“恒發(fā)”輪柴油機(jī)拉缸的原因分析及預(yù)防

福建 方小明

柴油機(jī)拉缸，是指在活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)氣缸內(nèi)壁出現(xiàn)明顯的縱向機(jī)械劃痕和刮傷，嚴(yán)重時(shí)發(fā)生活塞脫頂或“脹缸”事故。拉缸是柴油機(jī)的一種重大事故，應(yīng)引起駕駛和維修人員的高度重視。

1 拉缸的磨損機(jī)理

柴油機(jī)拉缸的機(jī)理，直觀地說是由于兩個(gè)摩擦表面之間沒有油膜存在而產(chǎn)生的一種局部金屬熔著現(xiàn)象，這種形式的金屬表面損壞是粘著磨損。氣缸與活塞組在潤滑不良的情況下滑動(dòng)時(shí)，兩者有微小部分金屬面直接接觸，兩種金屬由原來的液體摩擦變成固體間的干摩擦或半干摩擦，產(chǎn)生局部高溫，導(dǎo)致接觸點(diǎn)處發(fā)生組織變化、軟化，甚至熔融、撕脫，逐步擴(kuò)展造成粘著磨損。熔著擴(kuò)展將導(dǎo)致大范圍異常磨損，氣缸壁、活塞、活塞環(huán)快速受到嚴(yán)重?fù)p傷，在氣缸壁表面上呈現(xiàn)熔融流動(dòng)狀態(tài)，顯出不均勻、不規(guī)則邊緣的溝痕和皺褶，就會(huì)形成拉缸。

2 柴油機(jī)拉缸的原因分析

產(chǎn)生拉缸的原因很多，總的來說有三個(gè)方面：使用因素、裝配因素、制造加工因素。

2.1 使用因素

(1)不按規(guī)定進(jìn)行磨合，柴油機(jī)運(yùn)行初期(包括大修后)，由于零件加工表面較粗糙，加工后的形狀和裝配位置都存在一定的誤差，配合間隙也較小，因此零件磨損和機(jī)械損失很大。因此在磨合期內(nèi)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，必須嚴(yán)格遵守磨合規(guī)定，以保證磨合的質(zhì)量。主要規(guī)定包括：減輕負(fù)載、限制運(yùn)行轉(zhuǎn)速、選擇優(yōu)質(zhì)燃潤料，及加強(qiáng)磨合維護(hù)等。

(2)潤滑油使用不當(dāng)，一般船用柴油機(jī)熱負(fù)荷大、溫度高、工作條件苛刻，應(yīng)按規(guī)定選用合適的潤滑油。如果不按規(guī)定要求選用潤滑油或粘度不合適，將會(huì)導(dǎo)致柴油機(jī)拉缸。這是因?yàn)闈櫥驼扯冗^大，其流動(dòng)性差，特別是在低溫起動(dòng)時(shí)，不易快速到達(dá)摩擦表面，加速了柴油機(jī)的磨損；潤滑油的粘度過小，易造成潤滑油自摩擦面流失，不能形成可靠的潤滑油膜，也會(huì)加劇氣缸的磨損。因此，要求潤滑油的粘度選擇要恰當(dāng)。

(3)柴油機(jī)水溫過高，柴油機(jī)工作時(shí)，冷卻水的正常溫度應(yīng)保持在80℃～90℃，此時(shí)柴油機(jī)可輸出最大功率，燃油消耗最經(jīng)濟(jì)，機(jī)件磨損也不大。如果冷卻水的溫度過高，柴油機(jī)金屬零件長時(shí)間在高溫作用下，強(qiáng)度、彈性和耐磨性會(huì)下降；同時(shí)高溫使活塞熱膨脹量超過限值，將配缸間隙完全消除，造成活塞在氣缸內(nèi)卡死。此外，潤滑油在高溫下粘度變小，使氣缸壁上不能形成可靠油膜，使活塞環(huán)與氣缸壁間形成干摩擦或半干摩擦而拉缸。造成柴油機(jī)水溫過高的主要原因有：冷卻系中水量不足、海淡水熱交換器和水套內(nèi)壁水垢過多、水泵泵水效能欠佳等。

(4)嚴(yán)重超負(fù)荷，如果船舶超載航行，就要求柴油機(jī)輸出功率增大，氣缸內(nèi)平均指示壓力增加，易引起水溫、油溫升高，氣缸油粘度下降，氣缸壁上的油膜因缸壁溫度的升高和氣缸油的變稀而受到破壞，從而加劇氣缸的磨損。因此柴油機(jī)應(yīng)避免長時(shí)間超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)，以免發(fā)生拉缸事故。

2.2 裝配因素

(1)活塞選用不當(dāng)，在選配活塞時(shí)，如果選用的活塞硬度與氣缸壁硬度配合不當(dāng)，就容易引起拉缸事故的發(fā)生。如果活塞質(zhì)軟，熱膨脹系數(shù)大，高溫時(shí)強(qiáng)度差，當(dāng)柴油機(jī)在高速運(yùn)轉(zhuǎn)、溫度升高、氣缸油稀薄的情況下，活塞受力面的合金極易熔化而形成粘缸，最后發(fā)生拉缸。

