柴油機活塞使用維修中常見問題解析

丁新紅

摘 要：為了提高對柴油機的認(rèn)識，介紹了活塞的結(jié)構(gòu)特點與功用，說明了活塞常見損傷部位和活塞技術(shù)狀態(tài)的判斷，以減少盲目更換活塞，避免造成不必要的浪費。

關(guān)鍵詞：柴油機;活塞;使用維修

中圖分類號：S218.5 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2020.08.047

柴油機活塞的功用是承受燃?xì)馊紵尫诺谋l(fā)壓力，并將此壓力通過活塞銷、連桿、曲軸和飛輪對外做功。同時還具有封閉汽缸，形成燃燒室，吸入、壓縮和排出氣體，傳出部分熱量，以及將活塞的側(cè)向力傳給汽缸壁等功能。活塞頂部與高溫高壓氣體直接接觸，活塞在汽缸中做高速往復(fù)運動，潤滑條件差，是柴油機最容易損壞的零件之一。我們需要對活塞有一個初步的認(rèn)知，知道它的結(jié)構(gòu)特點與功用，了解活塞常見損傷的特點，以及如何正確判斷活塞是否可以繼續(xù)使用，并要對活塞損壞的原因進(jìn)行分析，以免相同的故障再次發(fā)生。

1 活塞各部位名稱與功用

活塞包括頂部、防漏部、銷座部和裙部四大部分。

（1）頂部。活塞第一環(huán)槽以上部分稱活塞頂部。頂部的形狀與燃燒室有直接關(guān)系，隨燃燒室不同形狀各異，有平頂、凸頂和凹頂多種。柴油機活塞頂部多為凹的，有ω形、鏟形和螺管凹坑形等。此外，有的活塞頂部還制有為防止活塞頂與氣門頭相碰的兩個圓形淺凹坑。為便于選配和安裝，在活塞頂還制有尺寸、重量分組和安裝箭頭等標(biāo)志，同組活塞重量差不大于10 g。

（2）防漏部。防漏部制有環(huán)槽用以安裝氣環(huán)和油環(huán)，氣環(huán)多為2～3道，油環(huán)多為1道。氣環(huán)裝在上部，下部裝油環(huán)。氣環(huán)數(shù)減少、環(huán)高減少可降低活塞高度和減小活塞質(zhì)量，有利于內(nèi)燃機轉(zhuǎn)速的提高，以增加其動力性和經(jīng)濟(jì)性。活塞頂?shù)降谝画h(huán)槽之間的環(huán)岸，叫火力岸。在此岸上制有絕熱環(huán)槽，用以減小此部與缸壁間隙，增加節(jié)流以達(dá)到減輕第一道環(huán)的熱負(fù)荷和機械負(fù)荷、縮短火岸的高度的效果;絕熱環(huán)槽的作用是改變熱傳導(dǎo)路線以減輕第一道環(huán)的熱負(fù)荷，在高強化柴油機的活塞第一環(huán)槽中鑄有高鎳鑄鐵環(huán)架，以提高活塞使用壽命。

（3）銷座部。用以裝配活塞銷，將活塞受力傳給連桿。為降低活塞銷與座孔的壓力，減輕磨損，這部分支承面要盡量大些，也就是孔徑與支承長度要大些，銷座與頂部用加強筋相連。

（4）裙部，也叫導(dǎo)向部。在活塞往復(fù)運動中起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。目前，一些汽油機為防止活塞換向時產(chǎn)生拍擊和磨損，使活塞銷孔中心線與活塞軸線不相交，向側(cè)壓方向偏移1～2 mm。因此，這種活塞安裝時，要注意安裝方向標(biāo)志。

