GEVO16柴油機氣門鎖夾逃逸原因分析

徐衛平 章金成

【摘 要】本文對HXn5-0046兩年檢機車自負荷試驗時，發生柴油機L8缸氣門鎖夾逃逸、橫臂旋轉角度及凸輪軸碾傷造成的原因進行分析并提出工藝改進。從而避免此類故障再次發生造成重大的質量問題。

【關鍵詞】氣門鎖夾；橫臂；彈簧座圈；氣閥

GEVO16柴油機采用的是帶有彈簧檔圈的頂置式氣門旋轉機構，其主要用途是以特定的速度旋轉進氣門和排氣門，該機構可以均勻的分配燃燒過程中的熱負荷、延長氣門的使用壽命。該氣門旋轉機構及其附件也可以通過氣門座圈與氣門和氣門彈簧配套，配合氣門桿身使氣門彈簧保持合適的裝配高度。

一、故障原因分析

1.工作原理

柴油機曲軸齒輪嚙合惰輪帶動凸輪軸轉動，凸輪軸驅動挺桿上下往復運動通過搖臂、橫臂使氣門開啟，而氣門彈簧保證了氣門的關閉。GEVO16柴油機轉速在1050r/min時，氣門旋轉機構設計的最小工作轉速為4r/min，氣門旋轉機構在激烈的頻率下工作，頻率為柴油機轉速的一半。

2.故障描述

HXn5-0046機車在機車自負荷試驗時，柴油機L8缸氣缸蓋有明顯異音。拆檢發現L8缸一排氣門鎖夾逃逸，橫臂旋轉（如圖一），氣缸蓋罩被打破，排氣門挺桿滾輪及凸輪軸碾傷。

進一步拆檢發現柴油機L8缸下排氣門閥桿被啃傷，氣門鎖夾碎裂，橫臂損傷，減磨環上平面內側被啃掉一塊，同時發現故障排氣門下端的氣門彈簧座圈接觸線不連續，氣門彈簧等完好，如下圖所示：

二、原因分析

從配氣機構工作原理分析來看，在氣門被打開的過程中，在搖臂的作用力下氣門閥桿頂部端面與橫臂是始終接觸的，此過程橫臂不可能發生轉動。當氣門開始關閉時，配氣凸輪不再向配氣機構施加力，氣門彈簧被壓縮至最大位移量，此時氣門閥桿頂部端面與橫臂就會產生間隙，此時的間隙為氣門間隙（進氣：0.45±0.05mm排氣：0.95±0.05mm）。根據圖紙所示橫臂卡入氣閥頂部的尺寸為4mm，橫臂是不可能轉動的。因此可以排除橫臂轉動是由于氣門間隙過大引起的。

從故障氣門彈簧座圈及正常氣門座圈受力點形成的接觸痕跡可以看出故障彈簧座圈明顯存在受力不均勻現象。而當柴油機高速運轉時，氣門彈簧連續的受到軸向和側向載荷的作用。由于氣門彈簧下部與彈簧座圈不完全接觸導致彈簧受到的軸向力增大。使得氣門彈簧軸線垂直度發生偏移，一旦彈簧發生偏移，那么需旋轉機構向鎖夾施加的力將會發生減小，最終橫臂向氣門施加力時因鎖夾與氣門之間的靜摩擦力減小而發生相對位移。

此次故障的發生進行了一下幾個階段：（1）氣門鎖夾與氣門發生相對位移；（2）橫臂與氣門旋轉機構接觸，并對氣門彈簧施加軸向力；（3）氣門鎖夾因彈簧被壓縮失去鎖緊力而逃逸。

三、結論

經以上分析，可以判斷GEVO16柴油機氣門鎖夾逃逸主要是因為氣門彈簧座安裝時，氣門座圈與彈簧沒有線性接觸，導致氣門彈簧受到的軸向力加大，從而使得氣門鎖夾受到較大的軸向沖擊，而柴油機工作時氣門旋轉機構在激烈的頻率下工作，在高頻工作下氣門閥桿被氣門鎖夾啃傷。氣門鎖夾逃逸，橫臂轉動一角度。由于橫臂轉動一角度后導致挺桿滾輪與凸輪軸頂死使得凸輪及挺桿滾輪碾傷。如果后期在組裝工藝中增加檢測氣門彈簧與氣門彈簧座圈接觸面是否完全接觸便可避免造成以上重大故障。

【參考文獻】

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