柴油機活塞環(huán)折斷原因分析與預防措施

王玉明

摘 要：活塞環(huán)折斷是柴油機常見故障之一，故障原因很多，其主要原因是活塞環(huán)的選配與安裝不當，破壞了活塞環(huán)良好的工作條件而使活塞環(huán)折斷。

關(guān)鍵詞：柴油機;活塞環(huán);折斷原因

中圖分類號：S219.07 ? ? ? ?文獻標識碼：A

doi：10.14031/j.cnki.njwx.2019.06.052

柴油機上的活塞環(huán)是一種極為重要的零件，它不僅阻止高溫燃燒氣體的下竄，保證柴油機一定的動力性和經(jīng)濟性，防止?jié)櫥偷淖冑|(zhì)，而且還能阻止?jié)櫥蜕细Z，刮掉缸壁上多余的潤滑油，保證活塞與缸壁有良好的潤滑條件，減少機油的消耗?；钊h(huán)又是活塞頂熱量傳遞的重要零件，對維持活塞頂必要的工作溫度，防止活塞頂過熱損壞起著關(guān)鍵性作用。

1 活塞環(huán)折斷原因

柴油機上活塞環(huán)在工作中因多種原因而損壞，最常見的損壞除磨損外，折斷是常見損壞形式。造成活塞環(huán)斷裂的原因可歸納為：使用不當，活塞、缸套、連桿的影響，材料問題和制造質(zhì)量問題等。但更重要的是活塞環(huán)的選配與安裝不當，破壞了活塞環(huán)良好的工作條件而使活塞環(huán)折斷。

1.1 活塞環(huán)材質(zhì)問題

（1）活塞環(huán)材質(zhì)不符合要求，抗彎強度差?；钊h(huán)的材料經(jīng)歷了普通灰鑄鐵、高合金鑄鐵、球墨鑄鐵到鋼質(zhì)的發(fā)展過程。農(nóng)用柴油發(fā)動機的活塞環(huán)一般使用球墨鑄鐵或合金鑄鐵，其中碳、鐵、磷、硫等含量有明確的規(guī)定，若某種成分超標（特別是硫）會導致活塞環(huán)抗彎強度差，容易斷裂。環(huán)表面處理層過厚，抗疲勞性差，也容易斷裂。

（2）活塞環(huán)制造質(zhì)量問題，主要是硬度、韌性和彈力不合適。這些都是導致活塞環(huán)易斷的重要原因。當然還有活塞環(huán)高度的一致性掌握不嚴格或裝入缸套后圓度、平面度、環(huán)的尺寸公差、形狀公差掌握不嚴格等也會導致活塞環(huán)斷裂。

1.2 人為因素影響

柴油機的使用因素造成活塞環(huán)的斷裂是多方面的，分析起來主要有以下幾點：①柴油機長期超轉(zhuǎn)速、超負荷運轉(zhuǎn)，會使發(fā)動機過熱而導致機油潤滑不良、活塞環(huán)槽積碳嚴重而造成活塞環(huán)早期磨損、卡滯而折斷。②無規(guī)律的亂轟油門會使發(fā)動機的轉(zhuǎn)速忽高忽低，活塞與汽缸中運動速度忽快忽慢，加速汽缸磨損，也易造成活塞環(huán)折斷。③柴油機各缸供油量和供油時間不均勻，將會使部分汽缸燃燒過程惡化，形成積碳或嚴重的后燃，造成活塞頂溫度過高，導致活塞環(huán)受熱負荷的影響而發(fā)生熱疲勞折斷。④活塞環(huán)槽上積碳太多，發(fā)動機修理時對活塞環(huán)槽中的積碳未徹底清理，活塞環(huán)放入環(huán)槽中發(fā)生扭曲，在工作過程中活塞環(huán)因受交變的扭曲載荷的作用而折斷。⑤裝配時，活塞銷與銅套、連桿瓦與軸頸的徑向配合間隙不符合要求，配合間隙過大或使用中的磨損導致此間隙過大，使活塞環(huán)工作中受到?jīng)_擊振動而使活塞環(huán)折斷。⑥活塞環(huán)裝配到汽缸環(huán)槽中是要留有一定的開口間隙，為的是消除工作中活塞環(huán)的受熱膨脹，如果此間隙留得過小，活塞環(huán)受熱易發(fā)生頂死，導致環(huán)在開口部位的對側(cè)折斷。

