活塞的故障問(wèn)題與原因研究

尚星良

摘要：活塞又被稱之為內(nèi)燃機(jī)的心臟，其是內(nèi)燃機(jī)的重要組成部分，且由于活塞常在高溫以及高壓的燃?xì)庾饔孟拢M(jìn)行高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其需要長(zhǎng)時(shí)間承受高溫高壓的負(fù)荷。而活塞在內(nèi)燃機(jī)中具有十分重要的作用，但由于其實(shí)際工作的條件惡劣，極易在工作過(guò)程中出現(xiàn)故障，嚴(yán)重影響實(shí)際的工作進(jìn)展。活塞作為各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的關(guān)鍵零件，其需要承受較大跌打燃?xì)庾饔茫橹黧w提供運(yùn)動(dòng)動(dòng)力，進(jìn)而完成發(fā)動(dòng)的作用。所以，針對(duì)活塞發(fā)生故障問(wèn)題進(jìn)行分析，并發(fā)現(xiàn)實(shí)際的發(fā)生原因，具有較高的價(jià)值。

關(guān)鍵詞：活塞;故障問(wèn)題;原因

中圖分類號(hào)：TK4? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2020）24-0133-02

0? 引言

通常活塞是一個(gè)圓柱形物體，其根據(jù)各個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)的工作要求以及工作條件不同，其實(shí)際的組成構(gòu)造也存在著顯著的不同之處，且種類較為繁多。通常活塞常是由頭部、活塞銷座以及裙部共同組成。并且，活塞作為內(nèi)燃發(fā)動(dòng)機(jī)的主要運(yùn)動(dòng)鋁制零件，發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)與任意一個(gè)與活塞相關(guān)的部位或者工作條件出現(xiàn)故障問(wèn)題，都會(huì)導(dǎo)致活塞受到損害或發(fā)生碎裂的情況。因此，發(fā)動(dòng)機(jī)存在的故障常會(huì)直接反應(yīng)在活塞上。因此，本文將主要針對(duì)活塞故障問(wèn)題以及原因進(jìn)行分析，幫助大家根據(jù)實(shí)際情況合理處理。

1? 活塞拉缸

活塞、活塞銷與活塞環(huán)在發(fā)動(dòng)機(jī)的氣缸內(nèi)進(jìn)行相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，常會(huì)由于部分因素發(fā)生干擦的情況，導(dǎo)致活塞與缸套出現(xiàn)拉毛的情況[1]。當(dāng)干擦、拉毛發(fā)展為一定程度的時(shí)候，氣缸的表面會(huì)出現(xiàn)金屬熔著，且發(fā)動(dòng)機(jī)常會(huì)發(fā)出輕微的敲缸聲音。當(dāng)此種情況十分嚴(yán)重時(shí)，活塞與氣缸的表面都會(huì)出現(xiàn)溝槽或者活塞與汽缸套出現(xiàn)抱死的情況。拉缸作為一種十分常見的問(wèn)題，需要加大預(yù)防力度，而其實(shí)際的發(fā)生因素較多，常包含以下幾個(gè)方面：

1.1 配缸間隙

當(dāng)配缸間隙較大的時(shí)候，活塞在實(shí)際運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，常會(huì)出現(xiàn)偏擺的情況，且在往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)碰撞缸套，進(jìn)而損壞潤(rùn)滑油膜，出現(xiàn)干摩擦的情況，最終拉缸。而配缸間隙比較小的時(shí)候，潤(rùn)滑油也無(wú)法形成完整的潤(rùn)滑油膜對(duì)缸套進(jìn)行保護(hù)，活塞與其出現(xiàn)干摩擦，極易導(dǎo)致活塞裙部出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象[2]。

1.2 發(fā)動(dòng)機(jī)冷卻

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)的冷卻系統(tǒng)出現(xiàn)異常，無(wú)法對(duì)其產(chǎn)生冷卻作用的時(shí)候，極易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的溫度較高，潤(rùn)滑油隨之變稀或失去原本的功效。此時(shí)，潤(rùn)滑油無(wú)法形成潤(rùn)滑油膜，進(jìn)而發(fā)生干擦，且與配缸間隙較小時(shí)一樣，均導(dǎo)致活塞裙部發(fā)生拉缸。

1.3 潤(rùn)滑油

當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)選擇的潤(rùn)滑油不當(dāng)時(shí)，不能對(duì)其形成潤(rùn)滑油膜，或潤(rùn)滑油膜極易出現(xiàn)破裂，發(fā)生干擦，活塞裙部拉缸。

