活塞環(huán)典型故障原因分析

王國(guó)政　劉國(guó)濤

活塞環(huán)是柴油機(jī)中形狀簡(jiǎn)單而作用十分重要的零部件，它密封燃燒室以保證柴油機(jī)正常工作。同時(shí)它的工作條件又是極苛刻的，在高溫、高壓下工作，運(yùn)動(dòng)方向、運(yùn)動(dòng)速率變化又很大，工作過(guò)程中極易受到損傷?；钊h(huán)折斷、走對(duì)口、漏氣是活塞環(huán)常見故障，破壞活塞環(huán)的正常工作，造成柴油機(jī)工作性能惡化，使用壽命縮短。

1.活塞環(huán)折斷

柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，活塞環(huán)的運(yùn)動(dòng)主要有上下運(yùn)動(dòng)、徑向運(yùn)動(dòng)、回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)和不規(guī)則的軸向、徑向振動(dòng)以及扭曲振動(dòng)。引起活塞環(huán)斷裂的原因除本身品質(zhì)方面的原因外，主要是由于不規(guī)則的軸向和徑向振動(dòng)，以及扭曲振動(dòng)所引起。造成這三種不規(guī)則的振動(dòng)（活塞環(huán)斷）主要原因?yàn)椋?/p>

（1）氣缸磨損嚴(yán)重，環(huán)在上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中頻繁產(chǎn)生彎折或刮碰磨損產(chǎn)生的臺(tái)階而斷裂?；钊h(huán)異常磨損包括偏磨及過(guò)度磨損，往往在磨損最大處斷裂。

（2）使用低質(zhì)燃料不完全燃燒產(chǎn)生的積碳堆積在活塞環(huán)槽中，使活塞環(huán)側(cè)隙減小。發(fā)動(dòng)機(jī)工作中在巨大的燃燒壓力作用下，易使活塞環(huán)卡死在環(huán)槽內(nèi)而造成折斷。

（3）活塞環(huán)側(cè)隙過(guò)大，環(huán)在環(huán)槽內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)的幅度增大，敲擊作用加劇，環(huán)側(cè)面和環(huán)槽側(cè)面磨損增大，活塞環(huán)因受扭曲力過(guò)大而被折斷。

（4）環(huán)槽深度應(yīng)能使環(huán)裝入環(huán)槽內(nèi)而稍有余隙，否則會(huì)使環(huán)凸出一小部分在活塞外面，如果硬裝會(huì)造成環(huán)斷裂。環(huán)安裝時(shí)要留有背隙，是考慮到活塞熱膨脹及活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)由于側(cè)推力方向的改變，防止環(huán)與環(huán)槽底圓面發(fā)生干涉。過(guò)小的背隙會(huì)造成環(huán)卡在環(huán)槽或工作溫度下活塞的熱膨脹將環(huán)向缸壁擠壓造成拉缸甚至斷裂?；钊h(huán)開口間隙過(guò)小，因熱膨脹使開口端相碰而斷裂。

（5）活塞環(huán)的振動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速過(guò)高，環(huán)受的慣性力過(guò)大，或長(zhǎng)期超負(fù)荷運(yùn)行，突發(fā)載荷活塞環(huán)彈力失效?；钊h(huán)材質(zhì)和加工質(zhì)量問題等使活塞環(huán)斷裂。

（6）活塞環(huán)及活塞環(huán)槽幾何尺寸、形位尺寸超差，活塞環(huán)與活塞環(huán)槽配合不好。

（7）活塞環(huán)定位銷釘磨平或脫落，使活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，環(huán)開口端刮碰氣缸而斷裂。

2. 活塞環(huán)“走對(duì)口”

活塞環(huán)“走對(duì)口”就是說(shuō)，活塞環(huán)在工作中承受很大的燃?xì)鈮毫?、慣性力及高溫氣體的加熱作用，在氣缸運(yùn)動(dòng)中還受到劇烈的摩擦、振動(dòng)、沖擊作用，使活塞環(huán)在活塞環(huán)槽中沿著圓周位移、沿切線方向轉(zhuǎn)動(dòng)，直到各活塞環(huán)都轉(zhuǎn)到阻力矩最大的同一位置時(shí)為止，即各環(huán)開口不是相互錯(cuò)開一定的角度，而是在活塞軸線方向重疊在一起。

