柴油发动机活塞失效分析

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柴油机组合活塞失效分析及改进措施

柴油机组合活塞失效分析及改进措施
文章编号:1 0- 1 5( 00 3 0 1— 3 0 9 8 2 1 )0- 14 0 3
由于 目前柴 油机 向高速 、重载及大功率方向发展 ,相应对 柴油机 的强度提 出了更高的要求 .作为柴 油 机 中工作条件最 为苛刻 的活塞 ,其设计、加工及材料等方面随着柴 油机 的 日益强化也在不断更新,这 些方 面 的工作质量直接影响着柴油机 的动力性、经济性、可靠性及使用寿命 . 本文重点针对柴油机所用钢顶组合活塞的结构特点、失效形式及 原因等方面进行分析 ,特 别对其 薄弱 环节 即对 活塞顶 、活塞环槽 、活塞裙的失效机理进行探讨,提 出了相应 的改进措施.

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重 庆 三 峡 学 院 学 报
钢 顶铝裙活 塞在运 行 中经常 出现 活塞环槽 严 重磨损的情况 ,尤其是货运车更加突 出,其原 因主 要有 :首先是活塞环与缸 套的匹配不好 ,故寿命太 短.随着大修 间隔时间的延长 ,特别是激光淬 火缸 套 的使用,使与之配对 的活塞环更不耐磨 ,活塞环 后期 已进入剧烈磨 损阶段 ,活塞环组 已不能正常封
第二代合金铸铁、可锻铸铁整体活塞虽然 能满足现 代大功率柴油机高强度的要求 ,但 由于铸造及模锻
技术要求高,成本高 ,质量难于保证 ,大量使用受到限制. 第三代钢顶组合活塞有钢顶铝裙组合和钢顶铁裙组合两种型式 .
钢顶铝裙组合活塞具有整体铝合金活塞及合金铸铁、可锻铸铁整体活塞的优 点.采用耐热、耐磨 的合 金钢解决了活塞顶部热强度和磨损 问题 ,液态模锻铝裙强度 高、重量轻 ,既可提 高销座 比压又可减少 活塞 惯性力 ,故在大 功率柴油机上得到 了广泛的应用 . 钢项铁裙 组合活塞是 目前 国际上高强度机车柴油机 最新 结构 设计 的高承载活塞.它综合了钢顶铝裙活

发动机活塞失效分析与应对措施

发动机活塞失效分析与应对措施
油等;
喷油正时及燃油喷射位置异常
2 活塞各部位主要失效模式分析及应对
措施
2.1
活塞顶部
图 3 活塞顶部穿孔
图4
活塞火力岸被烧穿
图示 3 中的活塞顶部有一个象是被子弹打穿
的洞,活塞顶部周围表面通常都被熔接的活塞材
活塞顶部与气缸、气缸盖构成等形成封闭的
燃烧室空间,活塞顶部直接接触高温高压的燃气,
不仅热负荷很高,各部分有温差热应力,而且还受
元素符合国家标准;在燃油成分和供应复杂地区
采用加强型燃油滤清器过滤燃油中多余杂质,也
可以预防此问题的产生。
2.1.2 活塞顶部烧穿
由于各种原因的气缸爆发压力异常增加
活塞顶与活塞销座 (爆燃、爆震等);
气门等外力的撞击及安装
原因(卡簧安装不到位等)
异常燃烧导致的热负荷增加;
点火正时及
活塞顶面与火力岸 混合气混合异常、采用抗爆性不达标的燃
因,
并采取措施予以解决。
1.1
活塞失效的主要表现形式
发动机工作时,曲轴旋转带动连杆摆动,活塞
做往复运动,
气缸盖、
活塞顶部、
气缸构成的容积发
生周期性变化,从而实现进气、压缩、燃烧、排气的
工作过程[3]。活塞的损伤是发动机最常见的严重故
障,
与燃烧、
冷却润滑、
燃料供给等多方面有较强相
关性。活塞的主要故障主要表现形式见表 1。
烧熔/穿孔
异常燃烧导致活塞局部高温,
铝合金材料熔化;
进一
步发展成为穿孔
侵蚀
燃烧油滴滴到活塞表面将活塞损伤,主要发生在点
燃式发动机的爆震燃烧过程中
腐蚀
进气或燃料中硫、氯等含量超标或进气中有盐的成