(2)活塞裝配間隙過小，活塞與氣缸的裝配間隙有嚴(yán)格規(guī)定，間隙小，熱車時(shí)可能會(huì)“拉缸”。因此裝配活塞時(shí)應(yīng)嚴(yán)格控制其配缸間隙。檢測配缸間隙時(shí)，可將不裝活塞環(huán)的活塞放置在氣缸內(nèi)，用規(guī)定厚度、長度、寬度的塞尺塞在活塞與氣缸壁之間，在規(guī)定點(diǎn)處測得間隙值，應(yīng)在許用范圍內(nèi)。

(3)活塞環(huán)的搭口間隙太小，活塞環(huán)在氣缸內(nèi)受到高溫影響會(huì)膨脹，而環(huán)的膨脹受氣缸限制不能自由伸展，只有向活塞環(huán)的搭口間隙處伸展。如果活塞環(huán)的搭口間隙太小，便會(huì)發(fā)生軋環(huán)或斷環(huán)的現(xiàn)象，最后形成拉缸。裝配活塞環(huán)時(shí)要注意檢查其搭口間隙是否符合技術(shù)要求。從一些柴油機(jī)拉缸的實(shí)際情況看，環(huán)的搭口間隙過小是造成拉缸的不可忽視的原因。

(4)活塞銷卡環(huán)漏裝或彈力不足漏裝活塞銷卡環(huán)的作用是卡住活塞銷，防止活塞銷軸向竄動(dòng)。若裝配時(shí)忘記裝此卡環(huán)，則工作中活塞銷就會(huì)因軸向位移而刮傷氣缸壁，形成拉缸。另外，如果活塞銷卡環(huán)失去彈力后繼續(xù)使用，卡環(huán)就不能靠其彈力緊緊貼合在卡環(huán)槽內(nèi)，容易脫落，最終導(dǎo)致活塞銷損傷氣缸套而拉缸。

2.3 制造加工因素

(1)活塞橢圓度的影響，活塞在工作中由于金屬分布不均勻和受熱、受力等原因，造成活塞在活塞銷軸線方向膨脹量大。因此，在制造加工時(shí)預(yù)先將活塞制成橢圓形，其短軸方向?yàn)殇N座孔軸線方向。這樣在全負(fù)荷工作時(shí)，活塞裙部將變成圓形，以保證活塞與氣缸周圍間隙接近均勻。如果橢圓度不足，可能會(huì)導(dǎo)致活塞在氣缸中卡死；若橢圓度過大，將使活塞與缸壁的實(shí)際接觸面積減小，也使磨損和拉缸的傾向增大。

(2)活塞錐度的影響，活塞在工作中受熱變形，為了使活塞在工作中能有一個(gè)合理的形狀，與氣缸壁保持均勻的間隙，柴油機(jī)活塞都制成上小下大的錐體。通過對一些柴油機(jī)拉缸活塞的分析，裙部錐度在0．04 mm以下容易拉缸。拉痕為三角形和八字形的拉缸活塞，可能與錐度過小有關(guān)。

(3)活塞表面硬度的影響活塞表面硬度對拉缸有極大的影響。通過對一批拉缸和不拉缸活塞表面硬度進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)發(fā)生拉缸的活塞表面硬度普遍比不拉缸活塞的硬度低HBl0～HB30?；钊麩崽幚磉^程中升溫速率、淬火溫度和保溫時(shí)間等某一參數(shù)稍有偏差，則會(huì)產(chǎn)生表面硬度低，活塞的內(nèi)應(yīng)力不能完全消除，使活塞金相組織處于不穩(wěn)定狀態(tài)，在大負(fù)荷中遇到高溫，容易產(chǎn)生異常膨脹變形現(xiàn)象，造成拉缸。

3 拉缸的主要預(yù)防措施

(1)對新的和大修后的柴油機(jī)，一定要先經(jīng)過磨合，即在保持良好潤滑的條件下，按照轉(zhuǎn)速從低到高，負(fù)荷由小到大的原則，認(rèn)真按照規(guī)定的磨合程序操作，然后才能投入正式的負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。

(2)按照使用說明書的要求，正確選配活塞裙部與氣缸套之間的間隙、活塞環(huán)的搭口間隙。同時(shí)要保證氣缸套的尺寸精度。

(3)保持冷卻水正常工作溫度，避免柴油機(jī)過熱。低溫下柴油機(jī)啟動(dòng)前應(yīng)采取暖缸措施。

(4)合理操作使用柴油機(jī)，不要超負(fù)荷作業(yè)，不要迅速加速。

(5)維護(hù)好潤滑系統(tǒng)，氣缸油選用符合要求，防止機(jī)械雜質(zhì)和積炭混入氣缸油內(nèi)而加劇氣缸磨損。