淺談某大功率主機(jī)缸套活塞異常磨損原因

摘要：當(dāng)大功率柴油機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，會(huì)產(chǎn)生磨損問題，主要是缸套異常磨損、活塞異常磨損以及活塞環(huán)出現(xiàn)大范圍的異常磨損。要對(duì)引起磨損故障問題的因素進(jìn)行分析，明確零部件的質(zhì)量和裝配質(zhì)量，最終得出結(jié)論，活塞銷內(nèi)套管中的彈性擋圈產(chǎn)生斷裂，導(dǎo)致潤(rùn)滑油中斷供給，致使缸套產(chǎn)生異常磨損。本論文著重于研究某大功率主機(jī)缸套活塞異常磨損原因。

關(guān)鍵詞：主機(jī)缸套;大功率;活塞;異常磨損;原因

中圖分類號(hào)：TK423.2 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-957X（2021）09-0152-02

0 ?引言

在某柴油機(jī)燃燒室中，活塞和氣缸套是重要的構(gòu)件。燃燒室的工作環(huán)境非常不好，通過(guò)部件容易受到高溫、高壓的影響，使其性能下降，同時(shí)還會(huì)受到冷卻水的腐蝕，或者外層脫落而形成麻點(diǎn)狀小洞和針狀小孔。如果不能正常燃燒，就會(huì)使柴油機(jī)的各項(xiàng)性能指標(biāo)受到影響，出現(xiàn)異常狀況，導(dǎo)致有關(guān)的零部件受損。在各型柴油機(jī)中的缸套經(jīng)常發(fā)生異常磨損，要有效解決磨損的原因，就需要對(duì)造成這種現(xiàn)象的原因進(jìn)行分析。

1 ?故障描述

對(duì)這臺(tái)柴油機(jī)采用系泊試驗(yàn)，當(dāng)設(shè)備安裝結(jié)束就可以進(jìn)入到試驗(yàn)環(huán)節(jié)。這個(gè)試驗(yàn)的工作量比較大，所以在設(shè)備裝船之前需要由產(chǎn)品制造廠進(jìn)行臺(tái)架試驗(yàn)，將試驗(yàn)報(bào)告提交給船廠。當(dāng)系泊試驗(yàn)結(jié)果合格之后，開始測(cè)速試航，此時(shí)一個(gè)缸產(chǎn)生異常響聲[1-3]，隨著曲軸箱防爆門打開，探測(cè)器開始報(bào)警。當(dāng)發(fā)生這個(gè)故障之后，對(duì)這個(gè)缸采用吊缸檢查的方式，發(fā)現(xiàn)活塞的外表面出現(xiàn)磨損，缸套的內(nèi)表面也有嚴(yán)重的磨損。在活塞銷孔一側(cè)卡內(nèi)套管中沒有擋圈，內(nèi)套管發(fā)生斷裂，具體位置是在過(guò)渡圓角處[4]。經(jīng)過(guò)進(jìn)一步檢查，還發(fā)現(xiàn)在油底殼中有很多金屬粉末。（圖1：活塞外表面;圖2：缸套內(nèi)表面）

經(jīng)過(guò)對(duì)故障現(xiàn)場(chǎng)勘察，發(fā)現(xiàn)活塞頂已經(jīng)出現(xiàn)嚴(yán)重的磨損，活塞裙部的磨損更加嚴(yán)重。沿著活塞裙部的一周，超過(guò)三分之二出現(xiàn)程度不同的縱向拉痕，拉痕的深度可以達(dá)到3 毫米，已經(jīng)基本抹掉了活塞裙部的石墨層，其外表面已經(jīng)呈現(xiàn)出金屬鋁合金的顏色[5-7]。在缸套內(nèi)表面出現(xiàn)磨損，甚至還有大范圍的大擦痕。沿著活塞銷的軸向方向有非常嚴(yán)重的擦痕，這里還有金屬被高溫熔灼之后變成黑色的現(xiàn)象。