1.3 活塞、缸套、連桿的影響

（1）活塞的影響?；钊麑钊h(huán)折斷影響最大的是環(huán)槽的形狀、尺寸。在實際應用中出現(xiàn)以下情況：①活塞環(huán)安裝于活塞環(huán)槽中，活塞環(huán)既隨活塞沿汽缸壁作上下運動，又相對于活塞環(huán)槽作扭轉(zhuǎn)運動，長期工作后，活塞環(huán)槽易被磨損呈喇叭形，使活塞環(huán)工作時彎曲、扭轉(zhuǎn)變形增大而發(fā)生折斷。②活塞環(huán)與活塞環(huán)槽端面留有一定的端間隙，防止活塞環(huán)受熱膨脹卡死在環(huán)槽中，但如果這個間隙過大，會加劇活塞環(huán)在環(huán)槽內(nèi)的振動，這樣既不利于密封氣體，又有可能由于振動而使環(huán)疲勞斷裂。

（2）缸套的影響。缸套造成活塞環(huán)斷裂的因素是安裝中的歪斜，造成磨損不均勻。有以下幾種情況：①由于曲軸安裝座孔同軸度超差、主軸瓦配合間隙不合要求、曲軸彎曲變形等，導致汽缸套中心線與曲軸中心線不垂直，導致活塞在汽缸內(nèi)運動向一側(cè)傾斜，導致活塞環(huán)在汽缸內(nèi)受力不均，而產(chǎn)生疲勞折斷。②汽缸套使用一定時間后，因磨損而產(chǎn)生變形，造成活塞環(huán)在缸套中上下運動時，受不規(guī)則力作用產(chǎn)生疲勞斷裂。③缸套使用一定時間后，缸套上部會因積碳結(jié)成一圈凸緣，或缸套上部由于磨損而形成臺階時，在發(fā)動機大修時沒有消除這種臺階，工作中活塞環(huán)與此臺階接觸會受到?jīng)_擊而引起折斷。

（3）連桿的影響。造成活塞環(huán)斷裂的連桿因素是連桿的彎曲和扭轉(zhuǎn)變形。由于連桿變形破壞了活塞在汽缸中的運動規(guī)律，從而導致活塞環(huán)受到過大沖擊而折斷。

2 預防措施

以上分析了活塞環(huán)的斷裂是由多方面因素引起的，其中重要的一點是活塞環(huán)的選配和安裝不正確。根據(jù)維修人員的統(tǒng)計，因忽視活塞環(huán)的正確選配、安裝造成斷裂的約占1/3多。因而注意活塞環(huán)的正確選配與安裝是減少活塞環(huán)斷裂、提高其使用壽命的重要環(huán)節(jié)。安裝活塞環(huán)時要注意以下事項：①大修更換活塞環(huán)時，要一組一組更換，不能只更換其中幾只;②安裝前應仔細檢查活塞、缸套、活塞環(huán)等相關(guān)部件的精度，清除活塞環(huán)槽中的積碳，消除汽缸套的積碳或磨損臺階，活塞環(huán)放入汽缸和活塞環(huán)槽中的端間隙、側(cè)間隙、背間隙等指標要符合要求;③安裝活塞環(huán)要使用專用安裝卡鉗、錐度套等工具，以免造成活塞環(huán)的扭曲變形;④安裝時注意活塞上的標記，對有倒角的或打有“上”字標記的環(huán)要朝活塞頂部安裝，這是為了保護汽缸內(nèi)壁的潤滑油膜。安裝時注意活塞環(huán)的開口方向，相臨的兩道環(huán)開口應該錯開120°。還要注意各道環(huán)（包括油環(huán)）開口不能布置在與活塞銷軸線呈±45°的范圍內(nèi)。安裝完畢后，用手輕輕旋轉(zhuǎn)活塞環(huán)，應平滑無卡滯現(xiàn)象。