“恒發”輪柴油機拉缸的原因分析及預防

福建 方小明

柴油機拉缸，是指在活塞環的運動范圍內氣缸內壁出現明顯的縱向機械劃痕和刮傷，嚴重時發生活塞脫頂或“脹缸”事故。拉缸是柴油機的一種重大事故，應引起駕駛和維修人員的高度重視。

1 拉缸的磨損機理

柴油機拉缸的機理，直觀地說是由于兩個摩擦表面之間沒有油膜存在而產生的一種局部金屬熔著現象，這種形式的金屬表面損壞是粘著磨損。氣缸與活塞組在潤滑不良的情況下滑動時，兩者有微小部分金屬面直接接觸，兩種金屬由原來的液體摩擦變成固體間的干摩擦或半干摩擦，產生局部高溫，導致接觸點處發生組織變化、軟化，甚至熔融、撕脫，逐步擴展造成粘著磨損。熔著擴展將導致大范圍異常磨損，氣缸壁、活塞、活塞環快速受到嚴重損傷，在氣缸壁表面上呈現熔融流動狀態，顯出不均勻、不規則邊緣的溝痕和皺褶，就會形成拉缸。

2 柴油機拉缸的原因分析

產生拉缸的原因很多，總的來說有三個方面：使用因素、裝配因素、制造加工因素。

2.1 使用因素

(1)不按規定進行磨合，柴油機運行初期(包括大修后)，由于零件加工表面較粗糙，加工后的形狀和裝配位置都存在一定的誤差，配合間隙也較小，因此零件磨損和機械損失很大。因此在磨合期內運轉時，必須嚴格遵守磨合規定，以保證磨合的質量。主要規定包括：減輕負載、限制運行轉速、選擇優質燃潤料，及加強磨合維護等。

(2)潤滑油使用不當，一般船用柴油機熱負荷大、溫度高、工作條件苛刻，應按規定選用合適的潤滑油。如果不按規定要求選用潤滑油或粘度不合適，將會導致柴油機拉缸。這是因為潤滑油粘度過大，其流動性差，特別是在低溫起動時，不易快速到達摩擦表面，加速了柴油機的磨損；潤滑油的粘度過小，易造成潤滑油自摩擦面流失，不能形成可靠的潤滑油膜，也會加劇氣缸的磨損。因此，要求潤滑油的粘度選擇要恰當。

(3)柴油機水溫過高，柴油機工作時，冷卻水的正常溫度應保持在80℃～90℃，此時柴油機可輸出最大功率，燃油消耗最經濟，機件磨損也不大。如果冷卻水的溫度過高，柴油機金屬零件長時間在高溫作用下，強度、彈性和耐磨性會下降；同時高溫使活塞熱膨脹量超過限值，將配缸間隙完全消除，造成活塞在氣缸內卡死。此外，潤滑油在高溫下粘度變小，使氣缸壁上不能形成可靠油膜，使活塞環與氣缸壁間形成干摩擦或半干摩擦而拉缸。造成柴油機水溫過高的主要原因有：冷卻系中水量不足、海淡水熱交換器和水套內壁水垢過多、水泵泵水效能欠佳等。

(4)嚴重超負荷，如果船舶超載航行，就要求柴油機輸出功率增大，氣缸內平均指示壓力增加，易引起水溫、油溫升高，氣缸油粘度下降，氣缸壁上的油膜因缸壁溫度的升高和氣缸油的變稀而受到破壞，從而加劇氣缸的磨損。因此柴油機應避免長時間超負荷運轉，以免發生拉缸事故。

2.2 裝配因素

(1)活塞選用不當，在選配活塞時，如果選用的活塞硬度與氣缸壁硬度配合不當，就容易引起拉缸事故的發生。如果活塞質軟，熱膨脹系數大，高溫時強度差，當柴油機在高速運轉、溫度升高、氣缸油稀薄的情況下，活塞受力面的合金極易熔化而形成粘缸，最后發生拉缸。

(2)活塞裝配間隙過小，活塞與氣缸的裝配間隙有嚴格規定，間隙小，熱車時可能會“拉缸”。因此裝配活塞時應嚴格控制其配缸間隙。檢測配缸間隙時，可將不裝活塞環的活塞放置在氣缸內，用規定厚度、長度、寬度的塞尺塞在活塞與氣缸壁之間，在規定點處測得間隙值，應在許用范圍內。

(3)活塞環的搭口間隙太小，活塞環在氣缸內受到高溫影響會膨脹，而環的膨脹受氣缸限制不能自由伸展，只有向活塞環的搭口間隙處伸展。如果活塞環的搭口間隙太小，便會發生軋環或斷環的現象，最后形成拉缸。裝配活塞環時要注意檢查其搭口間隙是否符合技術要求。從一些柴油機拉缸的實際情況看，環的搭口間隙過小是造成拉缸的不可忽視的原因。

(4)活塞銷卡環漏裝或彈力不足漏裝活塞銷卡環的作用是卡住活塞銷，防止活塞銷軸向竄動。若裝配時忘記裝此卡環，則工作中活塞銷就會因軸向位移而刮傷氣缸壁，形成拉缸。另外，如果活塞銷卡環失去彈力后繼續使用，卡環就不能靠其彈力緊緊貼合在卡環槽內，容易脫落，最終導致活塞銷損傷氣缸套而拉缸。

2.3 制造加工因素

(1)活塞橢圓度的影響，活塞在工作中由于金屬分布不均勻和受熱、受力等原因，造成活塞在活塞銷軸線方向膨脹量大。因此，在制造加工時預先將活塞制成橢圓形，其短軸方向為銷座孔軸線方向。這樣在全負荷工作時，活塞裙部將變成圓形，以保證活塞與氣缸周圍間隙接近均勻。如果橢圓度不足，可能會導致活塞在氣缸中卡死；若橢圓度過大，將使活塞與缸壁的實際接觸面積減小，也使磨損和拉缸的傾向增大。

(2)活塞錐度的影響，活塞在工作中受熱變形，為了使活塞在工作中能有一個合理的形狀，與氣缸壁保持均勻的間隙，柴油機活塞都制成上小下大的錐體。通過對一些柴油機拉缸活塞的分析，裙部錐度在0．04 mm以下容易拉缸。拉痕為三角形和八字形的拉缸活塞，可能與錐度過小有關。

(3)活塞表面硬度的影響活塞表面硬度對拉缸有極大的影響。通過對一批拉缸和不拉缸活塞表面硬度進行測量，發現發生拉缸的活塞表面硬度普遍比不拉缸活塞的硬度低HBl0～HB30。活塞熱處理過程中升溫速率、淬火溫度和保溫時間等某一參數稍有偏差，則會產生表面硬度低，活塞的內應力不能完全消除，使活塞金相組織處于不穩定狀態，在大負荷中遇到高溫，容易產生異常膨脹變形現象，造成拉缸。

3 拉缸的主要預防措施

(1)對新的和大修后的柴油機，一定要先經過磨合，即在保持良好潤滑的條件下，按照轉速從低到高，負荷由小到大的原則，認真按照規定的磨合程序操作，然后才能投入正式的負荷運轉。

(2)按照使用說明書的要求，正確選配活塞裙部與氣缸套之間的間隙、活塞環的搭口間隙。同時要保證氣缸套的尺寸精度。

(3)保持冷卻水正常工作溫度，避免柴油機過熱。低溫下柴油機啟動前應采取暖缸措施。

(4)合理操作使用柴油機，不要超負荷作業，不要迅速加速。

(5)維護好潤滑系統，氣缸油選用符合要求，防止機械雜質和積炭混入氣缸油內而加劇氣缸磨損。