船用氣缸套裂紋產生的原因及應對措施

鄧春華

（武漢船舶職業技術學院，武漢 430050）

0 引言

近年來由于柴油機機型的改型，柴油機燃油價格不斷上漲，為節約成本，使用重油越來越普遍，因此氣缸套發生裂紋及斷裂的情況反映較多，不僅增加了維修和輪管的工作量，而且給客戶造成較大的經濟損失，并且對企業長期以來具有的良好產品質量和信譽帶來一定影響。

使用重油和改型缸體發生裂紋及斷裂現象較多。缸套大頭凸肩部位是發生裂紋最多的地方[1]。另外，在氣閥坑附近以及過度圓角處也常見。某些應力集中處，即圓柱面和凸肩交界處等，有時也會產生裂紋[2]。

1 氣缸套裂紋的產生原因

首先從各個方面分析了氣缸套裂紋的產生原因[3]。

1.1 機械負荷

機械負荷影響缸套變形的主要有缸蓋螺栓預緊力、缸內爆發壓力及主軸承座載荷。在正常工作工況下，受到預緊力、爆發壓力、往復慣性力以及活塞側擊力等機械載荷的影響，氣體會直接作用在缸套上。氣體作用在缸蓋上，通過缸蓋螺栓傳遞到機體從而影響缸套的應力及變形。氣體作用在軸系上，通過軸系影響產生應力及變形，使得缸套受到影響。由氣體力而產生的機械應力都和最高爆發壓力成正比。螺栓預緊力數值應與拉應力、彎曲應力、以及剪應力成正比。柴油機部件承受振動沖擊、慣性力、最高燃燒壓力等容易產生裂紋。

1.2 熱負荷

熱負荷包括熱應力和熱疲勞。由溫差形成的應力稱為熱應力。在交變熱應力作用下出現的破壞現象稱為熱疲勞。熱應力過大，容易產生疲勞破壞，所以熱應力應與溫差成正比。熱疲勞對燃燒室部件破壞的主要表現是裂紋。熱負荷過大會使承載能力下降；使受熱部件產生較大的塑性變形，各部件正常間隙被改變；使材料的機械性能下降；熱應力過大容易產生疲勞破壞，使有些燃燒室部件出現裂紋。熱負荷增大，缸套的熱應力也會增加，長時間持續這樣的狀況會使缸套產生裂紋。

1.3 鑄造和機加工

制造廠的鑄造缺陷在探傷工序未被檢驗出來的細小裂紋。另外在機加工過程中各定位尺寸的公差超標，致使裝配時精度達不到規定值要求，相關部位受力不均，造成缸套的單邊磨損或過度磨損。主機如長時間在這種狀態下運行，易造成缸套裂紋。

1.4 運輸和安裝維修

1）缸套屬薄壁件，如在運輸途中沒有正確安放（橫放），加上運輸顛簸，容易造成變形（變橢）。

2）缸套在運輸裝卸過程中摔下車，或已摔裂，裝機時未仔細檢查。

3）正確選擇配件。如錯用了氣缸墊，在更換氣缸套時沒有注意到這一點，因而將氣缸套擠裂。

4）在裝機前對沒有徹底清除氣缸體上定位面的毛刺、臟污或者銹斑，氣缸體與氣缸套的定位面配合不好，使定位孔軸線與裝配面垂直度超差，致使氣缸套斜裝在氣缸體中，活塞在氣缸套里往復運動時會產生側壓力。

5）由于氣缸套臺肩的厚度超差，裝機時沒有進行及時調整，使氣缸套其突出氣缸體上平面的高度超差，造成氣缸套臺肩處整圈斷裂。

6）在裝機壓氣缸套時，使用鐵錘直接敲擊，安裝氣缸蓋螺栓時沒有均衡擰緊，或強行壓入，造成氣缸套破裂。

1.5 使用方法

1）啟動柴油機時經常采用錯誤的方法，沒有按操作規程正確操作。

2）裝機試車磨合期未到，強行加大負荷。

3）柴油機大油門、滿負荷作業后，立即熄火，并且排放冷卻液。

2 防止及延緩裂紋的應對措施

防止及延緩裂紋的應對措施有以下幾點：

1）應選用正規廠家的氣缸套，在生產過程中能嚴格執行技術規范，保證氣缸套的材質和加工精度，使其機械性能和抗拉強度符合規定值，提高氣缸套的使用壽命。

2）在裝配過程中應先對氣缸套外觀進行檢查（是否有夾渣、縮孔和嚴重劃傷等），對配合尺寸部位進行測量，必須達到規定要求。注意氣缸墊的厚薄選擇，防止氣缸套臺肩的高度誤差超過規定值（過高），保證各氣缸套裝入后凸出機體高度一致。裝機應用銅棒或木錘四周均衡輕擊，安裝氣缸蓋螺栓時均衡擰緊（用測力搬手），保證按規定壓力收緊，消除工作中的附加應力。

3）在裝機前對機體、機架垂直度的檢查，保證符合裝配要求。

4）經常更換或補充冷卻水，控制合理冷卻水溫度，冷卻水溫度保持穩定，定期化驗和處理冷卻水以確保質量，防止穴蝕的產生，這是減少缸套裂紋的有效途徑。

5）保證與氣缸套配合的活塞、活塞環、連桿及曲軸等組件的精度和質量，減輕慣性力、振動等的強烈沖擊，減小氣缸套的振動頻率和振幅，最大程度減少機械負荷。

6）經常檢查柴油機的排氣溫度來判斷熱負荷的高低，避免主機熱負荷過大、甚至超負荷運轉。柴油機工作時要時時觀察各熱力參數，分析判斷柴油機各缸負荷是否正常，如發現問題馬上調整。

7）經常檢查和調整推力軸承的間隙，因軸系工作中會產生不均勻推力，對氣缸套振動頻率和振幅有較大的影響，所以要控制靜平衡達到規定值。

8）要使用品質較好的油，保證氣缸總供油量，檢查各個注油點上的供油狀況，注油量要及時適當調整，減輕缸套的磨損，保證缸套能長時間使用。

3 結論

柴油機缸套裂紋的問題較為復雜，多方面的原因都會引起，如材料、設計及制造等方面。如果輪管和安裝維修人員能夠科學管理，按照操作規程認真仔細地工作，發現問題采取正確的方法及時給予解決，控制和避免裂紋的產生，就能使缸套的使用壽命盡量延長。

[1]編輯委員會.柴油機設計手冊(上冊)[M].北京: 中國農業機械出版社, 1984.

[2]中華人民共和國工業和信息化部.船用柴油機鑄鐵氣缸套技術條件: CB702-92[S].2011.

[3]張敬國, 崔可潤, 龔齊清, 等.船舶柴油機氣缸套裂紋的研究[J].武漢理工大學學報(交通科學與工程版),2000,24(2): 155-159.