對柴油機配氣機構(gòu)異常磨損的改進

梁丹

摘 要：為了有效地提高配氣機構(gòu)的可靠性，該文針對現(xiàn)如今柴油機配氣機構(gòu)存在的異常磨損問題，從設(shè)計、材料等幾個方面入手加以計算分析，旨在尋找一個有效的優(yōu)化設(shè)計，以期解決柴油機配氣機構(gòu)存在的問題，確保柴油機的運行安全。

關(guān)鍵詞：柴油機；配氣機構(gòu)；磨損

中圖分類號：TK42 文獻標(biāo)志碼：A

0 前言

柴油機的配氣機構(gòu)是按照發(fā)動機氣缸工作循環(huán)、點火的實際順序，開啟并關(guān)閉氣缸的進氣門與排氣門，使氣缸之內(nèi)能夠及時地涌入新鮮的空氣，排出廢氣。因此一旦柴油機的配氣機構(gòu)出現(xiàn)問題，不僅運轉(zhuǎn)會受到影響，還會導(dǎo)致燃燒不充分，甚至?xí)斐苫钊茼?、缸套出現(xiàn)破裂的問題。所以，確保配氣機構(gòu)的安全穩(wěn)定運行就顯得尤為重要。為此以下筆者即結(jié)合個人實踐工作經(jīng)驗與相關(guān)參考文獻，從理論與實踐2個方面入手，提出配氣機構(gòu)異常磨損的原因及其改進優(yōu)化措施，以供參考。

1 柴油機配氣機構(gòu)異常磨損現(xiàn)象及其原因排查

目前市場上銷售的某一型號的柴油機，其鐵柱存在較為嚴(yán)重的異常磨損問題，并且出現(xiàn)了推桿折彎、推桿球頭邊緣異常磨損等情況。為了更好地分析造成該問題的原因，拆解檢查了故障發(fā)動機，挺柱磨損十分嚴(yán)重，與正常挺住底部高度幾乎相差了一半以上，推桿球頭邊緣的磨損也是如此，而造成這一問題很有可能是因為零件本身存在質(zhì)量問題。

為了能夠更好地解決這一問題，找到解決方法，筆者從設(shè)計、工藝、材料等幾個方面入手查找原因。挺柱正處于凸輪軸和推桿之間，起到了傳遞凸輪軸推力到搖臂的作用，同時還能夠起到固定推桿球所在球窩中心線位置的作用。并且通過彈簧機構(gòu)本身的壓緊力作用，能夠使推桿球頭運動到同一個固定軌跡上。所以出現(xiàn)異常磨損故障很有可能是由于自身的設(shè)計剛度不足，或者是表面的硬度不足造成的。而結(jié)合該柴油機配氣機構(gòu)總體布置情況，通過校核計算可知，如果設(shè)計剛度滿足基本要求，那么原設(shè)計不存在任何的問題。

2 柴油機配氣機構(gòu)故障零件的校核計算與材料風(fēng)險分析

剛度是指材料或者是結(jié)構(gòu)遭受到外力時抵抗彈性變形的一種能力，是材料彈性變形難易程度的一種表征。所以在故障零件的校核計算上要明確推桿、挺柱本身的剛度是否達到設(shè)計要求。為此可以利用以下公式進行計算：

K=EA/l （1）

式中：E為彈性模量；A為橫斷面積；l為桿長。

通過查表我們得知推桿材料的彈性模量為E1=210 kN/mm2，橫斷面積A1=78.5 mm2，推桿的長度l1=316.6 mm。

將上述數(shù)據(jù)帶入（1）中，可知：

K1=5.21×104 N/mm

彈簧的最大彈力合力為1.032 kN，由于我們可以認(rèn)為彈簧的全部彈力都作用在推桿挺柱之上，所以推桿剛度并不存在問題，排除了由于推桿強度不足而造成故障問題的可能性。