车辆发动机缸套-活塞环磨损失效分析

车辆发动机缸套-活塞环磨损失效分析
p o n e n t s we r e a n a l y z e d . T h e p e  ̄i n e n e e b e t we e n t h e c y l i n d e r — p i s t o n r i n g we a r pa r a me t e r s , t h e e n g i n e p o we r a n d f u e l c o n -
车辆 发 动 机 缸 套 一活 塞 环磨 损 失效 分 析
何 星 王宪成 李 奇 孙 志新
( 装 甲兵工程学院机械工程系 北京 1 0 0 0 7 2 )
摘要:为实现对车辆发动机缸套 一活塞环摩擦副磨损失效的全面分析和仿真计算 ,采用扫 描电子显微镜 观察 大修
发动 机 缸套 一活 塞 环试 样 表 面形 貌 ,分 析 其 磨 损失 效 特 征 。依 据 发动 机 保 险期 实 验及 大 修部 件 磨 损失 效 检测 数 据 ,分 析 缸套 一活 塞环 组 件 各 磨损 参 数 ,采 用 P e a r s o n相关 分 析方 法 ,对 缸 套 一活 塞环 组 件 各 磨 损 参 数 与 发 动机 功 率 、 比油 耗 及
s ump t i o n wa s a n ly a z e d a n d c o mp re a d b y u s i n g t h e me t h o d o f Pe a r s o n c o r r e l a t i o n na a ly s i s . Th e r e s u l t s s h o w t h a t t h e c y l i n —
Ab s t r a c t : I n o r d e r t o r e a l i z e t h e c o mp r e h e n s i v e a n a l y s i s a n d s i mu l a t i o n c a l c u l a t i o n o f t h e we a r - o u t - f a i l u r e o f v e h i c l e a n -

柴油发动机的常见故障及原因分析

柴油发动机的常见故障及原因分析

柴油发动机的常见故障及原因分析摘要:随着时代的不断发展,我国现代机械产业的发展速度不断加快,柴油发动机设备的应用范围不断拓宽。

柴油发动机设备本身具有较强的应用优势,将其与机械产业结合,能够推动产业得到更加快速的发展。

由于柴油发动机本身具有一定的复杂性,所以在运行过程中容易受到不同因素影响而出现不同程度的损耗,如果情况较为严重甚至会引发某些故障问题。

因此,想要将柴油发动机的优势充分发挥出来,则需对常见故障进行全面摸索,分析造成故障的原因,根据问题采用具有针对性的维修和养护策略,如此才能保证柴油发动机的稳定运行。

本文在具体研究过程中从多方面入手,首先分析了柴油发动机的工作原理,并阐述了当前常见的故障问题以及具体的原因分析。

关键词:柴油机;常见故障;原因分析柴油发动机往往驱动力大,能够满足很多场合的需求。

但是在柴油发动机使用过程中,由于各种原因的存在使得柴油发动机使用过程中存在着很多问题,导致柴油发动机使用寿命远远达不到设计年限。

因此,对柴油发动机常见故障及原因分析进行分析探究就显得非常重要。

对柴油发动机进行故障诊断和原因分析是一门非常综合的学科,必须能够熟练地识别、诊断、检测柴油发动机当前的运行情况;能够敏锐的发现柴油发动机的异常情况;根据异常情况能够及时作出判断与决策,并能给予合适有效的解决方法。

1柴油机常见故障经过多年的经验,柴油机在使用中的常见故障有:柴油机不着火;柴油机起动困难;柴油机排气异常;柴油机温度高;柴油机飞车;柴油机运行不稳定;柴油机油压过低;柴油机异响等。