活塞在工作中由于裙部受側(cè)壓力、銷座承受活塞軸向力、銷座金屬零件易受熱后變形等都易使活塞裙部變橢圓形，沿銷軸方向直徑增大，側(cè)壓力方向直徑變小。如不采取措施，活塞在工作時將拉傷缸壁，甚至卡缸。汽油機活塞在其裙部開有梯形或門形切口，其橫向切口作用為切斷熱流、減少裙部受熱膨脹;縱向切口在裙部變形時留有膨脹余地。另外，有很多活塞將銷座孔周圍制成凹陷形，作為膨脹余地，也有將活塞制成橢圓的，其長軸為側(cè)壓方向，短軸為銷軸方向，這種活塞也叫橢圓活塞。有的活塞鑄入恒范鋼片使裙部與銷座相連，恒范鋼片熱膨脹系數(shù)很小，可使活塞與汽缸配合間隙減小。為防止活塞裙部與曲軸平衡塊相碰，沿活塞銷方向?qū)N座以下裙部切除。這樣，還可降低摩擦阻力和減輕重量。這種活塞也稱鞍形活塞或拖鞋形活塞。活塞由于沿高度方向受熱不同，膨脹量亦不同，因此，常將活塞制成上、下直徑不一的錐形。

活塞裙部直徑與汽缸內(nèi)徑之差稱為汽缸間隙。4125A4型柴油機為0.19～0.23 mm，LR-6105T8型柴油機為0.11～0.175 mm。

2 活塞常見損傷部位

活塞是柴油機的主要運動機件之一，是燃燒室的重要組成部分。活塞工作時承受著很大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，同時還承受著摩擦力。因此，在使用中活塞容易損壞。活塞的損傷包括：活塞環(huán)槽的磨損、活塞裙部的磨損、活塞銷座孔的磨損和活塞頂部的損傷。活塞使用過程中磨損最大的地方是活塞環(huán)槽，其中第一環(huán)槽的下平面往往磨損最嚴(yán)重。環(huán)槽磨損后，槽的斷面變成梯形。側(cè)隙變大，使汽缸的氣密性變差，并且還會加重泵油作用，引起“竄油”和“竄氣”。活塞裙部的磨損要比環(huán)槽小得多，但裙部與汽缸間隙過大時，將發(fā)生導(dǎo)向不良，造成敲缸和潤滑油耗量增大。活塞銷的磨損是緩慢而輕微的，若活塞銷孔出現(xiàn)較早的嚴(yán)重磨損，多為活塞銷與銷孔配合間隙過大或配合表面過于粗糙所致。由于活塞銷孔主要承受上下方向的力，由此造成活塞銷孔磨損成橢圓形，且銷孔上下方向的磨損最大。活塞銷孔磨損過大會造成配合松曠并產(chǎn)生響聲，嚴(yán)重時還會出現(xiàn)裂紋。活塞頂部的損傷則是由于爆燃或早燃等不正常燃燒引起的局部燒缺和穿洞。

3 活塞技術(shù)狀態(tài)判斷

在換用新活塞時，一些機手不是根據(jù)活塞的磨損程度來決定，而是在更換汽缸套時也將活塞報廢。其實在處理決定前，應(yīng)對活塞作詳細(xì)的檢查：首先用觀察法檢查活塞有無嚴(yán)重的機械損傷，如裂紋、環(huán)槽塌邊、擋圈溝槽崩落及工作表面是否有深的刮痕等，然后再作以下檢查。

（1）活塞環(huán)槽的檢查：一般用新的活塞環(huán)放入環(huán)槽中，沿環(huán)槽進(jìn)行滾動，用塞尺測量邊間隙。

（2）活塞銷座孔的檢查：與缸套的檢查相似，用內(nèi)徑千分表在兩邊銷孔長度上各取兩個截面，在每個截面上取互相垂直的兩個方向（即上下受力方向與水平方向）位置，然后計算出圓度和圓柱度。

（3）活塞裙部的檢查：用外徑千分尺測量，并計算出其圓度和圓柱度及與缸套的配合間隙。若無檢測條件應(yīng)請專業(yè)人員鑒定。

活塞有下列之一情況應(yīng)作報廢處理：①裂紋、嚴(yán)重劃痕、環(huán)槽塌邊、擋圈溝槽崩落等機械損傷的;②邊間隙、銷孔、裙部磨損超過極限值的。