通過(guò)拆卸檢查，發(fā)現(xiàn)活塞銷內(nèi)套管已經(jīng)出現(xiàn)斷裂，從靠近自由端的一側(cè)向圓角處過(guò)渡段的斷裂程度最為嚴(yán)重，自由端側(cè)沒有擋圈，輸出端側(cè)有擋圈，且沒有被破壞。在柴油機(jī)的油底殼中找到了已經(jīng)斷裂的擋圈，還有一些金屬殘留物。

2 ?導(dǎo)致故障的原因

柴油機(jī)的活塞所采用的是鋼頂、鋁裙組合的方式?；钊N為是空心浮動(dòng)式的，使用鋼質(zhì)卡環(huán)將兩端定位，在活塞銷孔中安裝一套管，與活塞銷構(gòu)成一個(gè)環(huán)形的冷卻油腔。冷卻潤(rùn)滑油源自于連桿的頂部，向塞頂部流動(dòng)。

在活塞上安裝的活塞環(huán)一共是6道，其中頂環(huán)1道，壓力環(huán)3道和刮油環(huán)2道，處于活塞裙上的第二道刮油環(huán)槽位置設(shè)置一個(gè)油孔，刮下的潤(rùn)滑油從這個(gè)孔向油底殼里流動(dòng)。

根據(jù)拆檢情況對(duì)故障產(chǎn)生的原因做出判斷，是由于內(nèi)套管定位彈性擋圈出現(xiàn)斷裂引起的，使缸套出現(xiàn)磨損。

通過(guò)對(duì)彈性擋圈產(chǎn)生斷裂的原因進(jìn)行分析，結(jié)果如下：

其一，彈性擋圈部件存在質(zhì)量問題，由于擋圈的質(zhì)量不合格，裝配擋圈和擋圈槽之后產(chǎn)生間隙非常大的問題，當(dāng)擋圈松動(dòng)脫落之后，內(nèi)套管向外躥，缸套出現(xiàn)嚴(yán)重磨損主要由于這種因素引起的。

其二，擋圈與擋圈環(huán)槽裝配不復(fù)合標(biāo)準(zhǔn)，彈性擋圈沒有完全進(jìn)入到擋圈槽中，當(dāng)柴油機(jī)處于運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)的時(shí)候，擋圈在長(zhǎng)期振動(dòng)下脫落，內(nèi)套管向外躥，缸套出現(xiàn)嚴(yán)重磨損。

3 ?排查故障的方法

對(duì)產(chǎn)生故障的原因進(jìn)行預(yù)估，采用排查有關(guān)零部件的方式加以驗(yàn)證。

3.1 檢查彈性擋圈的質(zhì)量

3.1.1 檢查擋圈材料

對(duì)彈性擋圈進(jìn)行檢查，其是采用XC75彈簧鋼材料。按照中法材料對(duì)照表，與65Mn彈簧鋼進(jìn)行對(duì)照，對(duì)存在質(zhì)量問題的彈性擋圈采用取樣的方法進(jìn)行分析，獲得檢測(cè)結(jié)果。（表1：擋圈材料檢測(cè)結(jié)果）

根據(jù)對(duì)擋圈材料進(jìn)行檢測(cè)所獲得的結(jié)果，彈性擋圈中所含有的化學(xué)成分不合格。另外，隨機(jī)選擇兩件彈性擋圈，檢測(cè)材料的硬度，所獲得的結(jié)果是，洛氏硬度HRC39.7和HRC41.1。按照工業(yè)緊固件“孔用彈性擋圈”國(guó)標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)65Mn孔用彈性擋圈的熱處理硬度要達(dá)到洛氏硬度HRC44-51。很顯然，這個(gè)故障件材料的硬度與國(guó)標(biāo)要求不符合。

3.1.2 擋圈的規(guī)格

按照專利方所提供的設(shè)計(jì)圖紙要求，與國(guó)標(biāo)件要求進(jìn)行對(duì)照，可以明確這個(gè)孔用擋圈的規(guī)格是：外徑45.5毫米，擋圈的厚度是1.5毫米。測(cè)量擋圈的規(guī)格，基本的規(guī)格是45毫米，厚度是1.48毫米。很顯然，擋圈的規(guī)格與國(guó)標(biāo)要求不符合。

