活塞組常見故障的分析及處理

1、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）中文摘要活塞組常見故障的分析及處理摘要 本文主要闡述了內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)的活塞組的工作原理及結(jié)構(gòu)，并通過(guò)對(duì)活塞組的結(jié)構(gòu)和原理的了解，從本質(zhì)上分析尋找活塞組發(fā)生常見故障的原因，并通過(guò)分析找到原因后針對(duì)相應(yīng)的故障拿出處理方法及相應(yīng)的預(yù)防措施，從而達(dá)到提高工作效率，減少行車事故。當(dāng)我們掌握故障分析與處理方法后，便于及時(shí)發(fā)現(xiàn)某些故障的前兆，預(yù)防故障的發(fā)生和防止事故的擴(kuò)大，多時(shí)候由于檢修人員不能認(rèn)真全面地掌握鼓掌現(xiàn)象，并通過(guò)現(xiàn)象分析查找出故障的真正原因，作業(yè)中貪圖方便發(fā)生不應(yīng)有的事故。正確地進(jìn)行故障分析，準(zhǔn)確找出事故的原因，本著科學(xué)的事實(shí)求是的態(tài)度分析故障從而拿出最好的解決措施，減少故障發(fā)生

2、率，使活塞組的運(yùn)作合理高效可靠。關(guān)鍵詞 活塞組 結(jié)構(gòu)原理 故障分析 處理及預(yù)防措施目 次1引言 12活塞組的組成及作用 13活塞組的工作條件 14活塞的故障 34.1鍛鋁組合活塞 34.2中凸型全鋁活塞 34.3整體薄壁球鐵活塞 44.4鋼頂鋁裙活塞 45常規(guī)檢查方法 56 預(yù)防及處理措施 66.1鍛鋁組合活塞預(yù)防及處理措施 66.2凸型全鋁活塞預(yù)防及處理措施 66.3整體薄壁球鐵活塞預(yù)防及處理措施 66.4鋼頂鋁裙活塞預(yù)防及處理措施 77活塞環(huán)的故障 7結(jié)論 9致 謝 10參 考 文 獻(xiàn) 111引言隨著鐵路牽引動(dòng)力的更新變化，機(jī)車不斷換代，但前年的一場(chǎng)大雪又提醒我們內(nèi)燃機(jī)車有其不可代替性，不

3、管是戰(zhàn)備天災(zāi)，還是有些無(wú)法建電網(wǎng)的地區(qū)，都必須使用內(nèi)燃機(jī)車，所以我們還是要對(duì)內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行研究不斷改造創(chuàng)新。本論文針對(duì)柴油機(jī)中活塞組經(jīng)常出現(xiàn)的故障，進(jìn)行研究，根據(jù)活塞組的工作環(huán)境和原理，對(duì)活塞組出現(xiàn)的常見故障進(jìn)行分析，從而找出相應(yīng)的預(yù)防及處理措施，為從事檢修及運(yùn)用的人員提供一些理論基礎(chǔ)。正確地進(jìn)行故障分析，準(zhǔn)確找出事故的原因，本著科學(xué)的事實(shí)求是的態(tài)度分析故障從而拿出最好的解決措施，減少故障發(fā)生率，使活塞組的運(yùn)作合理高效可靠。為機(jī)務(wù)部門檢修提供方便。2活塞組的組成及作用1組由活塞、活塞銷、活塞環(huán)及活塞銷擋圈等組成。2汽缸中往復(fù)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行力的傳遞，完成柴油機(jī)的工作循環(huán)；活塞、汽缸蓋，汽缸一起組成燃燒室

