柴油機活塞環折斷原因分析與預防措施

王玉明

摘 要：活塞環折斷是柴油機常見故障之一，故障原因很多，其主要原因是活塞環的選配與安裝不當，破壞了活塞環良好的工作條件而使活塞環折斷。

關鍵詞：柴油機;活塞環;折斷原因

中圖分類號：S219.07 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.052

柴油機上的活塞環是一種極為重要的零件，它不僅阻止高溫燃燒氣體的下竄，保證柴油機一定的動力性和經濟性，防止潤滑油的變質，而且還能阻止潤滑油上竄，刮掉缸壁上多余的潤滑油，保證活塞與缸壁有良好的潤滑條件，減少機油的消耗。活塞環又是活塞頂熱量傳遞的重要零件，對維持活塞頂必要的工作溫度，防止活塞頂過熱損壞起著關鍵性作用。

1 活塞環折斷原因

柴油機上活塞環在工作中因多種原因而損壞，最常見的損壞除磨損外，折斷是常見損壞形式。造成活塞環斷裂的原因可歸納為：使用不當，活塞、缸套、連桿的影響，材料問題和制造質量問題等。但更重要的是活塞環的選配與安裝不當，破壞了活塞環良好的工作條件而使活塞環折斷。

1.1 活塞環材質問題

（1）活塞環材質不符合要求，抗彎強度差。活塞環的材料經歷了普通灰鑄鐵、高合金鑄鐵、球墨鑄鐵到鋼質的發展過程。農用柴油發動機的活塞環一般使用球墨鑄鐵或合金鑄鐵，其中碳、鐵、磷、硫等含量有明確的規定，若某種成分超標（特別是硫）會導致活塞環抗彎強度差，容易斷裂。環表面處理層過厚，抗疲勞性差，也容易斷裂。

（2）活塞環制造質量問題，主要是硬度、韌性和彈力不合適。這些都是導致活塞環易斷的重要原因。當然還有活塞環高度的一致性掌握不嚴格或裝入缸套后圓度、平面度、環的尺寸公差、形狀公差掌握不嚴格等也會導致活塞環斷裂。

1.2 人為因素影響

柴油機的使用因素造成活塞環的斷裂是多方面的，分析起來主要有以下幾點：①柴油機長期超轉速、超負荷運轉，會使發動機過熱而導致機油潤滑不良、活塞環槽積碳嚴重而造成活塞環早期磨損、卡滯而折斷。②無規律的亂轟油門會使發動機的轉速忽高忽低，活塞與汽缸中運動速度忽快忽慢，加速汽缸磨損，也易造成活塞環折斷。③柴油機各缸供油量和供油時間不均勻，將會使部分汽缸燃燒過程惡化，形成積碳或嚴重的后燃，造成活塞頂溫度過高，導致活塞環受熱負荷的影響而發生熱疲勞折斷。④活塞環槽上積碳太多，發動機修理時對活塞環槽中的積碳未徹底清理，活塞環放入環槽中發生扭曲，在工作過程中活塞環因受交變的扭曲載荷的作用而折斷。⑤裝配時，活塞銷與銅套、連桿瓦與軸頸的徑向配合間隙不符合要求，配合間隙過大或使用中的磨損導致此間隙過大，使活塞環工作中受到沖擊振動而使活塞環折斷。⑥活塞環裝配到汽缸環槽中是要留有一定的開口間隙，為的是消除工作中活塞環的受熱膨脹，如果此間隙留得過小，活塞環受熱易發生頂死，導致環在開口部位的對側折斷。

1.3 活塞、缸套、連桿的影響

（1）活塞的影響。活塞對活塞環折斷影響最大的是環槽的形狀、尺寸。在實際應用中出現以下情況：①活塞環安裝于活塞環槽中，活塞環既隨活塞沿汽缸壁作上下運動，又相對于活塞環槽作扭轉運動，長期工作后，活塞環槽易被磨損呈喇叭形，使活塞環工作時彎曲、扭轉變形增大而發生折斷。②活塞環與活塞環槽端面留有一定的端間隙，防止活塞環受熱膨脹卡死在環槽中，但如果這個間隙過大，會加劇活塞環在環槽內的振動，這樣既不利于密封氣體，又有可能由于振動而使環疲勞斷裂。

（2）缸套的影響。缸套造成活塞環斷裂的因素是安裝中的歪斜，造成磨損不均勻。有以下幾種情況：①由于曲軸安裝座孔同軸度超差、主軸瓦配合間隙不合要求、曲軸彎曲變形等，導致汽缸套中心線與曲軸中心線不垂直，導致活塞在汽缸內運動向一側傾斜，導致活塞環在汽缸內受力不均，而產生疲勞折斷。②汽缸套使用一定時間后，因磨損而產生變形，造成活塞環在缸套中上下運動時，受不規則力作用產生疲勞斷裂。③缸套使用一定時間后，缸套上部會因積碳結成一圈凸緣，或缸套上部由于磨損而形成臺階時，在發動機大修時沒有消除這種臺階，工作中活塞環與此臺階接觸會受到沖擊而引起折斷。

（3）連桿的影響。造成活塞環斷裂的連桿因素是連桿的彎曲和扭轉變形。由于連桿變形破壞了活塞在汽缸中的運動規律，從而導致活塞環受到過大沖擊而折斷。

2 預防措施

以上分析了活塞環的斷裂是由多方面因素引起的，其中重要的一點是活塞環的選配和安裝不正確。根據維修人員的統計，因忽視活塞環的正確選配、安裝造成斷裂的約占1/3多。因而注意活塞環的正確選配與安裝是減少活塞環斷裂、提高其使用壽命的重要環節。安裝活塞環時要注意以下事項：①大修更換活塞環時，要一組一組更換，不能只更換其中幾只;②安裝前應仔細檢查活塞、缸套、活塞環等相關部件的精度，清除活塞環槽中的積碳，消除汽缸套的積碳或磨損臺階，活塞環放入汽缸和活塞環槽中的端間隙、側間隙、背間隙等指標要符合要求;③安裝活塞環要使用專用安裝卡鉗、錐度套等工具，以免造成活塞環的扭曲變形;④安裝時注意活塞上的標記，對有倒角的或打有“上”字標記的環要朝活塞頂部安裝，這是為了保護汽缸內壁的潤滑油膜。安裝時注意活塞環的開口方向，相臨的兩道環開口應該錯開120°。還要注意各道環（包括油環）開口不能布置在與活塞銷軸線呈±45°的范圍內。安裝完畢后，用手輕輕旋轉活塞環，應平滑無卡滯現象。