2柴油机故障原因分析2.1 燃油使用不当引起的故障燃油不仅是发动机的动力源,也是引起发动机故障的主要因素。

非常重要的是,清洁的燃油不含水和杂质,否则会导致喷油泵和喷嘴严重堵塞甚至损坏。

在我国,燃油质量问题一直是发动机寿命缩短和故障的主要原因。

因此,在使用进口发动机时,尽量使用优质低硫燃油,如果不能满足要求,可以对输油管道进行改造,并在油水分离器前加装粗滤器。

柴油机故障诊断与排除

柴油机故障诊断与排除
不良,喷油器偶件卡死,滴油。 3. 进气堵塞不畅。 4. 冷却水不足或不畅。
冷却水温度过高:
1. 散热水箱散热片上尘土太多。 2. 水量不足。 3. 水泵皮带过松、打滑,造成水
泵出水量少,压力小,水循环 缓慢,水温升高。
机油温度过高:
1. 柴油机过载。 2. 机油冷却器芯子及油道结焦堵塞,
旁通阀长开。 3. 活塞、缸套磨损严重,窜气。 4. 润滑油稠粘、脏。 5. 冷却水不足或不畅。
3
三、突然停机
1. 燃油系统进入空气,燃油管道或燃油滤清器堵塞。输油泵失效。 2. 由于缺机油致使机油压力不足或断机油,使曲轴烧瓦抱死。 3. 由于水泵供水不足或失效、燃烧恶化排温升高引起活塞与缸套抱死,
(俗称拉缸)。 4. 运动部件的损坏,致使曲轴不能转动。
4
四、柴油机转速激增(飞车)
1. 调速器失灵,应检查调速器。 2. 调速弹簧断裂。 3. 油泵齿杆卡死或齿圈卡死。注意:柴油机飞车时应立即采取停车措
4. 节温器失灵,水走小循环。 5. 水泵故障,冷却水系有空气。 6. 缸盖冷却水道堵塞或不畅通,
机体上水孔不畅通,缸套外壁 有水垢。
7. 天气炎热,负载过重。 8. 冷却风扇不匹配,或装反向。
9. 柴油机水腔及水箱内腔积垢太
多。
9
九、润滑油稀释
1. 活塞环结胶或磨损超过极限值。 2. 使用的机油或柴油牌号不符合规定。 3. 燃油进入油底壳中,喷油器喷油压力过低或偶件卡滞,雾化不
3. 供油提前角是否正确,喷油器喷油压力和雾化情况是否良好,气门间 隙是否在规定范围之内。
4. 活塞环和缸套严重磨损,窜气严重。活塞环结胶卡死,失去弹性、断 裂等造成密封不良。进排气门严重漏气。
5. 冬季气温低,检查空气加热器是否良好。蓄电池电压低,使起动机达 不到最低起动转速。电气线路接头松脱。起动机齿轮不能嵌入飞轮齿 圈。

活塞环典型故障原因分析

活塞环典型故障原因分析

活塞环典型故障原因分析作者:王国政刘国涛来源:《农机使用与维修》2014年第11期活塞环是柴油机中形状简单而作用十分重要的零部件,它密封燃烧室以保证柴油机正常工作。

