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1、第8讲 活塞、活塞环检修,一、回顾与引入二、活塞的损坏与检修三、活塞的验收四、活塞环的工作条件和损坏形式五、通过扫气口检查活塞环六、活塞环的损坏与检修七、配换活塞环工艺八、验收活塞环,一、回顾与引入,问题1：气缸套磨损的修复方法有哪些？问题2：气缸套裂纹产生的原因有哪些？问题3：气缸套拉缸的原因有哪些？问题4：活塞的工作条件是怎样的？问题5：活塞的主要损坏形式有哪些？,一、回顾与引入,活塞工作时承受着很大的机械应力和热应力，同时还承受着摩擦。因此，在使用中活塞容易损坏，特别是高速柴油机的活塞。活塞的主要损坏形式有：外圆表面及环槽的磨损、裂纹和破裂，顶部烧蚀等。,二、活塞的损坏与检修,1活塞外表
2、面的磨损检测2活塞环槽的磨损检修3活塞裂纹的检修4活塞顶部烧蚀的检修,1活塞外表面的磨损检测,活塞外表面磨损部位与检测一般中、小型柴油机的筒形活塞裙部外表面容易发生磨损。大型十字头式柴油机正常运转中活塞外圆面是不会磨损的，只有在活塞运动装置不正和拉缸等异常情况下才会发生。,1活塞外表面的磨损检测,活塞外表面磨损部位与检测在船上是通过测量活塞直径来检验活塞的磨损程度。通常采用外径千分尺、游标卡尺进行测量。测量部位为活塞的上部、中部和裙部的外径，有承磨环的活塞应测量每道环的外径。测量每一测量点的横截面上相互垂直的两个直径：平行曲轴方向的直径和垂直曲轴方向的直径。将测量值记录在表格中，计算出每个横截
3、面的圆度、纵截面的圆柱度，以其中最大值与说明书或标准比较，以确定活塞的磨损程度。,1活塞外表面的磨损检测,活塞外圆表面磨损的修复活塞裙部外圆表面磨损不太严重时，采用光车裙部外圆，消除几何形状误差。光车后仍符合活塞与气缸间隙要求时，可继续使用。否则依活塞材料不同采用不同的对策，铝活塞采用换新；铸铁活塞采用热喷涂、镀铁等工艺恢复尺寸；铸钢活塞采用镀铁、堆焊金属等恢复尺寸。承磨环过度磨损、严重拉伤或松动时应换新。,2活塞环槽的磨损检修,环槽磨损的原因环槽端面磨损主要是由于环在环糟中的相对运动，包括环在环槽中往复运动(即环上、下运动)、环的径向胀缩运动、环在环槽中的转动和扭曲运动。其次是由于新气中的灰
4、尘硬质颗粒、燃气中的炭粒，尤其是燃用重油时的更大更坚硬的炭粒，这些硬质颗粒在环与环槽端面之间形成磨粒加速环槽端面的磨损。此外，如果燃烧室的高温使活塞头部和环糟变形、材料性能下降、环与环槽端面间的油膜破坏时，则环槽磨损更加严重。,2活塞环槽的磨损检修,环槽磨损的测量与修复根据环槽端面磨损情况可选用以下方法修复：1)光车或磨削环槽端面，依加工后的修理尺寸配制相应加大尺寸的活塞环，保证平面间隙符合原有要求。2)光车环槽端面或采用喷焊、堆焊、镀铬等工艺恢复环槽原有尺寸。3)环槽端面镶垫环恢复环槽原有尺寸。,2活塞环槽的磨损检修,3活塞裂纹的检修,活塞头触火面裂纹活塞头部触火面裂纹是指在活塞顶面产生的径
5、向或圆周向裂纹、起吊孔边缘裂纹及第一道环槽根部裂纹。,3活塞裂纹的检修,活塞头触火面裂纹活塞头部裂纹主要是热应力引起的，同时还有机械应力的作用。活塞顶面裂纹还会因冷却不充分，活塞顶面散热不良所致。活塞顶面的起吊孔边缘和第一道环槽根部会因应力集中产生裂纹。,3活塞裂纹的检修,活塞冷却侧裂纹活塞顶面冷却侧、筒状活塞的活塞销座处产生裂纹更是屡见不鲜。主要是由于过大的机械应力引起的，同时还会由于设计不良、材质不佳和毛坯制造缺陷等在这些部位存在应力集中而加速裂纹的产生。,3活塞裂纹的检修,活塞裂纹可通过观察或着色探伤进行检查。钢质、铝质活塞的顶部裂纹较轻时，可采用焊补工艺修理，钢质活塞顶部裂纹严重时采用