4、，其中活塞組起密封作用，防止燃?xì)獯┤肭S箱，同時(shí)也限制機(jī)油進(jìn)入燃燒室。3活塞組的工作條件活塞組的工作條件可以概括為“三高”。高溫：活塞頂直接與溫度高達(dá)2000度左右的燃?xì)饨佑|，使活塞溫度升高。16V240ZJB型柴油機(jī)鋁活塞頂最高溫度可達(dá)335度，第一道環(huán)槽的溫度可達(dá)197度。所以，活塞頂部與第一道活塞環(huán)槽的熱負(fù)荷十分嚴(yán)重。受熱使活塞材料強(qiáng)度下降；各部位特別是活塞頭部受熱膨脹變形；環(huán)槽內(nèi)機(jī)油燒結(jié)，導(dǎo)致活塞環(huán)卡死、密封能力下降等。高壓：16V240ZJB型柴油機(jī)在輸出功率2427KW時(shí)的爆發(fā)壓力達(dá)11.96MPA，作用到活塞頂面上的氣體力達(dá)562.2KN，而且?guī)в袥_擊性；使活塞頂部、環(huán)岸、活塞銷

5、座都受到強(qiáng)烈的機(jī)械負(fù)荷，活塞銷會(huì)發(fā)生彎曲和橢圓變形；此外，活塞還受往復(fù)慣性力與側(cè)壓力的作用，使活塞各部位都受到交變的應(yīng)力作用。高速：16V240ZJB型柴油機(jī)在標(biāo)定轉(zhuǎn)速1000r/min 時(shí)活塞平均速度為9.167 m/s，最高瞬時(shí)速度約為14.76m/s。由于活塞在汽缸中作如此高速的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，加上因燃燒室的高溫、活塞運(yùn)動(dòng)速度的急劇變化、燃?xì)獾南赂Z等造成汽缸內(nèi)表面上部很難保持連續(xù)的潤(rùn)滑油膜，在活塞側(cè)壓力的作用下。氣缸套與活塞之間產(chǎn)生強(qiáng)烈摩擦，磨損較大?；钊M與柴油機(jī)其他部件一起構(gòu)成了內(nèi)部燃燒作功的、可變?nèi)莘e的工作場(chǎng)所，活塞頂面的凹穴造型及容積對(duì)燃燒的經(jīng)濟(jì)性有較大影響；活塞組密封汽缸的下部，使燃

6、燒室與曲軸箱隔開。活塞組承受燃?xì)鈮毫?，并傳遞給曲軸，使往復(fù)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，將汽缸內(nèi)的熱能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能。二沖程柴油機(jī)的活塞組還兼有控制配氣相位的作用?；钊M在柴油機(jī)中所處的位置和承擔(dān)的任務(wù)決定了它如下的工作特點(diǎn)： 1.在嚴(yán)重的熱負(fù)荷下工作活塞頂面接觸高溫氣體，有很多熱量通過(guò)活塞頂傳入體內(nèi)，其中一部分經(jīng)活塞環(huán)及裙部散逸給氣缸，另一部分通過(guò)活塞體內(nèi)油道傳給冷卻油，其余的剩熱使活塞體溫升高。當(dāng)受熱升高到一定程度時(shí)，活塞材質(zhì)的機(jī)械強(qiáng)度明顯下降，同時(shí)由于活塞各部存在較大的溫度梯度，所以又形成溫差應(yīng)力（熱應(yīng)力）。溫差應(yīng)力過(guò)大，會(huì)在活塞頂部形成熱裂紋。第一道活塞環(huán)槽的溫度狀態(tài)是表征活塞熱負(fù)荷的另一重要部

7、位，如果此環(huán)槽的溫度較高，則槽內(nèi)機(jī)油就易結(jié)膠，使環(huán)失去活動(dòng)性，導(dǎo)致燃?xì)庀赂Z，沖刷缸壁上的油膜。這些除使柴油機(jī)功率下降，出現(xiàn)拉缸故障外，還會(huì)使曲軸箱升溫升壓，甚至產(chǎn)生爆炸?；钊臏囟韧ǔＲ皂斆嬷醒牒腿紵疫吘壨獗砻鏋樽罡?，鋁合金活塞可達(dá)300-350度，鑄鐵活塞可達(dá)400-450度，第一道活塞環(huán)槽表面可達(dá)180度以上，頂與背最大溫差（同一縱截面）可達(dá)100-130度。2.承受較大的機(jī)械負(fù)荷隨著缸徑的加大和高壓技術(shù)的應(yīng)用，氣缸內(nèi)最高爆發(fā)壓力P值已達(dá)很高，運(yùn)動(dòng)零件的尺寸和重量相應(yīng)增加，使得活塞承受巨大的氣體力和往復(fù)慣性力的合力。氣體力和往復(fù)慣性力的合力為周期性瞬變作用力，具有沖擊和交變性質(zhì)，使活塞組

