柴油機(jī)活塞環(huán)折斷原因分析與預(yù)防措施

王玉明

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

關(guān)鍵詞：柴油機(jī);活塞環(huán);折斷原因

中圖分類(lèi)號(hào)：S219.07 ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.052

柴油機(jī)上的活塞環(huán)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(jī)一定的動(dòng)力性和經(jīng)濟(jì)性，防止?jié)櫥偷淖冑|(zhì)，而且還能阻止?jié)櫥蜕细Z，刮掉缸壁上多余的潤(rùn)滑油，保證活塞與缸壁有良好的潤(rùn)滑條件，減少機(jī)油的消耗。活塞環(huán)又是活塞頂熱量傳遞的重要零件，對(duì)維持活塞頂必要的工作溫度，防止活塞頂過(guò)熱損壞起著關(guān)鍵性作用。

1 活塞環(huán)折斷原因

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

1.1 活塞環(huán)材質(zhì)問(wèn)題

（1）活塞環(huán)材質(zhì)不符合要求，抗彎強(qiáng)度差。活塞環(huán)的材料經(jīng)歷了普通灰鑄鐵、高合金鑄鐵、球墨鑄鐵到鋼質(zhì)的發(fā)展過(guò)程。農(nóng)用柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的活塞環(huán)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(guī)定，若某種成分超標(biāo)（特別是硫）會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)抗彎強(qiáng)度差，容易斷裂。環(huán)表面處理層過(guò)厚，抗疲勞性差，也容易斷裂。

（2）活塞環(huán)制造質(zhì)量問(wèn)題，主要是硬度、韌性和彈力不合適。這些都是導(dǎo)致活塞環(huán)易斷的重要原因。當(dāng)然還有活塞環(huán)高度的一致性掌握不嚴(yán)格或裝入缸套后圓度、平面度、環(huán)的尺寸公差、形狀公差掌握不嚴(yán)格等也會(huì)導(dǎo)致活塞環(huán)斷裂。

1.2 人為因素影響

柴油機(jī)的使用因素造成活塞環(huán)的斷裂是多方面的，分析起來(lái)主要有以下幾點(diǎn)：①柴油機(jī)長(zhǎng)期超轉(zhuǎn)速、超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)過(guò)熱而導(dǎo)致機(jī)油潤(rùn)滑不良、活塞環(huán)槽積碳嚴(yán)重而造成活塞環(huán)早期磨損、卡滯而折斷。②無(wú)規(guī)律的亂轟油門(mén)會(huì)使發(fā)動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速忽高忽低，活塞與汽缸中運(yùn)動(dòng)速度忽快忽慢，加速汽缸磨損，也易造成活塞環(huán)折斷。③柴油機(jī)各缸供油量和供油時(shí)間不均勻，將會(huì)使部分汽缸燃燒過(guò)程惡化，形成積碳或嚴(yán)重的后燃，造成活塞頂溫度過(guò)高，導(dǎo)致活塞環(huán)受熱負(fù)荷的影響而發(fā)生熱疲勞折斷。④活塞環(huán)槽上積碳太多，發(fā)動(dòng)機(jī)修理時(shí)對(duì)活塞環(huán)槽中的積碳未徹底清理，活塞環(huán)放入環(huán)槽中發(fā)生扭曲，在工作過(guò)程中活塞環(huán)因受交變的扭曲載荷的作用而折斷。⑤裝配時(shí)，活塞銷(xiāo)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(guò)大或使用中的磨損導(dǎo)致此間隙過(guò)大，使活塞環(huán)工作中受到?jīng)_擊振動(dòng)而使活塞環(huán)折斷。⑥活塞環(huán)裝配到汽缸環(huán)槽中是要留有一定的開(kāi)口間隙，為的是消除工作中活塞環(huán)的受熱膨脹，如果此間隙留得過(guò)小，活塞環(huán)受熱易發(fā)生頂死，導(dǎo)致環(huán)在開(kāi)口部位的對(duì)側(cè)折斷。