6、局部更换。活塞环槽根部裂纹、活塞上穿透性裂纹及无法修理的冷却侧裂纹则应将活塞报废换新。,4活塞顶部烧蚀的检修,烧蚀原因首先由于活塞顶部直接与燃气和火焰接触，温度很高，尤其当喷油定时不正、喷油器安装不良或冷却侧结垢时使顶部局部过热，温度更高；其次，由于柴油机燃用的重油中含钒、钠过多，就会在活塞顶部温度达550C以上的部位产生高温腐蚀。同时，活塞材料过热时发生氧化、脱碳而使其化学成分变化。,4活塞顶部烧蚀的检修,烧蚀原因在以上因素综合作用下，活塞顶部金属产生层层剥落使顶部厚度逐渐减薄，出现钒腐蚀的麻点或凹坑，大小、深浅不一地分布于活塞顶部，这种现象称为活塞顶部烧蚀。严重时可使顶部烧穿。,4活塞顶部
7、烧蚀的检修,烧蚀测量和修复活塞顶部烧蚀的程度可用活塞顶部样板和塞尺进行测量。,4活塞顶部烧蚀的检修,烧蚀测量和修复活塞顶部烧蚀的程度可用活塞顶部样板和塞尺进行测量。,4活塞顶部烧蚀的检修,烧蚀测量和修复当烧蚀量超过规定值时应换新活塞。在缺乏备件或应急情况下可采用以下措施：1)改变活塞的安装位置：当烧蚀尚不太严重，而且活塞结构又允许的情况下，改变活塞安装角度。2)焊补修理：烧蚀严重时可采用堆焊工艺进行修补，焊后进行机械加工恢复活塞顶部形状。3)换新：当活塞顶部最大烧蚀厚度超过说明书规定值或使活塞顶部厚度减至设计厚度的一半时应将活塞报废换新。,三、活塞的验收,所购置的成品活塞是按照柴油机制造厂的备
8、件编号册订购，由厂家供应，不需专门验收审查，厂家负责产品质量。除此之外购置的成品活塞或配制活塞均应对其材料成分、性能、尺寸、形状和位置精度、表面粗糙度等进行验收。1材料成分和机械性能符合原设计要求由供应商和制造厂提供活塞材料成分、机械性能检验报告单、轮机员应认真审核。,三、活塞的验收,2活塞的尺寸、形状、位置精度和表面粗糙度等均应符合设计图纸的要求活塞销孔中心线与活塞中心线应垂直，垂直度要求不大于0.025mm/100mm。活塞销孔中心线应与活塞中心线相交，其位置度要求，活塞直径 200mm时应不大于0.20mm。活塞环槽平面应与活塞中心线垂直，垂直度应不大于0.02mm。活塞顶面形状用样板和
9、塞尺检验活塞顶面形状，要求符合图纸要求。,三、活塞的验收,四、活塞环的工作条件和损坏形式,活塞环是柴油机燃烧室的组成零件之一。具有保持活塞与气缸套之间有效密封的作用和将活塞热量传递给气缸壁的散热作用，以及调节气缸润滑油的作用。活塞环又是柴油机的易损零件，主要损坏形式有：过度磨损、折断、粘着和弹力丧失等。,五、通过扫气口检查活塞环,通过扫气口检查活塞环等零件是获取柴油机运转过程中气缸工作信息的直接、简便和经济的方法。1检查方法2观察活塞环的工作状况,1检查方法,准备柴油机停车后一段时间，拆除扫气箱上操纵侧的气缸观察孔盖板，清洁观察孔。借助一长柄强光灯泡伸入缸中进行观察。此工作应由两人配合进行，一
10、人观察，一人记录观察情况。检查中应使冷却水或冷却油保持循环，以便检查有无漏泄：关闭主起动阀和起动空气，并啮合盘车机；盘车使活塞处于下止点，并由此位置开始检查。为了观察清楚和判断正确，必须把零件工作表面擦拭干净。,1检查方法,观察部位观察时，盘车使活塞上行至扫气口下方，自观察孔观看检查气缸壁和活塞头部；当活塞上行通过扫气口时，清洁并查看活塞头、活塞环和活塞裙工作表面；活塞继续上行，查看气缸套下部和活塞杆的情况。,2观察活塞环的工作状况,活塞环在气缸中有以下几种可能出现的状况，观察时应细心观察、分析和判断。活塞环良好工作状态：活塞环与气缸工作表面光亮、湿润，环在环槽内活动自如，无过度磨损痕迹，环的