8、的一些薄弱部位可能出現(xiàn)疲勞裂紋。活塞環(huán)對(duì)環(huán)槽的高頻交變沖擊，可能使活塞環(huán)與環(huán)岸折斷。3.劇烈地摩檫與磨損機(jī)車柴油機(jī)活塞組沿氣缸鏡面高速滑動(dòng)平均速度9-11.5m/s,最大瞬時(shí)速度達(dá)14-18.5m/s，使柴油機(jī)消耗很多摩擦功率。特別是第一、二道氣環(huán)接觸高溫、高壓燃?xì)?，缸壁上的油膜受燃?xì)夂腿加偷臎_刷而局部破裂，氣缸壁面具有進(jìn)氣帶入的塵埃及機(jī)油中的機(jī)械雜質(zhì)等磨粒，因此在上止點(diǎn)附近的壁面高溫少油，加上活塞環(huán)轉(zhuǎn)換運(yùn)動(dòng)方向等情況，使氣缸壁面、活塞環(huán)及環(huán)槽的磨損加速。在摩擦發(fā)熱及缺油的情況下，活塞環(huán)和氣缸壁面很容易產(chǎn)生表面熔粘磨損（即拉缸）現(xiàn)象。4活塞的故障4.1鍛鋁組合活塞（1）故障現(xiàn)象1活塞體與套松動(dòng)

9、；2活塞頂部燒穿；3活塞頭部邊緣粉碎性破損；4活塞裙部掉快； 5第一道氣環(huán)腐蝕嚴(yán)重；6活塞頂部被打壞；7活塞環(huán)故障，如折斷、磨耗嚴(yán)重、積炭卡死等。（2）原因分析1燃燒室惡化或活塞與缸套配合間隙過(guò)大。有些東風(fēng)4機(jī)車，走行2-3萬(wàn)千米后，部分噴油器就霧化不良，導(dǎo)致柴油機(jī)燃燒惡化，活塞的熱負(fù)荷加大，從而影響活塞的壽命。柴油機(jī)因某種因中原而燃燒惡化，或活塞與氣缸套間隙過(guò)大，活塞對(duì)氣缸套的沖擊力增大，就有可能發(fā)生活塞與缸套松動(dòng)及活塞頂燒穿等故障。2材質(zhì)的缺點(diǎn)。對(duì)LD8及LD7鍛鋁合金而言，一是膨脹系數(shù)大，活塞配缸間隙較大，造成低載時(shí)容竄油；二硬度較低，機(jī)械強(qiáng)度不如球鐵和合金鋼，易造成環(huán)槽磨耗，特別是高溫

10、工作時(shí)，導(dǎo)致漏氣，斷環(huán)。3活塞環(huán)組缺陷。合金鑄鐵的噴鉬環(huán)在運(yùn)行1522萬(wàn)千米時(shí)，就有較多脫落，這會(huì)加劇環(huán)槽的磨耗，失去刮油能力。4檢修原因。有的活塞大修時(shí)，氣缸套與活塞體存在一定的缺陷，加上長(zhǎng)期承受高溫，高壓燃?xì)獾淖饔眉捌诘纫蛩?，造成活塞頭部邊緣突發(fā)性碎裂。有的機(jī)務(wù)段在等級(jí)修時(shí)，環(huán)槽的加工質(zhì)量達(dá)不到要求，表面粗糙度差，造成漏氣，活塞環(huán)因積炭而卡死，甚至產(chǎn)生活塞表面氣蝕現(xiàn)象。5潤(rùn)滑惡化，使用多年的氣缸套，如不及時(shí)進(jìn)行打磨處理，將因內(nèi)孔的變形及內(nèi)表面的光滑程度增加，使儲(chǔ)油能力下降，潤(rùn)滑惡化，從而加劇氣環(huán)磨耗。象雜質(zhì)混入，機(jī)油性能和油環(huán)刮油能力下降等因素，都會(huì)使?jié)櫥瑦夯?，使活塞環(huán)和缸套產(chǎn)生非正常磨