1.3 活塞、缸套、連桿的影響

（1）活塞的影響。活塞對(duì)活塞環(huán)折斷影響最大的是環(huán)槽的形狀、尺寸。在實(shí)際應(yīng)用中出現(xiàn)以下情況：①活塞環(huán)安裝于活塞環(huán)槽中，活塞環(huán)既隨活塞沿汽缸壁作上下運(yùn)動(dòng)，又相對(duì)于活塞環(huán)槽作扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，長(zhǎng)期工作后，活塞環(huán)槽易被磨損呈喇叭形，使活塞環(huán)工作時(shí)彎曲、扭轉(zhuǎn)變形增大而發(fā)生折斷。②活塞環(huán)與活塞環(huán)槽端面留有一定的端間隙，防止活塞環(huán)受熱膨脹卡死在環(huán)槽中，但如果這個(gè)間隙過(guò)大，會(huì)加劇活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的振動(dòng)，這樣既不利于密封氣體，又有可能由于振動(dòng)而使環(huán)疲勞斷裂。

（2）缸套的影響。缸套造成活塞環(huán)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(dǎo)致汽缸套中心線與曲軸中心線不垂直，導(dǎo)致活塞在汽缸內(nèi)運(yùn)動(dòng)向一側(cè)傾斜，導(dǎo)致活塞環(huán)在汽缸內(nèi)受力不均，而產(chǎn)生疲勞折斷。②汽缸套使用一定時(shí)間后，因磨損而產(chǎn)生變形，造成活塞環(huán)在缸套中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，受不規(guī)則力作用產(chǎn)生疲勞斷裂。③缸套使用一定時(shí)間后，缸套上部會(huì)因積碳結(jié)成一圈凸緣，或缸套上部由于磨損而形成臺(tái)階時(shí)，在發(fā)動(dòng)機(jī)大修時(shí)沒(méi)有消除這種臺(tái)階，工作中活塞環(huán)與此臺(tái)階接觸會(huì)受到?jīng)_擊而引起折斷。

（3）連桿的影響。造成活塞環(huán)斷裂的連桿因素是連桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。由于連桿變形破壞了活塞在汽缸中的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從而導(dǎo)致活塞環(huán)受到過(guò)大沖擊而折斷。

2 預(yù)防措施

以上分析了活塞環(huán)的斷裂是由多方面因素引起的，其中重要的一點(diǎn)是活塞環(huán)的選配和安裝不正確。根據(jù)維修人員的統(tǒng)計(jì)，因忽視活塞環(huán)的正確選配、安裝造成斷裂的約占1/3多。因而注意活塞環(huán)的正確選配與安裝是減少活塞環(huán)斷裂、提高其使用壽命的重要環(huán)節(jié)。安裝活塞環(huán)時(shí)要注意以下事項(xiàng)：①大修更換活塞環(huán)時(shí)，要一組一組更換，不能只更換其中幾只;②安裝前應(yīng)仔細(xì)檢查活塞、缸套、活塞環(huán)等相關(guān)部件的精度，清除活塞環(huán)槽中的積碳，消除汽缸套的積碳或磨損臺(tái)階，活塞環(huán)放入汽缸和活塞環(huán)槽中的端間隙、側(cè)間隙、背間隙等指標(biāo)要符合要求;③安裝活塞環(huán)要使用專用安裝卡鉗、錐度套等工具，以免造成活塞環(huán)的扭曲變形;④安裝時(shí)注意活塞上的標(biāo)記，對(duì)有倒角的或打有“上”字標(biāo)記的環(huán)要朝活塞頂部安裝，這是為了保護(hù)汽缸內(nèi)壁的潤(rùn)滑油膜。安裝時(shí)注意活塞環(huán)的開(kāi)口方向，相臨的兩道環(huán)開(kāi)口應(yīng)該錯(cuò)開(kāi)120°。還要注意各道環(huán)（包括油環(huán)）開(kāi)口不能布置在與活塞銷(xiāo)軸線呈±45°的范圍內(nèi)。安裝完畢后，用手輕輕旋轉(zhuǎn)活塞環(huán)，應(yīng)平滑無(wú)卡滯現(xiàn)象。