同时它的工作条件又是极苛刻的,在高温、高压下工作,运动方向、运动速率变化又很大,工作过程中极易受到损伤。

活塞环折断、走对口、漏气是活塞环常见故障,破坏活塞环的正常工作,造成柴油机工作性能恶化,使用寿命缩短。

1.活塞环折断柴油机运转时,活塞环的运动主要有上下运动、径向运动、回转运动和不规则的轴向、径向振动以及扭曲振动。

引起活塞环断裂的原因除本身品质方面的原因外,主要是由于不规则的轴向和径向振动,以及扭曲振动所引起。

造成这三种不规则的振动(活塞环断)主要原因为:(1)气缸磨损严重,环在上下往复运动过程中频繁产生弯折或刮碰磨损产生的台阶而断裂。

活塞环异常磨损包括偏磨及过度磨损,往往在磨损最大处断裂。

(2)使用低质燃料不完全燃烧产生的积碳堆积在活塞环槽中,使活塞环侧隙减小。

发动机工作中在巨大的燃烧压力作用下,易使活塞环卡死在环槽内而造成折断。

(3)活塞环侧隙过大,环在环槽内上下运动的幅度增大,敲击作用加剧,环侧面和环槽侧面磨损增大,活塞环因受扭曲力过大而被折断。

(4)环槽深度应能使环装入环槽内而稍有余隙,否则会使环凸出一小部分在活塞外面,如果硬装会造成环断裂。

环安装时要留有背隙,是考虑到活塞热膨胀及活塞运动时由于侧推力方向的改变,防止环与环槽底圆面发生干涉。

过小的背隙会造成环卡在环槽或工作温度下活塞的热膨胀将环向缸壁挤压造成拉缸甚至断裂。

活塞环开口间隙过小,因热膨胀使开口端相碰而断裂。

(5)活塞环的振动或发动机转速过高,环受的惯性力过大,或长期超负荷运行,突发载荷活塞环弹力失效。

活塞环材质和加工质量问题等使活塞环断裂。

(6)活塞环及活塞环槽几何尺寸、形位尺寸超差,活塞环与活塞环槽配合不好。

(7)活塞环定位销钉磨平或脱落,使活塞环在环槽内转动,环开口端刮碰气缸而断裂。

汽车发动机零件失效分析

汽车发动机零件失效分析
(1)设计合理的混凝土配合比。合理的混 凝土配合比由实验室通过实验确定,除满足确 定、耐久性要求和节约原材料外, 应该具有 施工要求的和易性。因此要实验室设计合理 的配比, 必须提供合格的水泥、砂、石。水 泥控制强度, 砂控制细度、含水率、含泥量 等, 石控制含水率及含泥量等。只有材料达 到合格要求, 才能做出合理的混凝土配合比, 才能使施工得以正常合理的进行,达到设计和
验收标准。 (2)正确按设计配合比施工。按施工配合
比施工, 首先要及时测定砂、石含水率, 将设 计配合比换算为施工配合比。其次, 要用重 量比,不要用体积比,最后,要及时检查原材料 是否与设计用原材料相符,这要求供方提供两 份同样材料,一份提供给实验室,一份给工地, 工地收料人员应按样本收料,如来料与样本不 符,应马上向上级汇报,及时更改配合比(材料 不合格不收料除外)。
综上所述,我们应从各个方面控制混凝土 质量, 以确保整个工程质量, 以保证企业信誉 和发展。
图 8 活塞断口组织形貌 720 ×
3 结论 此轿车发动机活塞, 在高温、高压条件
下作高速往复运动,承受着由周期性的燃气压 力和惯性力引起的交变的拉伸、压缩和弯曲 负荷,以及因活塞各部分温度分布极不均匀而 引起的热负荷。由于此活塞显微组织中出现 连续聚集的铜化二铝相和过烧,存在严重的质 量问题,直接导致零件在服役过程中首先在缺 陷处引起疲劳开裂, 造成活塞受力不均衡, 而 受到摩擦, 必然工作应力大幅增加, 从而造成 快速断裂, 并被其它工件击成碎块, 而最终失 效[2]。
(3)加强原材料管理,混凝土材料的变异将 影响混凝土强度。因此收料人员应严把质量 关, 不允许不合格品进场, 另外与原材料不符 及时汇报,采取相应措施,以保证混凝土质量。
(4)进行混凝土强度的测定,我们以 28 天 强度为准, 为施工简便和质量保证, 我们一般 做 7 天试块等,以对混凝土强度尽量根据其龄 期测定其发展, 以明确确定其质量。

柴油机常见故障原因及分析排除方法

柴油机常见故障原因及分析排除方法

柴油机常见故障原因及分析排除方法对柴油机故障,一般可按下列原则进行:一.当柴油机运转中有不正常的现象时,可以用“看、听、摸、嗅”等综合判断那一个部位或那一个系统产生故障。