11、棱边可能尖锐但无毛刺。活塞环表面有局部轻微擦伤，且对应棱边尖锐有毛刺，对应缸壁也有轻微磨损。活塞环表面上有纵向拉痕，是由燃油中硬质颗粒造成的。,2观察活塞环的工作状况,活塞环槽内如积炭较厚和较硬使环粘于环槽中，将会造成气缸密封不良。此时可用木棒触动活塞环检查其是否粘着和粘着的程度。活塞环裂纹或折断，亦可用木棒触动进行判断。活塞环漏气，使环表面干燥发黑，且缸壁上有大面积干燥发黑表面。,2观察活塞环的工作状况,活塞头、头几道环和环槽内有带颜色（稍白、黄、褐色等）的灰状堆积物，是气缸油中碱性添加剂导致，可引起缸套严重磨损。润滑情况：观察缸壁和环上油膜是否充分，除第一道环外其他环的棱边上应有润滑油。气
12、缸套内表面上的白色或褐色部分，是硫酸引起的腐蚀磨损。,六、活塞环的损坏与检修,1活塞环过度磨损与检测2活塞环的折断3活塞环粘着4活塞环弹力丧失,1活塞环过度磨损与检测,活塞环磨损可通过以下测量来判断：搭口间隙测量平面间隙测量活塞环径向厚度测量,1活塞环过度磨损与检测,2活塞环的折断,一般多是第一、二通活塞环容易发生折断，断裂部位多在搭口附近。活塞环可折断成几段，也可能呈粉碎状，甚至失踪。活塞环折断会使气缸磨损加剧，二冲程柴油机的断环可能被吹至排气管或扫气箱中，乃至吹入增压器涡轮端打坏涡轮叶片，造成严重事故。活塞环折断的原因很多，除材料缺陷、加工质量低外，主要是使用中维护管理不良和装配质量差所致
13、。,2活塞环的折断,搭口间隙过小搭口间隙小于装配间隙时，运转中活塞环受热温度升高，由于搭口处金属膨胀无充分的余地，便搭口两端对顶产生弯曲，通常是在搭口附近折断。高增压柴油机燃烧室温度更高，如果搭口间隙过小更易折断。,2活塞环的折断,环槽积炭 环槽下端面上的积炭严重时，环活动受阻，环与缸壁强力作用，刮下的滑油和金属屑混合，并在漏泄燃气作用下在环槽下端面上形成局部的坚硬积炭。活塞环下面有局部的坚硬积炭，上面受到周期性燃气压力作用，使活塞环产生弯曲疲劳折断。活塞环一处折断后燃气漏泄量增加，环槽积炭更加严重，加上活塞横摆时的冲击使环多处折断，呈多段状或碎块状，环槽和气缸的磨损更加剧烈。,2活塞环的折断
14、,气缸套磨台活塞组件与气缸套长期相对运动使气缸套磨损后在缸套上部出现磨台。当活塞上行至上止点时，第一道活塞环碰撞磨台受到冲击而折断。环槽过度磨损环槽下端面过度磨损后呈倾斜状。当活塞在上止点附近时，燃气压力作用使环紧贴于倾斜的环槽下端面上，活塞环产生扭曲变形。随着活塞下行，燃气压力下降，环的扭曲变形程度减小而逐渐恢复水平状态。活塞环周期性地扭曲、水平变形而疲劳折断。,2活塞环的折断,活塞环挂住气口二冲程柴油机经常会发生活塞环挂住扫、排气口使环折断的损坏。由于活塞环开口部位张力最大，受热变形大，而气缸套上气口之间的筋受热容易变形，当活塞运动时环与气口相遇，只要环开口处稍微接住气口就会使环折断。,2
15、活塞环的折断,活塞环径向胀缩疲劳当活塞环弹力不足或缸套过度磨损时，活塞环与气缸壁不能紧贴，即不能保持气密，以致高压燃气漏泄将环压入环槽。当活塞下行时气缸内燃气压力降低，活塞环又从环槽内弹出。活塞环不断地径向胀缩以致疲劳折断。,3活塞环粘着,活塞环粘着(或称固着)，是环槽内充满油污和积炭便活塞环不能自由运动的现象。活塞环固死在环糟内使其失去密封作用，引起窜气、功率下降、活塞环折断和缸套磨损加重等故障。通常第一、二道环容易粘着，严重时活塞上所有的环均发生粘着。,3活塞环粘着,检查活塞环是否粘着可以从扫气口观察和用木棒触动活塞环来判断。还可以从活塞环的表面变黑情况来识别环是否发生粘着，因为环粘着时引