1.4 其他

當(dāng)裝配活塞不當(dāng)?shù)臅r(shí)候，像將銷孔偏心的活塞反向安裝，且裝配清洗的力度不夠，其沒有清洗干凈，都會(huì)導(dǎo)致活塞裙部出現(xiàn)拉缸情況。此外，對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的“三濾”進(jìn)行維護(hù)不恰當(dāng)或者失效，一些異物進(jìn)入氣缸內(nèi)部，極易出現(xiàn)活塞裙部拉缸的情況[3]。另外，發(fā)動(dòng)機(jī)超過(guò)原本的負(fù)荷程度進(jìn)行運(yùn)作，或者調(diào)整的不恰當(dāng)，極易出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)爆震或者爆燃等情況，顯著升高氣缸溫度，致使活塞頭部拉缸。當(dāng)活塞環(huán)發(fā)生折斷、活塞銷卡簧掉落、活塞銷竄出或者活塞環(huán)發(fā)生傾斜的運(yùn)動(dòng)時(shí)，都會(huì)在拉傷缸套的同時(shí)，導(dǎo)致活塞發(fā)生拉傷的情況。

2? 環(huán)岸斷裂

活塞環(huán)岸主要是從槽底過(guò)度到圓弧部位出現(xiàn)斷裂，且常發(fā)生的活塞主推里面的一側(cè)：發(fā)動(dòng)機(jī)實(shí)際燃燒不好的時(shí)候，極易導(dǎo)致環(huán)槽內(nèi)蓄積碳增多，進(jìn)而誘發(fā)活塞環(huán)出現(xiàn)粘著，且活塞環(huán)的開口一端出現(xiàn)上下震動(dòng)的情況，進(jìn)而與活塞環(huán)岸出現(xiàn)撞擊情況，最終導(dǎo)致環(huán)岸發(fā)生斷裂。活塞環(huán)與環(huán)槽之間的間隙較大，極易在實(shí)際工作中出現(xiàn)顫震或者撞擊的情況，進(jìn)而發(fā)生活塞環(huán)岸斷裂的情況[4]。活塞構(gòu)成材料不合格，且材料的強(qiáng)度無(wú)法滿足設(shè)計(jì)的標(biāo)準(zhǔn)，致使活塞環(huán)岸極易出現(xiàn)疲勞斷裂的情況。通常這一情況下，活塞的斷裂部位常會(huì)出現(xiàn)顯著的鑄造缺陷，但活塞表面并不會(huì)出現(xiàn)高溫變色的情況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)異常的時(shí)候，其實(shí)際溫度顯著升高，致使活塞環(huán)岸的強(qiáng)度顯著下降，活塞環(huán)岸受力作用較大的主推面常會(huì)出現(xiàn)斷裂的情況。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)超負(fù)荷運(yùn)作之后，活塞環(huán)岸強(qiáng)度降低的同時(shí)，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽之間的碰撞力度顯著增大，極易導(dǎo)致活塞環(huán)岸發(fā)生疲勞斷裂。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)缸套發(fā)生磨損出臺(tái)階的時(shí)候，臺(tái)階部位極易與第一環(huán)出現(xiàn)碰撞，進(jìn)而誘發(fā)活塞環(huán)岸損壞的情況[5]。

3? 活塞頂面與氣門或缸蓋出現(xiàn)撞擊

發(fā)動(dòng)機(jī)氣門與缸蓋之間的凹陷數(shù)值無(wú)法實(shí)現(xiàn)規(guī)定要求，或者氣門之間的間隙出現(xiàn)變化的時(shí)候，極易導(dǎo)致氣門顯著下降的情況，最終出現(xiàn)氣門撞擊活塞頂面的情況。對(duì)活塞齒輪進(jìn)行調(diào)整出現(xiàn)誤差的時(shí)候，極易導(dǎo)致配氣相位不準(zhǔn)的時(shí)候。當(dāng)活塞以及氣門二者在實(shí)際運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，極易出現(xiàn)相互干涉的情況，導(dǎo)致活塞頂面與氣門之間發(fā)生撞擊的情況。當(dāng)凸輪軸與軸套之間的間隙較大的時(shí)候，極易導(dǎo)致相對(duì)的位置被曲軸正時(shí)齒輪顯著升高，進(jìn)而加大氣門下移的距離，極易出現(xiàn)氣門撞擊活塞的頂面的情況。曲軸經(jīng)過(guò)磨削之后的回旋半徑誤差較大的時(shí)候，會(huì)增加活塞的運(yùn)動(dòng)行程，導(dǎo)致活塞頂面與氣門或者缸蓋出現(xiàn)撞擊的情況。當(dāng)軸瓦與軸頸、活塞銷與銷座以及活塞銷連接小頭襯套之間的間隙較大的時(shí)候，極易讓活塞與缸蓋或氣門由于慣性出現(xiàn)撞擊的情況[6]。活塞進(jìn)行反向的安裝，且避氣門穴與氣門的實(shí)際位置不符，極易出現(xiàn)氣門對(duì)活塞頂面發(fā)生撞擊的情況。當(dāng)氣門的彈簧發(fā)生斷裂情況，且氣門無(wú)法正常回位的時(shí)候。