活塞環(huán)“走對(duì)口”后會(huì)導(dǎo)致氣缸密封性變差，壓縮氣體會(huì)通過(guò)對(duì)口處往下竄至曲軸箱，使曲軸箱內(nèi)廢氣壓力升高，還促使機(jī)油通過(guò)對(duì)口處往上竄至燃燒室，使氣缸內(nèi)大量積碳，加劇壓縮系零件的磨損與損壞，甚至造成柴油機(jī)啟動(dòng)困難或不能啟動(dòng)?；钊h(huán)在氣缸中“走對(duì)口”的原因：

（1）活塞環(huán)往活塞安裝時(shí)，因手上沒有專用工具，而用手或鐵絲把活塞環(huán)開口擴(kuò)張后套進(jìn)活塞。由于操作不當(dāng)，使活塞環(huán)過(guò)度變形，導(dǎo)致活塞環(huán)徑向壓力分布不均勻，從而發(fā)生漏氣，使活塞環(huán)在工作中逐漸走對(duì)口。

（2）活塞連桿組往氣缸安裝時(shí)，有的維護(hù)人員沒有把氣環(huán)和油環(huán)的開口合理布置，不將環(huán)口均勻錯(cuò)開120 °；有的維護(hù)人員錯(cuò)把活塞環(huán)開口對(duì)準(zhǔn)燃燒室或?qū)φ钊N孔方向，使活塞環(huán)在工作中容易走對(duì)口。

（3）活塞與缸套嚴(yán)重磨損，橢圓度和錐度超限，配合間隙過(guò)大，活塞環(huán)開口間隙、邊間隙、漏光度過(guò)大，造成密封不嚴(yán)而導(dǎo)致漏氣增加，使活塞環(huán)的切線方向轉(zhuǎn)動(dòng)能力增強(qiáng)，從而易使各環(huán)走對(duì)口。

（4）更換新的活塞環(huán)時(shí)，由于新活塞環(huán)與舊活塞環(huán)槽接觸不良，新活塞環(huán)與舊氣缸壁貼合不良，這樣，活塞環(huán)開口部分磨損較快，彈力也減弱。活塞、活塞環(huán)與氣缸壁三者之間配合間隙增大，工作時(shí)氣缸內(nèi)的振動(dòng)、漏氣、沖擊力較大，使活塞環(huán)在環(huán)槽中容易產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。

（5）由于曲軸或連桿彎曲、扭曲變形，活塞銷座孔與連桿小端銅套偏斜等原因的影響，致使活塞在氣缸中單側(cè)受力，運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生擺動(dòng)，同時(shí)推動(dòng)活塞環(huán)位移、轉(zhuǎn)動(dòng)，從而使活塞環(huán)走對(duì)口。

（6）氣缸中心線與曲軸中心線垂直度超差，使活塞在氣缸中偏斜，活塞環(huán)上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，向一個(gè)方向傾斜而產(chǎn)生單面偏磨，在磨損間隙處產(chǎn)生高溫高壓氣體滲漏，沖擊活塞環(huán)使其轉(zhuǎn)動(dòng)，因而導(dǎo)致活塞環(huán)走對(duì)口。

（7）氣缸套在生產(chǎn)或鏜缸修理、研磨過(guò)程中，其尺寸精度和表面粗糙度均未達(dá)到要求，使缸套的圓度和圓柱度超差，缸套在長(zhǎng)度方向上出現(xiàn)波紋，裝配后使活塞環(huán)與氣缸壁貼合不良，漏光度大，易產(chǎn)生漏氣和拉傷。在外力的作用下，引起活塞環(huán)沿圓周位移而逐步走對(duì)口。

（8）柴油機(jī)在工作中，活塞環(huán)除向內(nèi)收縮和向外伸張外，還會(huì)有沿圓周方向“蠕動(dòng)”的趨勢(shì)；另外，在活塞環(huán)彈力不足等綜合因素影響下，圓周方向作用力會(huì)大于活塞環(huán)背壓力產(chǎn)生摩擦力，活塞環(huán)就沿著圓周移動(dòng)，加速環(huán)與環(huán)槽的磨損，從而使環(huán)走對(duì)口。endprint