3.2 擋圈的裝配質(zhì)量

通過(guò)對(duì)活塞銷的裝配記錄進(jìn)行復(fù)查，沒有發(fā)現(xiàn)不正常之處，裝配工藝符合要求。由于彈性擋圈的所有裝配都不具備可追溯性，所以需要采用模擬操作的方式。設(shè)定活塞銷的尺寸、擋圈的尺寸都與規(guī)定的條件復(fù)合，然后對(duì)安裝的過(guò)程模擬操作。采用這種試驗(yàn)方式可以對(duì)擋圈的裝配質(zhì)量進(jìn)行評(píng)估。根據(jù)試驗(yàn)的結(jié)果，明確擋圈已經(jīng)完全進(jìn)入到擋圈槽當(dāng)中，由此可以說(shuō)明，缸套磨損的原因不是由于擋圈沒有完全進(jìn)入到擋圈槽當(dāng)中所導(dǎo)致的。（圖3：活塞銷內(nèi)套管的彈性擋圈）

4 ?結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上面的研究可以明確，如果故障系彈性擋圈存在質(zhì)量問題，在使用的時(shí)候就不能發(fā)揮應(yīng)有的作用。彈性擋圈長(zhǎng)期處于熱環(huán)境中，就會(huì)失效，當(dāng)柴油機(jī)處于運(yùn)行狀態(tài)的時(shí)候，就會(huì)出現(xiàn)彈性擋圈脫落的問題，缸套與活塞之間就會(huì)出現(xiàn)異常磨損。另外，從一端躥出內(nèi)套管，從原來(lái)簡(jiǎn)支梁轉(zhuǎn)變?yōu)閼冶哿?，在不正常受力的作用下，隨著活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生牽引力，內(nèi)套管端部在剪切力的影響下就會(huì)斷裂。如果內(nèi)套管產(chǎn)生斷裂，潤(rùn)滑油不能向活塞的頂部流動(dòng)，活塞與缸套之間的潤(rùn)滑油不能有效供應(yīng)，不能發(fā)揮潤(rùn)滑作用，缸套就會(huì)產(chǎn)生異常磨損。為了避免產(chǎn)生這種現(xiàn)象，就要注意檢查缸套活塞運(yùn)動(dòng)組件，保證零部件不會(huì)存在質(zhì)量問題，降低故障發(fā)生率。

參考文獻(xiàn)：

[1]王云霞，閻逢元，嚴(yán)潔，等.摩擦磨損試驗(yàn)機(jī)模擬活塞環(huán)-缸套摩擦行為的功能開發(fā)[J].分析測(cè)試技術(shù)與儀器，2019，025（2）：101-105.

[2]麻凱，袁成清，郭智威，等.雙螺紋凹槽織構(gòu)對(duì)缸套-活塞環(huán)摩擦磨損性能的影響[J].內(nèi)燃機(jī)工程，2019，040（2）：59-66.

[3]趙高巖，董非，張飛朋，等.活塞結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)裙部磨損狀況的影響研究[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造，2019（6）：142-145.

[4]唐令，何鵬飛，馬國(guó)政，等.缸套-活塞環(huán)摩擦副表面性能強(qiáng)化研究進(jìn)展[J].表面技術(shù)，2019，048（8）：185-198.

[5]何星，毛杰鍵，周梓發(fā)，等.基于聯(lián)合仿真的柴油機(jī)缸套-活塞環(huán)磨損計(jì)算分析[J].潤(rùn)滑與密封，2019，044（5）：123-128.

[6]何星，李若亭，毛杰鍵，等.環(huán)境與工況對(duì)柴油機(jī)缸套-活塞環(huán)磨損的影響[J].潤(rùn)滑與密封，2020，341（1）：111-117.

[7]孫志宏，趙建平，竇振寰，等.某型大功率柴油機(jī)缸套異常磨損分析[J].柴油機(jī)，2020，042（1）：56-60.

作者簡(jiǎn)介：嚴(yán)繼斌（1967-），男，湖北鄂州人，學(xué)士，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)椴牧峡茖W(xué)和工程技術(shù)。