4? 擋圈槽損壞

擋圈槽損壞具體指的是活塞擋圈槽的外側(cè)位置出現(xiàn)了裂紋現(xiàn)象或者斷裂的現(xiàn)象，引起擋圈槽損壞的原因主要包括以下四點(diǎn)：第一點(diǎn)，在連桿彎曲作用的影響下，會(huì)給予活塞銷一定的推進(jìn)力，進(jìn)而使得活塞銷開始向著擋圈槽外部持續(xù)推進(jìn)，給擋圈槽造成了一定的損傷。第二點(diǎn)，活塞銷剛性水平不符合標(biāo)準(zhǔn)的時(shí)候，會(huì)導(dǎo)致其彎曲量超過(guò)原有的承受范圍，在活塞銷端面位置的推力會(huì)對(duì)擋圈進(jìn)行反復(fù)的作用，進(jìn)而引發(fā)損傷。第三點(diǎn)，當(dāng)缸套、活塞銷等不同零件出現(xiàn)問(wèn)題時(shí)，均有可能會(huì)使得卡簧槽的外側(cè)受到撞擊作用而斷裂。第四點(diǎn)，如果活塞銷裝配溫度不夠，或者裝配的過(guò)程中方法不合理，均有一定的可能會(huì)導(dǎo)致?lián)跞Σ蹞p壞，使其外側(cè)出現(xiàn)裂紋[7]。

5? 活塞燒灼

當(dāng)出現(xiàn)活塞燒灼的問(wèn)題之后，活塞的表面會(huì)出現(xiàn)梨樹皮狀的紋路，顏色為暗灰色，出現(xiàn)燒灼問(wèn)題的主要原因包括五點(diǎn)：第一點(diǎn)，在對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)噴油提前角進(jìn)行調(diào)整的過(guò)程中出現(xiàn)了誤差，導(dǎo)致活塞出現(xiàn)非常態(tài)的燃燒現(xiàn)象，進(jìn)而導(dǎo)致活塞的頂部會(huì)出現(xiàn)各種因燒灼而形成的小凹坑，或者環(huán)岸邊緣燒灼問(wèn)題。如果爆震控制不合適也會(huì)引起該問(wèn)題的出現(xiàn)。第二點(diǎn)，當(dāng)噴油器無(wú)法正常工作的時(shí)候容易導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)出爆震的問(wèn)題，活塞的頂面也會(huì)因此出現(xiàn)燒灼現(xiàn)象和裂紋問(wèn)題，如果較為嚴(yán)重，甚至?xí)霈F(xiàn)擊穿的問(wèn)題。第三點(diǎn)，噴油嘴無(wú)法正常工作的過(guò)程中會(huì)使燃油出現(xiàn)霧化問(wèn)題，因此而產(chǎn)生的二次噴射現(xiàn)象、滴油現(xiàn)象，會(huì)使得活塞的溫度上升，因過(guò)熱導(dǎo)致燒蝕現(xiàn)象。第四點(diǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)散熱功能較差，或發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒之后溫度急劇上升，熱量無(wú)法及時(shí)散發(fā)出去也會(huì)引起活塞燒灼。第五點(diǎn)，活塞本身在生產(chǎn)過(guò)程中沒有使用合格的材料進(jìn)行制作，會(huì)導(dǎo)致活塞材料內(nèi)的化學(xué)成分異常，金相組織不符合有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)[8]。