16、起燃气下窜而将粘着的环表面变黑。粘着的环应报废换新活塞环。首先应将环从环槽中取出，一般来说不易取出。采用木棒轻轻敲击活塞环使之松动，或先用煤油浸泡使积炭变软后再用木棒敲击使之松动，最后用专用工具将环取出。取环时切勿用扁铲、凿子等工具，以免损伤环槽。,4活塞环弹力丧失,活塞环经过长期使用产生不均匀磨损，或由于过热、粘着和材料疲劳等使其弹力部分或全部丧失，造成活塞环的密封作用下降或消失。在船上对活塞环弹力的检查方法有以下几种：测量活塞环自由开口。吊缸检修时，将活塞环进行清洁，人为使其自由开口闭合或扩大一倍，松开后测量变形后的自由开口大小。若变形后的开口增大量超过10%a0时，表明活塞环的弹力过小。
17、,4活塞环弹力丧失,对比法是用新旧环的弹力对比检查弹力的方法。,4活塞环弹力丧失,吊缸后，将活塞环和气缸分别清洁干净，将环装入气缸并用手推动。一般正常弹力的活塞环是不容易装入气缸的，装入缸中也难以用手使之移动。如果旧环易于装入缸中且轻轻触动环即沿缸壁移动，表明活塞环弹力过小。活塞环弹力部分或全部丧失时应换新活塞环。但在无备件的情况下可采用应急方法暂时恢复环的部分弹力。具体作法是用小锤敲击活塞环内圆表面。自搭口对面部位开始重敲，然后逐渐向两侧敲击，用力逐渐减小，使环的开口增大，弹力增加。但应注意，不可用力过大，以免将环敲断。,七、配换活塞环工艺,活塞环是易损件，损坏后一般采用换新处理。为了保证装
18、配质量，在配换活塞环时应注意以下问题。1新环的检查2新环的修配3新环的安装4新环的磨合运转,1新环的检查,使用活塞环的备件前应对其进行必要的检查：外观检查测量搭口间隙和平面间隙测量环的径向厚度和环槽深度检查环的弹力,2新环的修配,修锉搭口。为了防止活塞环搭口两端锋利棱边刮伤缸壁及挂住气口，应将搭口两端修挫成较大圆角，一般圆角半径为35mm。目前，有的新环在制造时己将搭口修锉好，故安装前不需修锉。修锉上、下两端的棱边。为了减少气缸的磨损和擦伤及有利于润滑，应修锉活塞环上、下端棱边的尖锋和毛刺。新环检查时，为保证各种间隙值而进行的修配工作。,2新环的修配,3新环的安装,简易法是针对中、小尺寸的活塞
19、环，在无专用工具的情况下用结实的绳子套在环的开口两端，用手拉绳将开口扩大装入环糟内。,3新环的安装,应把新环装在第一、二道环槽中，旧环装在其他环槽中，既便于新环磨合又能发挥旧环的密封作用。一般情况下，不应一次更换所有旧环，更不可因一环损坏而更换所有旧环。装到活塞上的各道环的开口位置应错开,切勿使开口在同一位置，以免燃气下窜。装好环的活塞在未吊入缸中之前，应放于木板上妥善保管，以免损伤活塞和活塞环的工作表面，小型柴油机尤为重要。,4新环的磨合运转,活塞环换新后必须经磨合运转才能投入使用工况运转，一般需经20-24h磨合运转。在磨合期间应使气缸油供油量达最大值。,八、验收活塞环,活塞环应按技术要求进行验收。主要技术要求：活塞环的尺寸、形状和位置精度及表面粗糙度应符合图纸的要求；活塞环的材料可用HT250、HT300或合金铸铁。活塞环的硬度和金相组织应符合要求。活塞环外观检查。活塞环工作表面不允许有气孔、裂纹，疏松、夹渣、飞边和毛刺等缺陷，环两端面及内圆面上允许有一定大小的气孔。,八、验收活塞环,活塞环弹力检查。活塞环自由开口值应为(0.100.13)D(D为活塞环直径)。活塞环密封性检查。采用漏光法检查活塞环的密封性。,
