發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的密封機(jī)理與結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

王春鳳

摘要：通過(guò)對(duì)活塞環(huán)的密封機(jī)理，及活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的介紹，進(jìn)一步增加對(duì)活塞環(huán)的認(rèn)識(shí)，旨為提高發(fā)動(dòng)機(jī)的修理質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：農(nóng)機(jī)工程；活塞環(huán)；密封機(jī)理；結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH45文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2017.05.027

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?；钊h(huán)分氣環(huán)和油環(huán)兩類(lèi)。氣環(huán)用來(lái)密封汽缸，防止汽缸內(nèi)氣體竄入曲軸箱，并將活塞頭部熱量傳給汽缸壁；另外，還起刮油和布油作用。油環(huán)是用來(lái)刮除汽缸壁上的多余潤(rùn)滑油，防止?jié)櫥瓦M(jìn)入燃燒室。雖然活塞環(huán)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但是若選配不當(dāng)或安裝方向不正確，活塞環(huán)都無(wú)法正常工作，將失去作用。所以我們要了解活塞環(huán)的密封機(jī)理，知道活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，以便在選配安裝時(shí)能夠正確操作。

1活塞環(huán)的密封機(jī)理

氣環(huán)開(kāi)有切口，自由狀態(tài)下其外徑大于汽缸直徑。將氣環(huán)裝入汽缸后，在彈力作用下，使環(huán)的四周緊貼在汽缸壁上，形成第一密封面，從而防止了氣體沿氣環(huán)與汽缸壁間接觸面漏氣；同時(shí)，部分高壓氣體沿活塞與缸壁之間由活塞環(huán)側(cè)面（側(cè)隙）進(jìn)入活塞環(huán)背面（背隙），使活塞環(huán)緊貼在缸壁上，密封更牢靠。作用在活塞環(huán)上面的高壓氣體，將活塞環(huán)壓緊在環(huán)槽中，使下端面和環(huán)槽貼緊，形成第二個(gè)密封面?？梢?jiàn)，氣環(huán)的彈力和氣體壓力共同保證了汽缸密封的可靠性，且汽缸壓力越高密封性越好。這時(shí)環(huán)的開(kāi)口間隙是氣體泄漏的唯一間隙。

在實(shí)際使用中，活塞環(huán)、活塞環(huán)槽和汽缸的加工質(zhì)量對(duì)汽缸密封性影響很大。環(huán)的開(kāi)口間隙的存在使氣環(huán)很難實(shí)現(xiàn)良好的密封，因此，一般設(shè)置2～3道氣環(huán)。安裝時(shí)活塞環(huán)的開(kāi)口相互錯(cuò)開(kāi)一定角度，高壓燃?xì)饨?jīng)過(guò)幾道氣環(huán)節(jié)流后壓力迅速下降。其泄漏量?jī)H為進(jìn)氣量的0.2%～10%。由于活塞環(huán)背面間隙和側(cè)面間隙的存在，柴油機(jī)工作時(shí)活塞環(huán)便產(chǎn)生了泵油作用。其過(guò)程是，當(dāng)活塞帶動(dòng)活塞環(huán)向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（如進(jìn)氣行程）時(shí)，活塞環(huán)貼靠在環(huán)槽的上方，活塞環(huán)從汽缸壁上刮下的潤(rùn)滑油充入環(huán)側(cè)下方，當(dāng)活塞帶動(dòng)活塞環(huán)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)（如壓縮行程）時(shí)，活塞環(huán)又貼靠在環(huán)槽的下方，同時(shí)將油擠到環(huán)側(cè)的上方。如此往復(fù)運(yùn)動(dòng)，將潤(rùn)滑油泵向活塞頂?；钊h(huán)的泵油隨著發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的提高而加劇，使?jié)櫥偷挠秃脑黾?。在燃燒室?nèi)和活塞環(huán)槽內(nèi)形成積碳，造成汽缸的早期磨損。

2活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

2.1氣環(huán)種類(lèi)

根據(jù)氣環(huán)的斷面形狀，將活塞環(huán)分為以下幾種：

（1）矩形環(huán)。矩形環(huán)形狀簡(jiǎn)單、加工方便，是最常用的活塞環(huán)。矩形環(huán)的特點(diǎn)是泵油作用較強(qiáng)，增加機(jī)油消耗。另外由于其與缸壁接觸面較大，其磨合性較差。