6? 環(huán)槽磨損

活塞環(huán)會(huì)在環(huán)槽中進(jìn)行持續(xù)性的上下沖擊運(yùn)動(dòng)，進(jìn)而導(dǎo)致活塞環(huán)槽的平面以及側(cè)面出現(xiàn)了碰撞和摩擦的現(xiàn)象，而第一環(huán)槽受到的磨損程度最大，從該環(huán)槽向下不斷減輕，部分時(shí)候因異常原因也會(huì)導(dǎo)致環(huán)槽和活塞環(huán)之間出現(xiàn)異常磨損問(wèn)題，主要原因包括以下七點(diǎn)：第一點(diǎn)，當(dāng)因?yàn)樘囟ǖ脑驅(qū)е禄钊h(huán)運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)顫振的問(wèn)題時(shí)會(huì)存在環(huán)槽磨損問(wèn)題。第二點(diǎn)，第一環(huán)槽余隙位置出現(xiàn)過(guò)多的積炭，會(huì)使得環(huán)槽側(cè)面的磨料出現(xiàn)磨損問(wèn)題。第三點(diǎn)，當(dāng)活塞環(huán)和環(huán)槽之間的潤(rùn)滑出現(xiàn)問(wèn)題之后，則活塞環(huán)和環(huán)槽之間會(huì)出現(xiàn)金屬接觸，最終出現(xiàn)粘著磨損的問(wèn)題，導(dǎo)致鋁材料逐漸向活塞環(huán)的表面移動(dòng)。第四點(diǎn)，當(dāng)燃燒情況較差時(shí)也容易出現(xiàn)過(guò)多的積碳，導(dǎo)致環(huán)粘著磨損問(wèn)題，在此之后，活塞環(huán)的開口位置出現(xiàn)上下方向的顫震問(wèn)題，進(jìn)而導(dǎo)致活塞環(huán)開口的位置也存在嚴(yán)重磨損問(wèn)題。第五點(diǎn)，活塞的材料不符合質(zhì)量要求，活塞組織疏松或者活塞組織硬度較差均會(huì)出現(xiàn)磨損。第六點(diǎn)，無(wú)法發(fā)揮三濾效果，會(huì)有灰塵這一類雜質(zhì)進(jìn)入到氣缸的內(nèi)部，導(dǎo)致活塞環(huán)槽出現(xiàn)磨料磨損的現(xiàn)象，其中第一道環(huán)槽極其嚴(yán)重。第七點(diǎn)，當(dāng)活塞環(huán)出現(xiàn)斷裂的情況之后，活塞環(huán)槽的局部位置會(huì)產(chǎn)生一定的磨損問(wèn)題。

7? 銷孔開裂

銷孔開裂問(wèn)題一般來(lái)講會(huì)出現(xiàn)在活塞銷孔的上方位置，具體出現(xiàn)原因包括以下五點(diǎn)：第一點(diǎn)，當(dāng)活塞正在工作的過(guò)程中，活塞銷的剛性水平較差，不符合正常的標(biāo)準(zhǔn)，會(huì)導(dǎo)致活塞銷承受較大的力，進(jìn)而導(dǎo)致活塞銷出現(xiàn)變形的問(wèn)題，在銷座位置出現(xiàn)了應(yīng)力集中的現(xiàn)象，最終出現(xiàn)了銷孔開裂的問(wèn)題。第二點(diǎn)，活塞和活塞銷之間存在的配合間隙大于標(biāo)準(zhǔn)要求，在工作過(guò)程中活塞銷和銷座孔之間則會(huì)出現(xiàn)碰撞的現(xiàn)象，進(jìn)而增加了銷座的疲勞度，長(zhǎng)期以往出現(xiàn)了開裂的問(wèn)題。第三點(diǎn)，活塞的材料質(zhì)量無(wú)法達(dá)到之前的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和要求。第四點(diǎn)，在活塞外部周圍存在拉毛現(xiàn)象或者抱缸現(xiàn)象時(shí)，也會(huì)出現(xiàn)活塞銷銷孔開裂的現(xiàn)象。第五點(diǎn)，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)超出原有的符合時(shí)，會(huì)讓活塞銷的銷孔位置承擔(dān)過(guò)大的壓力，容易增加活塞銷銷孔疲勞程度，進(jìn)而因此而開裂。

8? 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，活塞作為發(fā)動(dòng)機(jī)的主要組成零件，一旦活塞出現(xiàn)異常情況，發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)隨之改變。比如，發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常的響動(dòng)、冒出藍(lán)色煙霧、發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力降低等。因此，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常情況時(shí)，需要注意檢查活塞，且根據(jù)活塞發(fā)生故障問(wèn)題的原因進(jìn)行分析，以此判斷到底哪個(gè)部位出現(xiàn)異常，進(jìn)而出現(xiàn)故障。并且，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)異常情況時(shí)，還需向?qū)I(yè)的人員尋求幫助，對(duì)其進(jìn)行科學(xué)的判斷，切忌盲目判斷、自行處理，以免出現(xiàn)嚴(yán)重后果。

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