，結果導致搖臂前部與下座出現軸向頂死現象（一處或多處）。同時，高溫燃氣形成的積碳加劇了下座與搖臂徑向配合間隙的惡化，造成下座與搖臂零件徑向研死故障（一處或多處卡滯或研死）。但可調引射器裝置前安裝邊組件在作動筒的作用下繼續對其它關聯件實施拉動，最終導致上述下座、擺桿等關聯件發生端面和球面部位磨損，調節片不能正常開啟，燃機排氣裝置的可靠性和壽命下降。

4 改進措施

通過對排氣裝置可調引射器故障現象及故障原因分析及判定，可調引射器下座、搖臂等零件的尺寸設計和安裝結構、配合間隙不合理，是造成可調引射器多個零組件磨損故障的主要原因。

同時，根據可調引射器零組件磨損情況和故障現象，通過反復核對、論證主要零部件的設計結構、相互間安裝及配合間隙等參數的因果關系，對可調引射器多個零組件磨損故障制定了如下永久性質量改進措施。

4.1 搖臂零件尺寸的改進

通過搖臂與下座的安裝結構可以得出，搖臂的外徑設計尺寸為￠20.0-0.13、長度尺寸52.0-0.19與下座內徑設計尺寸￠20+0.130及長度尺寸52.1mm配合時，搖臂與下座配合的軸向竄動量按自由公差計算不大于0.2mm，徑向間隙0.26max（直徑方向）。當可調引射器在工作狀態下，高溫燃氣將導致搖臂發生熱膨脹（軸向頂死變形、徑向間隙減小），而造成搖臂不能在下座的支撐下正常進行往復圓弧曲線運動，從而影響調節片不能正常開啟。

保持搖臂零件外徑￠20.0-0.13尺寸不變，將長度52.0-0.19尺寸更改為50.0-0.19mm，保持下座與搖臂的徑向配合間隙不變，將軸向配合長度由原尺寸35.6縮短2mm，使搖臂與下座的軸向配合長度始終保持在16.5mm范圍內。以改變在高溫燃氣作用下因搖臂受熱膨脹而與下座的軸向配合間隙過小而出現“頂死”故障。

4.2 下座零件的尺寸改進

從搖臂與下座零件的設計中可以得出，搖臂與下座零件的軸向設計要求的配合長度為16.5mm，徑向配合間隙為0.26max。當可調引射器在高溫燃氣工作狀態下，在搖臂與下座的徑向配合面容易產生積碳堆積（因下座零件為盲孔，積碳不易排出），從而導致搖臂與下座的往復圓弧曲線運動出現“卡滯”，嚴重時將出現“卡死”故障。

在保證搖臂與下座原有配合間隙和配合長度（將下座長度尺寸35.6mm縮短2mm，保持搖臂與下座的軸向配合長度為16.5mm不變）的基礎上，采用電火花加工方法，在下座零件外經52.1mm的長度范圍內，切出延圓周方向均布的￠5×22mm的腰型排氣孔3條。當高溫燃氣通過下座與搖臂配合的內腔道時，高溫燃氣產生的積碳通過下座的排氣孔得到釋放，而不能產生積碳堆積。

5 結束語

針對排氣裝置可調引射器搖臂、套筒等零件的磨損故障進行的分析、改進、論證以來，通過對某型號燃機排氣裝置可調引射器后批次產品的跟蹤驗證，上述結構件的質量改進措施有效。交付某研究所的排氣裝置產品未再次出現套筒、搖臂等零組件的磨損故障。因此，可以得出如下結論：

（1）原因分析定位準確；（2）故障復現過程清楚；（3）改進結果經驗證，效果明顯；（4）修復措施、設計改進滿足產品設計和驗收要求；（5）質量改進措施有效，某型號燃機排氣裝置試車合格率100%通過，最終實現了產品無故障交付。