11、耗。4.2中凸型全鋁活塞（1）故障現(xiàn)象活塞第一道環(huán)槽及活塞環(huán)磨耗嚴(yán)重。（2）原因分析1.因中凸型活塞只有一道油環(huán)，與鍛鋁組合式活塞比較，它的刮油，布油效果較差。油環(huán)刃口的噴鉬處理工藝還不能滿足運(yùn)用壽命要求，隨著走行公里的增加，刮油能力下降較快。2.活塞環(huán)在與經(jīng)激光淬火處理的氣缸套內(nèi)表面配合使用時(shí)，硬度處于下風(fēng)，磨耗增加。4.3整體薄壁球鐵活塞（1）故障現(xiàn)象1.活塞銷座斷裂；2.活塞頂燒裂穿孔；3.活塞頂部產(chǎn)生裂紋；4.活塞銷座與頂分離；5.活塞銷座垂直筋產(chǎn)生橫向裂紋。（2）原因分析1.鑄造形狀突變處應(yīng)力集中及活塞長(zhǎng)期受交變應(yīng)力作用?；钊N座與活塞頂之間比較薄，鑄造應(yīng)力和鑄造縮孔應(yīng)力較大，再加上

12、長(zhǎng)期受交變應(yīng)力作用，容易在活塞銷座處特別是垂直金筋處，產(chǎn)生橫向裂紋。若發(fā)現(xiàn)不及時(shí)，將導(dǎo)致活塞銷座與體分離，產(chǎn)生嚴(yán)重后果。2熱負(fù)荷等因素造成活塞頂部裂損?；钊敳砍惺苋?xì)鈮毫屯鶑?fù)慣性力的作用，也承受由于溫度梯度或結(jié)構(gòu)原因造成的熱負(fù)荷，再加上鑄造缺陷，經(jīng)長(zhǎng)期運(yùn)用，就可能在活塞頂部產(chǎn)生疲勞裂紋。3設(shè)計(jì)不合理如較早使用的球鐵活塞，銷座垂直筋部位較薄，發(fā)生裂紋較多，1994年以后的新結(jié)構(gòu)活塞增加了座銷垂直筋部位厚度，同類故障就大大減少了。4鑄造缺陷在活塞銷座與活塞頂連結(jié)部分易產(chǎn)生鑄造缺陷。4.4鋼頂鋁裙活塞（1）故障現(xiàn)象1鋼頂燒損；2.活塞裙部銷座處裂紋和破損；3.第一道活塞環(huán)槽磨損超限；4.連接螺釘

13、松動(dòng)；5.連接螺釘裂紋和斷裂（活塞頂和活塞裙分離）（2）原因分析1生產(chǎn)廠的質(zhì)量問(wèn)題某段曾經(jīng)發(fā)生過(guò)東風(fēng)4D機(jī)車鋼頂鋁裙活塞的活塞體（特別是銷座部分）大規(guī)模破損現(xiàn)象。據(jù)現(xiàn)場(chǎng)分析，主要是活塞的制造質(zhì)量問(wèn)題。2機(jī)油的原因若使用的機(jī)油，高溫清凈性或熱安定性不好，或使用后期，機(jī)油中添加劑品質(zhì)惡化，不能起到分散，吸附油中的煙粒子，氧化物，瀝青膠質(zhì)等作用，使活塞內(nèi)冷卻腔表面形成膠膜與積炭，降低了冷卻效果，最終導(dǎo)致活塞鋼頂?shù)木植窟^(guò)熱，產(chǎn)生裂紋燒融。3油環(huán)的刮油，布油能力下降，使第一道活塞環(huán)槽處潤(rùn)滑惡化，從而導(dǎo)致第一道活塞環(huán)槽磨損超限。4.螺栓扭矩沒(méi)達(dá)到要求值（8090N.M），或4個(gè)連接螺栓扭矩偏差大。5連接螺