（2）梯形環(huán)。梯形環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)是斷面呈梯形，它有較好的抗粘性。當(dāng)活塞在汽缸內(nèi)左右擺動(dòng)時(shí)，梯形環(huán)相對(duì)于環(huán)槽徑向擺動(dòng)，環(huán)與環(huán)槽的側(cè)面間隙在不斷變化，將沉積在環(huán)槽中的膠狀物、積碳擠出，并促使環(huán)槽內(nèi)機(jī)油更新。梯形環(huán)的另一優(yōu)點(diǎn)是，作用在楔面上氣體壓力的徑向分力，有助于將氣環(huán)壓向汽缸壁，提高了環(huán)的密封性。梯形環(huán)有雙面梯形環(huán)和單面梯形環(huán)兩種。梯形環(huán)常用于大功率車(chē)用柴油機(jī)或增壓柴油機(jī)的第一道氣環(huán)。

（3）錐形環(huán)。錐形環(huán)即在矩形環(huán)上車(chē)削一個(gè)錐角，其錐角一般為0.5°～1°，由于錐形環(huán)與缸壁是線接觸，有利于磨合和密封。該環(huán)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)有布油作用，形成的油楔改善潤(rùn)滑，向下止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)刮油效果好。錐形環(huán)一般安裝在第二道活塞環(huán)槽內(nèi)。錐形環(huán)安裝時(shí)切勿裝反錐形角。

（4）扭曲環(huán)。扭曲環(huán)是將矩形環(huán)的內(nèi)圓或外圓切去一部分制成的。扭曲環(huán)裝入汽缸后，由于斷面中性層外側(cè)的拉應(yīng)力及內(nèi)側(cè)壓應(yīng)力不在同一個(gè)平面上，因而產(chǎn)生一個(gè)扭曲力矩，使環(huán)在環(huán)槽內(nèi)發(fā)生扭曲變形。扭曲環(huán)有如下特點(diǎn)：由于在活塞環(huán)槽中扭曲，減少了在槽內(nèi)的上下移動(dòng)量，從而減少了泵油作用；扭曲環(huán)具有錐形環(huán)的特點(diǎn)，有較好的磨合性、潤(rùn)滑性、密封性。安裝扭曲環(huán)時(shí)，內(nèi)圓上切口一般裝于第一道環(huán)槽。這是由于第一道環(huán)槽活塞環(huán)背壓大，活塞環(huán)接觸面積大，散熱性好，密封性好。外圓有上、下切口的一般裝于二、三環(huán)槽，有利于刮油和密封。

（5）桶形環(huán)。桶形環(huán)的外表面呈凸圓弧形，其主要優(yōu)點(diǎn)是環(huán)與汽缸壁始終為圓弧接觸，因而能加快磨合和提高密封性能。桶形環(huán)對(duì)汽缸表面適應(yīng)性和對(duì)活塞擺動(dòng)的適應(yīng)性較好。環(huán)在隨同活塞上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，易于氣缸壁形成油楔，因而使摩擦和磨損大為減輕。工程機(jī)械用柴油機(jī)也常用作第一道氣環(huán)。

2.2油環(huán)種類(lèi)

油環(huán)主要是控制機(jī)油上竄到燃燒室，維持活塞與缸壁間有最小限度的潤(rùn)滑油膜，并起到布油作用。其結(jié)構(gòu)形式主要有：整體式和鋼片組合式。

（1）整體式油環(huán)。整體式油環(huán)為提高表面接觸壓力，在外圓上均開(kāi)有環(huán)形槽以形成二道刮油滑肩，有的又在滑肩上倒角或加工成鼻形，以進(jìn)一步減少接觸面積，提高刮油能力，環(huán)槽內(nèi)均有回油孔，以提高回油能力。整體式刮油環(huán)在中小負(fù)荷和轉(zhuǎn)速較低的發(fā)動(dòng)機(jī)中應(yīng)用較多，而下部凹切倒角油環(huán)在重型和大功率柴油機(jī)中應(yīng)用較多。

（2）鋼片組合式油環(huán)。鋼片組合式環(huán)由兩個(gè)刮片和一個(gè)脹簧組成。該環(huán)的特點(diǎn)有：刮片與缸壁的接觸壓力高，壓力分布均勻且柔軟性較好；由于上下刮片滑動(dòng)時(shí)能夠獨(dú)立動(dòng)作，所以對(duì)缸壁有良好的適應(yīng)性。同時(shí)在脹簧的作用下，上下刮片與環(huán)槽上下端面間能保持較好的密封狀態(tài)，其刮油性、氣密性、抗結(jié)膠能力及回油通路大，防止機(jī)油上竄的性能較好。

3結(jié)束語(yǔ)

掌握發(fā)動(dòng)機(jī)活塞環(huán)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，有益于完善修理技術(shù)，使拖拉機(jī)達(dá)到較好的作業(yè)狀態(tài)，從而減少功率損失，提高生產(chǎn)效率。

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