“看”——观察各仪表情况,排气颜色以及水、油的变化情况。

“听”——用细长的金属棒作为听诊器,触及柴油机外表面相应部位听运动件发生的声音及其变化情况。

“摸”——凭手指感觉检查配气机构等零件的工作情况和柴油机的振动情况。

“嗅”——凭感官的嗅觉,判断出柴油机出现异常气味的原因。

二.当柴油机突然发生故障,而且故障将影响柴油机正常的工作时,应及时停车检查,以避免发生扩大事故。

三.当判断是较大的故障或柴油机突然自行停车时,鉴定人员应首先细致了解整个故障发生的前后经过。

检查故障情况,分析故障的特征,判断其产生的原因。

对不能立即查明原因的故障,可以先将柴油机低速空载运转,再观察分析找出原因。

四.所列的柴油机常见故障和排除方法,仅供参考;在实际工作中,应根据当时、当地的具体条件和实践经验灵活掌握,找出产生故障的内、外原因,“对症下药”、及时排除。

五、判定柴油机故障现象后,应根据柴油机的结构和工作原理检查和分析故障的原因,以避免重复出现同一故障。

汽油机燃料系的常见故障诊断与排除1.油不进缸1.1故障现象特征汽车驾驶、维修人员常说的“油不进缸”,实质上就是在冷车时,缸内不来油或来油不畅的现象,致使混合气过稀(吸入缸内的燃油不足),没有着火的症候,起动困难。

若向化油器进气道加入少量汽油后即可发动;但发动后节气门开度大时,化油器有回火现象;急加速时,发动机熄火。

在车辆的使用中,点火系工作正常,但发动机在启动过程中无声无息,不能发动。

或拉阻风拉钮,多次踩踏加速踏板勉强能发动,但怠速着不住车。

加速时化油器回火,而且很快地熄火,尤其低温起动时往往容易产生上述油不进缸的故障,由此而启动不良,这是常见故障之一。

油不进缸的故障现象有:(1)发动机发动不着,用手摇转曲轴时,感到轻松顶力较小,能摇多圈;(2)向化油器内倒点汽油,或是多次踏踩油门,使加速泵向喉管内注油,能着火但马上熄火;(3)用汽油泵手柄泵油,充满化油器,发动机能着火,但短时间就熄火,或运转中熄火。

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柴油发动机活塞失效分析材料科学与工程学院金属材料工程专业笑嘻嘻指导教师:学习1.前言柴油机作为各种机械的动力装置,活塞是其主要配件之一,由于它在气缸内以高速度作不匀速往复运动,且又在高温、高压和液体润滑困难等条件下工作,所以是一种容易磨损的配件。

在一般正常使用情况下,只有在柴油机大修时才更换新活塞。

活塞主要失效形式有:环岸断裂,严重时整圈脱落;环槽,销座和裙部的严重磨损;销座内侧上部出现裂纹以及燃烧室边缘烧蚀【1】。

在实际工作中,活塞除了正常磨损外,还有早期损坏失效的可能。

如其顶部与气门相碰形成印痕、活塞被捣碎及活塞顶部被顶出一个锥坑等【2】。

柴油机因运转不正常,排气声音显著变化而停车后,若正转不动,反转易,则极有可能发生上述故障,至于故障产生的原因,可能多种多样的,但归纳起来,不外乎使用、维修不当所致。

2.柴油发动机活塞的主要失效形式2.1环槽的磨损钢顶铝裙活塞在运行中经常出现活塞环槽严重磨损的情况,尤其是货运车更加突出,其原因主要有:首先是活塞环与缸套的匹配不好,故寿命太短.随着大修间隔时间的延长,特别是激光淬火缸套的使用,使与之配对的活塞环更不耐磨,活塞环后期已进入剧烈磨损阶段,活塞环组已不能正常封气、控油,机油消耗明显上升,这样就会使活塞环、活塞环槽及缸套剧烈磨损。

另外,空气及机油滤清器的滤清效果不佳,机油没有按规定更换,机油内磨料过多,大修间隔时间过长,发动机高速、重载、柴油机运行条件恶化,喷油器雾化不良,燃烧质量差等都是加速活塞环槽、缸套和活塞环磨损的因素【3】。

2.2活塞顶部开裂活塞顶开裂主要是由于柴油机载荷反复变化而产生的热应力循环,气缸内燃烧压力周期性变化而产生的机械应力循环,活塞顶表面的高温,以及钢顶和铝裙装配间隙不当而产生的附加应力等因素综合作用的结果。