14、栓本體有缺陷，內(nèi)外螺紋表面有疤痕，毛刺劃傷等機(jī)械損傷。6活塞頂與活塞裙之間的間隙超限。5常規(guī)檢查方法（1）.乘務(wù)員要堅(jiān)持起機(jī)前的甩車制度，并要認(rèn)真觀察，檢查，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)故障活塞的苗頭，防止機(jī)破。（2）.在裝用球鐵活塞的柴油機(jī)上，當(dāng)發(fā)現(xiàn)排煙呈濃藍(lán)色時(shí)，可用逐缸甩缸或扣缸法（打開柴油機(jī)機(jī)油加油口觀察燃?xì)猓┎檎夜收匣钊＃?）.檢修要認(rèn)真測(cè)定壓縮壓力，發(fā)現(xiàn)不良現(xiàn)象及時(shí)解決（4）.對(duì)于拆檢的活塞，除外觀檢查外，還有以下常用的檢查方法：1.從活塞出油孔灌入煤油，或用風(fēng)壓進(jìn)行鍛鋁活塞體活塞套的嚴(yán)密度試驗(yàn)，其中，用煤油試驗(yàn)時(shí)，一般需觀察30min，若配合面有嚴(yán)重漏泄，應(yīng)予報(bào)廢；風(fēng)壓試驗(yàn)時(shí)，配合面之間不允許

15、有泄漏現(xiàn)象。 2.用著色探傷法，檢查球鐵活塞可能產(chǎn)生裂紋的處所。3.用銅棒敲擊法，檢查球鐵銷座支撐筋是否有裂紋。4.用磁探法檢查球鐵活塞銷處可能有的微小裂紋。（5）鋼頂鋁裙活塞的檢查1.螺紋檢查：連接螺釘用螺紋通，止端螺紋環(huán)規(guī)檢查其精度。內(nèi)外螺紋內(nèi)表面不許有疤痕，毛刺，劃傷等機(jī)械損傷。螺栓扭矩（8090n.m）應(yīng)符合要求。2.活塞頂和活塞裙內(nèi)外支承面及高度檢查：活塞頂和活塞裙內(nèi)外支承面，應(yīng)平整，光滑，輕微凸臺(tái)允許打磨消除。更換活塞頂和活塞裙時(shí)，應(yīng)分別測(cè)量活塞頂和活塞裙的內(nèi)外支承面高度應(yīng)符合要求。頂裙間隙（0.040.10mm ）應(yīng)符合要求。6 預(yù)防及處理措施6.1鍛鋁組合活塞預(yù)防及處理措施1.

16、經(jīng)常檢查噴油器的狀態(tài)，使之保持良好的霧化效果，減少活塞的熱負(fù)荷，從而增加活塞的壽命，減少活塞體與套松動(dòng)。2.除了對(duì)活塞進(jìn)行合理選材外，還要對(duì)活塞頂面進(jìn)行處理（如鍍鉻，噴鍍瓷層，鋁頂表面陽(yáng)極氧化處理及鋼頂拋光處理等）以提高表面耐熱和耐腐蝕性，減少頂面炭煙，增加表面反射熱量或增加傳熱阻。3.為保證活塞頭部不因受熱膨脹而拉缸，火力岸與缸壁之間必須留有一定的冷裝間隙。4.為保證裙部表面改善其運(yùn)動(dòng)潤(rùn)滑狀態(tài)和磨合性，通常在裙部表面噴涂固態(tài)潤(rùn)滑劑或電鍍保護(hù)層如噴涂二硫化鉬潤(rùn)滑劑脂涂石墨或鍍錫等。 5.檢修時(shí)注意汽缸套與活塞體的和套性，注意打磨使其光滑不漏氣。6.為防止活塞頂被打壞設(shè)置避閥坑或氣門穴。7.及時(shí)