通過查表我們得知挺柱材料的彈性模量E=1.4×105 N/mm2，橫斷面積A 2=803.84 mm2，挺柱底部的長度l 2=8.5 mm。

將上述數(shù)據(jù)帶入（1）中，可知：

K2=1.324×106 N/mm

同樣可以近似地認(rèn)為彈簧的全部作用力都作用在了推桿挺柱上，也排除了由于挺柱底部強度不足而造成變形的可能性。

由于挺柱、推桿剛度都不存在問題，也就排除了由于相關(guān)構(gòu)件剛度不足而造成的推桿彎曲、挺柱異常磨損的問題，設(shè)計失誤這種情況也就排除了。

此外，該柴油機的挺柱、凸輪接觸面使用的是冷激鐵柱工藝，但是因為缺乏有效的無上檢測手段，所以可能會出現(xiàn)材料風(fēng)險。

3 柴油機配氣機構(gòu)異常磨損的改進優(yōu)化建議

鑒于當(dāng)前各個廠家在冷激鑄鐵工藝上存在的檢測問題，筆者建議可以利用與凸輪軸表面硬度相同的YG11C材料，采用層纖焊接方法將其焊接在挺柱盤的底部，取消原本底部的冷激鐵柱工藝。在出廠的時候采取超聲波檢查方法，既保證了挺柱的可靠使用，又解決了冷激鑄鐵的工藝風(fēng)險。而經(jīng)過了8 000 h的可靠性驗證，該方案不僅解決了材料質(zhì)量可能存在的風(fēng)險問題，也保證了發(fā)動機本身的性能要求。

在推桿頭部異常磨損問題的改進優(yōu)化上，應(yīng)先對推桿球頭的疲勞情況進行分析，通過Pro/E Mechanica軟件對推桿建模進行材料、受力定義，結(jié)合產(chǎn)品的特性導(dǎo)入Mechanica疲勞分析組建，再進行疲勞分析，隨后輸出日志壽命，如圖1所示?？梢娡茥U球頭的邊緣存在疲勞斷裂風(fēng)險。而推桿球頭邊緣一旦出現(xiàn)了疲勞斷裂問題，勢必會影響到推桿運動軌跡，從而影響發(fā)動機的可靠運行。

結(jié)合CAE的分析結(jié)果，可以將推桿球頭邊緣的銳角修改成為圓角，同時提高球頭最大位置的深度。修改后推桿球頭邊緣容易遭受疲勞損害的位置已經(jīng)得到了明顯的改善。此時我們再利用Pro/E進行建模，并且導(dǎo)入Pro/E Mechanica之中展開疲勞分析，其計算結(jié)果如圖2所示。從圖2中可以清楚地看到推桿球頭的邊緣，其壽命明顯要大于107，因此也有效地解決了推桿球頭的疲勞斷裂風(fēng)險。

4 結(jié)語

綜上所述，該文筆者就柴油機挺柱的異常磨損情況、推桿的彎曲情況、頭部的磨損情況等進行了簡要分析，并對此質(zhì)量問題展開了深入的研究，通過計算與分析對配氣機構(gòu)異常磨損問題提出了相應(yīng)的改進優(yōu)化建議，旨在進一步提高柴油機配氣機構(gòu)的運行可靠性，最大限度地提高差柴油機的實際使用壽命。

參考文獻

[1]張德元，李全，胡睿杰，等.高強化柴油機缸套-活塞環(huán)異常磨損及磨合研究[J].柴油機，2016（1）：40-43.

[2]楊極，楊貴恒，張壽珍.內(nèi)燃機氣缸套異常磨損機理及其預(yù)防對策研究[J].內(nèi)燃機，2007（2）：15-18.

[3]左立民，陸瑋.機車柴油機主軸瓦異常磨損故障診斷研究[J].內(nèi)燃機車，2005（1）：14-16.

[4]田曉麗，高勇飛，王志望，等.某汽油機連桿軸承異常磨損的分析及解決方案[J].內(nèi)燃機，2016（5）：48-49，52.

[5]蒙留記，盧小虎.康明斯柴油機氣缸異常磨損原因分析及對策與檢修[J].機械，2002（6）：74-76.