2.2.1钢顶周向薄壁处开裂图一钢顶铝裙支承面如图一所示,当活塞顶和铝裙装配成一对时,对铝裙上产生A、B两个支承面。

支承面A 在自由状态下不起支承作用,按设计要求,二者问有一定的配合间隙,支承面A有~个坡度,在竖直方向上有一个高度差,这是为了更好地解决活塞顶和铝裙间在气体压力、惯性力和温度作用下的综合变形。

即在自由状态下A面径自中心线向外呈张口状,在载荷作用下则呈闭合状,从而使配合面上受力均匀,不致出现应力集中问题.而活塞顶与铝裙之间的配合情况对活塞的应力状态、变形和寿命有着重要的影响。

活塞顶火力岸周向裂纹的根本原因就是铝裙的支承面与钢顶的配合间隙增大,因为在高温下铝的热强度比钢低,此间隙在自由状态下很小,在载荷状态下由于气体力和温度的作用,铝裙为适应钢顶的变形,使得铝裙上的支承面A受挤压而发生塑性变形。

这样由于该配合间隙的增大,引起活塞顶应力的增加,在这一增大的交变载荷作用下,活塞顶火力岸周向薄壁处产生疲劳裂纹。

2.2.2钢顶热裂、烧穿活塞钢顶是在高温燃气的冲击下工作的。

过高的活塞温度也是一个破坏因素,这在燃烧室较深及冷却较差的活塞中最常见。

气缸中的燃气温度最高可达2500 K以上,在这样高的温度下工作的活塞除本身应具有足够的机械强度外,还必须具有良好的冷却性能,使活塞顶部温度及第一道气环温度严格控制在规定的范围内【4】。

从活塞钢顶烧损的部位来看,钢顶在此处的厚度一般只有4 ~7 mm,当活塞内腔的壁面温度局部偏高时,就容易引起积碳,大大影响钢顶的冷却,使钢顶局部温度升高。

因该处材料强度较弱,故极易引起热裂,并在强大的高温燃气的冲击下,钢顶被烧穿而形成孔洞。

2.3活塞裙部失效活塞裙的损坏一般是在高速、重载的大功率柴油机运行了十几万或二十几万公里之后出现的,这些损坏的部位和形状很有规律。

有的裂纹起源于活塞螺栓沉孔座U形槽内侧靠近活塞销的过渡圆角处,当该裂纹扩展横向贯通时,活塞裙断裂;在活塞裙内腔组合螺栓孔上的弹性套孔壁与连杆头避让坑底部圆角相交处也有发生裂纹现象。

其结果损坏缸套、缸盖、连杆,甚至伤及曲轴与机体,危及行车安全并造成重大的经济损失。

通过对损坏活塞裙的宏观和微观分析表明,活塞裙的断裂,属于机械应力引起的疲劳损坏。

活塞裙损坏部位是活塞裙结构的薄弱环节,如活塞裙销座区,特别是螺栓下穿式组合活塞裙部销座区强度因螺栓孔而大大削弱。

螺栓孔位置的布置受到限制,活塞裙部的U形槽处形成了高应力集中区。

活塞裙螺栓沉孔座面U形槽根部加工质量不佳,有尖角或切削表面粗糙而形成撕裂缺口,是开裂损坏的另一重要原因【5】。

此外,活塞裙毛坯的质量和性能,共晶硅铝金S i 相和金属间化合物相的大小及分布状态,都直接影响活塞裙的疲劳强度【6】。

3.活塞早期失效形式3.1气门头部顶碰活塞气门头部丁碰活塞产生的原因主要有:气门间隙发生变化;曲轴回转半径不对;气门凹陷度不合要求;正时齿轮传动位置存在误差;轴瓦或活塞销的配合间隙过大;凸轮轴与轴套间隙过大;减压机构调整不当等【7】。

