活塞組件主要損傷原因分析

陳平

1．活塞頂面主要損傷分析

(1)活塞頂面的燒蝕

活塞燒蝕呈現(xiàn)在活塞頂部，輕者有疏松狀麻坑，重者有局部燒熔現(xiàn)象。活塞頂面燒蝕將導(dǎo)致高溫燃?xì)飧Z入曲軸箱，加速潤滑油的氧化變質(zhì)、氣缸密封性變差、壓縮比下降、燃油燃燒過程變壞、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性下降；嚴(yán)重時(shí)活塞開裂破碎，損壞缸套、連桿、曲軸、機(jī)體等零部件。

活塞頂部燒蝕的原因主要是不正常燃燒造成的，使頂部接受過多熱量或者是活塞環(huán)卡死和斷環(huán)故障之后再大負(fù)荷情況下運(yùn)轉(zhuǎn)而燒頂?shù)摹．?dāng)活塞冷卻不良時(shí)，在活塞頂上如噴嘴油束對應(yīng)區(qū)域，以及頂部突出的形狀如活塞頂部W形凹坑等處產(chǎn)生局部過熱，當(dāng)溫度超過一定值后，金屬表面出現(xiàn)燒蝕。燒蝕較輕的活塞，允許繼續(xù)使用，燒蝕嚴(yán)重時(shí)必須更換。

(2)活塞頂面出現(xiàn)裂紋

活塞頂面裂紋的方向一般與活塞銷孔的軸線方向垂直，主要是熱應(yīng)力引起的疲勞裂紋。其原因：發(fā)動(dòng)機(jī)超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，導(dǎo)致活塞變形量過大，而造成活塞頂面的疲勞開裂。燃燒系統(tǒng)工作不正常或發(fā)動(dòng)機(jī)負(fù)荷過大時(shí)，導(dǎo)致活塞頂面的溫度梯度增大，從而造成活塞頂面的熱開裂。活塞材質(zhì)不合格，導(dǎo)致高溫強(qiáng)度降低。燃料中含有硫、釩等元素，則會(huì)引起高溫腐蝕，從而加速裂紋的發(fā)展。

2．活塞頭部主要損傷分析

(1)活塞環(huán)槽側(cè)壁磨損

在活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞環(huán)隨氣缸的形變要做徑向伸縮，尤其第l道環(huán)槽處溫度高，且受到燃?xì)獾摹皼_擊”和油楔的作用，因此環(huán)在環(huán)槽里發(fā)生摩擦和振動(dòng)，引起磨損。有時(shí)機(jī)油或燃?xì)庵泻形⒘ｋs質(zhì)會(huì)引起磨料磨損和機(jī)油或燃?xì)獾母g作用，加劇了環(huán)槽的損壞。活塞環(huán)槽的磨損通常發(fā)生在高度方向上，第一道活塞環(huán)槽磨損最嚴(yán)重。活塞環(huán)槽磨損后使活塞環(huán)側(cè)隙增大，如不及時(shí)修理或更換活塞，會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)燒機(jī)油和氣缸壓力下降等后果。

活塞環(huán)槽側(cè)壁磨損程度可通過活塞環(huán)側(cè)隙的檢查來確定。活塞環(huán)側(cè)隙是指活塞環(huán)與活塞環(huán)槽在高度方向上的配合間隙。測量時(shí)，將一新活塞環(huán)放入環(huán)槽，用塞尺測量環(huán)的側(cè)隙。若更換新活塞環(huán)后側(cè)隙過小，可將活塞環(huán)平放在細(xì)砂布上研磨；若側(cè)隙過大，說明環(huán)槽磨損，可將活塞環(huán)與活塞一起更換。

(2)活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)結(jié)焦卡住

活塞環(huán)結(jié)焦是因潤滑油氧化沉積造或環(huán)在槽內(nèi)失去活動(dòng)自由的結(jié)果，這種故障的危害極大。主要原因：柴油機(jī)過熱或長期超負(fù)荷工作，使?jié)櫥彤a(chǎn)生膠質(zhì)，活塞環(huán)、氣缸嚴(yán)重?zé)嶙冃危粷櫥臀廴緡?yán)重，潤滑油品質(zhì)差；曲軸箱通風(fēng)裝置工作不良，引起負(fù)壓過大或氣缸氣密性差，造成機(jī)油上竄。因此，必須保證使用合格的機(jī)油，防止柴油機(jī)過熱。

3．活塞銷孔和銷座部位損傷分析

(1)活塞銷在銷孔中卡住

若在選配時(shí)，孔與銷尺寸配合不當(dāng)，使局部接觸比壓過高，潤滑油膜遭到破壞，會(huì)立即引起活塞銷咬住。

(2)銷座部位裂紋

由于活塞銷彎曲、剛度不足或銷座順應(yīng)性不良，將在銷座內(nèi)端出現(xiàn)應(yīng)力集中，引起疲勞裂紋。裂紋從銷孔上表面開始，并沿著銷座的縱向平面延展。在使用中出現(xiàn)這種損傷，往往是由于活塞和銷的材質(zhì)、制造或裝配不當(dāng)造成的。

(3)活塞裙部拉傷或斷裂

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于超載、過熱、氣缸中進(jìn)入異物或活塞與氣缸配合間隙過小等情況下工作，將導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)嚴(yán)重故障。輕者出現(xiàn)拉缸，活塞被拉傷；重者活塞環(huán)或活塞裙部咬死在缸壁上。這時(shí)，當(dāng)慣性力小時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)立即停止工作；若慣性力大且為多缸機(jī)，會(huì)因咬缸所產(chǎn)生的拉伸應(yīng)力使活塞銷座部位引起脆性斷裂。所產(chǎn)生的裂紋逐漸延伸到整個(gè)活塞斷面，形成一條明顯的裂縫。

4．活塞裙部磨損分析

活塞裙部是起導(dǎo)向作用的，活塞裙部與缸壁間的磨損是不可避免的，隨著使用時(shí)間的增長，二者間隙不斷增大，當(dāng)大到一定程度，將出現(xiàn)敲缸現(xiàn)象。磨損原因就是材質(zhì)不好，熱膨脹系數(shù)太高，高溫的情況下造成漲缸。這個(gè)部位是飛濺式潤滑的，機(jī)油好壞也是關(guān)鍵。長時(shí)間高溫高速的情況下應(yīng)該讓發(fā)動(dòng)機(jī)適當(dāng)?shù)匦菹⒗鋮s。

在選配活塞銷時(shí)，若銷與銷孔配合過盈太大，活塞在氣缸里工作時(shí)會(huì)出現(xiàn)反橢圓現(xiàn)象，同樣會(huì)引起敲缸和竄機(jī)油等現(xiàn)象的發(fā)生。

5．活塞環(huán)磨損與折斷分析

(1)活塞環(huán)磨損及彈力下降造成折斷

活塞環(huán)沿氣缸套內(nèi)表面作往復(fù)滑動(dòng)，由于二者間的摩擦，缸徑不斷擴(kuò)大，而環(huán)會(huì)因磨損而變薄，造成活塞環(huán)彈力下降；環(huán)開口間隙增大，密封性能下降，從而使竄氣和竄油變得嚴(yán)重。特別是第l道活塞環(huán)更易磨損與折斷。

(2)發(fā)動(dòng)機(jī)使用或維修裝配不當(dāng)

如柴油機(jī)長時(shí)間在過熱狀態(tài)下工作，造成活塞環(huán)卡住而引起活塞環(huán)斷裂；加注的潤滑油粘度過大；活塞環(huán)選配不合理或安裝方法不正確等。

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