17、進(jìn)行硎磨處理，使內(nèi)孔的表面光滑機(jī)油也要定期檢查減少雜質(zhì)的進(jìn)入。8.因工作效率不高減少使用或及時(shí)更換活塞環(huán)。9.為防止燃?xì)飧g減少燃?xì)鈱?duì)活塞頂面的熱輻射，在活塞頂面及第一環(huán)槽10mm以上的外圓面上，電鍍0.02mm鉻層并進(jìn)行拋光。10.增加銷座垂直筋部位厚度。11.安裝彈簧擋圈以防止活塞銷軸向竄出。12.如有不可修復(fù)零件應(yīng)及時(shí)更換，可修復(fù)零件及時(shí)修復(fù)，減少因故障處理不及時(shí)而造成的故障擴(kuò)大。6.2凸型全鋁活塞預(yù)防及處理措施1.因工作效率不高減少使用或及時(shí)更換活塞環(huán)。2.如有不可修復(fù)零件應(yīng)及時(shí)更換，可修復(fù)零件及時(shí)修復(fù)，減少因故障處理不及時(shí)而造成的故障擴(kuò)大。6.3整體薄壁球鐵活塞預(yù)防及處理措施1.除了

18、對(duì)活塞進(jìn)行合理選材外，還要對(duì)活塞頂面進(jìn)行處理（如鍍鉻，噴鍍瓷層，鋁頂表面陽(yáng)極氧化處理及鋼頂拋光處理等）以提高表面耐熱和耐腐蝕性，減少頂面炭煙，增加表面反射熱量或增加傳熱阻。2.增加銷座垂直筋部位厚度。3.安裝彈簧擋圈以防止活塞銷軸向竄出。4.改進(jìn)設(shè)計(jì)方案，加強(qiáng)鑄造工藝。5.如有不可修復(fù)零件應(yīng)及時(shí)更換，可修復(fù)零件及時(shí)修復(fù)，減少因故障處理不及時(shí)而造成的故障擴(kuò)大。6.4鋼頂鋁裙活塞預(yù)防及處理措施1.加強(qiáng)生產(chǎn)質(zhì)量的管理。2.使用優(yōu)質(zhì)機(jī)油。 3.經(jīng)常進(jìn)行檢查及時(shí)更換新油環(huán)增加油環(huán)的刮油能力，減少第一道活塞環(huán)槽磨耗超限。4.加強(qiáng)鑄造工藝使螺栓扭矩達(dá)到要求。5.對(duì)使用螺栓進(jìn)行嚴(yán)格檢查達(dá)到使用標(biāo)準(zhǔn)后再使用。6

19、.加強(qiáng)對(duì)機(jī)車的檢查、保養(yǎng)與使用管理，減少故障的發(fā)生。7.如有不可修復(fù)零件應(yīng)及時(shí)更換，可修復(fù)零件及時(shí)修復(fù)，減少因故障處理不及時(shí)而造成的故障擴(kuò)大。7活塞環(huán)的故障（1）故障現(xiàn)象1活塞環(huán)故障，如折斷、磨耗嚴(yán)重、積炭卡死等。2第一道活塞環(huán)槽磨損超限；（2）原因分析1工藝原因。槽的加工質(zhì)量達(dá)不到要求，表面粗糙度差，造成漏氣，活塞環(huán)因積炭而卡死，甚至產(chǎn)生活塞表面氣蝕現(xiàn)象。2.潤(rùn)滑惡化，使用多年的氣缸套，如不及時(shí)進(jìn)行打磨處理，將因內(nèi)孔的變形及內(nèi)表面的光滑程度增加，使儲(chǔ)油能力下降，潤(rùn)滑惡化，從而加劇氣環(huán)磨耗。象雜質(zhì)混入，機(jī)油性能和油環(huán)刮油能力下降等因素，都會(huì)使?jié)櫥瑦夯?，使活塞環(huán)和缸套產(chǎn)生非正常磨耗。3.材質(zhì)的缺點(diǎn)。對(duì)LD8及LD7鍛鋁合金而言，一是膨脹系數(shù)大，活塞配缸間隙較大，造成低載時(shí)容竄油；二硬度較低，機(jī)械強(qiáng)度不如球鐵和合金鋼，易造成環(huán)槽磨耗，特別是高溫工作時(shí)，導(dǎo)致漏氣，斷環(huán)。（3）故障處理及措施1.加強(qiáng)檢查工作，注意故障現(xiàn)象，及時(shí)排除故