这些因素造成气门头部顶碰活塞产生循环撞击,从而活塞产生变形,断裂等失效。

3.2捣碎活塞柴油机工作时,活塞顶与气门相碰是引起活塞被捣碎的主要原因之一。

因此,易使气门在头部或在安装气门锁片的细颈处折断,进而造成气门掉人气缸,若不及时停车,危害极大。

气门头部的断裂是气门损坏的一种形式,它发生在头部向杆部过渡的部位,即热负荷最大的位置。

而气门杆部锁片切槽处断裂是损坏的又一种形式,导致此状况的出现不仅仅是由于材料的高温强度不足所致,而气门和配气机构参数选择不当及装配不良也会导致这种断裂的发生[8]。

为此,引起捣碎活塞的具体原因有很多种,如:气门锁片脱落;气门弹簧折断或弹力不足;气门导管严重磨损或安装不当;气门咬死在气门导管内;气门摇臂及衬套严重磨损;气门座圈脱落等。

3.3活塞顶部出现锥坑实践证明,喷油嘴伸进燃烧室的距离必须符合技术要求。

在喷油器的拆装过程中,如果不慎漏装了垫圈,喷油嘴伸出气缸盖下平面的长度增加,以至于活塞行至上止点时就会被喷油嘴顶住出现锥坑,造成顶坏活塞或顶断喷油嘴事故发生。

4.改进措施4.1合理选择配合间隙图二外圈配合间隙图二所示,a 、b为组合活塞顶裙外圈接触面间的初始配合问隙,这两个间隙对活塞应力状态影响很大。

如果间隙过小时,活塞顶热变形在配合面受阻,环槽区应力增高,第一道环槽开口变窄,将会加快环槽磨损,活塞裙油环槽上部甚至出现压裂;而如果间隙过大,活塞顶的热应力虽小,但机械应力又太大。

因此,必须通过三维有限元计算和多方案实验研究确定a 、b间隙的最佳值。

4.2采用锥形裙部支承面组合活塞内、外支承面的径向定位和配合间隙对活塞的受力状况影响很大,为了保证组合活塞在全部宽度上接触良好,将裙部支承面设计成从内侧向下倾斜至外侧的结构。

研究表明,随着倾斜度的增加,热态下支承面内侧的脱开量明显减少。

4.3对冷却油腔结构参数进行优化对高强度柴油机活塞来说,进行高效的冷却,降低其热负荷,是活塞设计成功的关键之一。

振荡冷却是组合活塞理想的冷却方式,设计良好的振荡冷却,传入活塞的热量90%以上可被冷却油带走。

冷却效果取决于冷却腔的结构、冷却机油的充满度及冷却油量等。

组合活塞的冷却方式主要有两种:一是活塞采用外腔进油( 连杆一活塞销一活塞裙一活塞顶)中央腔回油的结构( 见图二);二是采用喷油冷却( 见图三)。

良好的冷却标志是活塞各特征点的最高温度均在许用范围内,其衡量指标据有关资料介绍为:进出油差 2 0 ~4 0℃;对于连杆供油的组合活塞冷却油量推荐值为5.1~11.5 kg/(kW·h);充满度为40 ~60 %为最佳;活塞内外冷却腔的热交换系数达到837 k J/( m·h·℃) 加快环槽磨损,活塞裙油环槽上部甚至出现压裂;以上要达到上述指标必须优化振荡冷却腔结构系而如果间隙过大,活塞顶的热应力虽小,但机械应数,找出最佳进出油孔直径和出油孔高度等【9】。

图三喷油冷却油孔4.4活塞环及环槽表面强化处理活塞环槽摩擦副匹配的优化,采用高性能和寿命长的活塞环,采用高效空滤系统,提高机油品质,按规定更换机油,提高“三滤”滤清质量和柴油机清洁度等是降低活塞环槽磨损的主要措施。

对活塞环槽而言,可以采取表面氮化、激光淬火、感应淬火、镀铬、加环槽护圈等办法,提高其耐磨性【10】。

活塞顶经离子软氮化后,其耐磨性、耐蚀性和疲劳强度均明显提高【11】。

目前采用活塞顶软氮化处理来提高环槽耐磨性的活塞已装车运用,效果良好。

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