5、項目五氣缸蓋的拆裝與維修

1、輪機工程系10 七月 2022工程五 氣缸蓋的拆裝與維修輪機工程學院10 七月 2022簡介本工程以十字頭式柴油機氣缸蓋（如圖5-1）和筒形活塞式柴油機氣缸蓋（如圖5-2）為例，在熟悉氣缸蓋組成和結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)說明書規(guī)定的步驟和程序，及職業(yè)能力的要求組織學生進行氣缸蓋的拆裝、檢測與維修，以恢復其技術(shù)狀態(tài)，在拆檢過程中學生要能正確的對氣缸蓋拆裝、檢查，能按故障類型進行相應的維修或更換，并記錄。本工程適用于3000kW及以上船舶二/三管輪，主要任務包括：氣缸蓋的拆裝；氣缸蓋的檢查與維修。工程描述輪機工程學院10 七月 2022任務描述 通過對氣缸蓋的拆裝，了解缸蓋的功用、類型、工作條件、要

2、求和材料，熟悉氣缸蓋的組成和結(jié)構(gòu)特點，掌握氣缸蓋的拆裝步驟及重點事項。本任務要求學生互相協(xié)作完成氣缸蓋的拆裝，并能到達職業(yè)能力的要求。任務一 氣缸蓋的拆裝學習目標 1能掌握氣缸蓋的作用、工作條件、要求和材料；2能描述氣缸蓋的組成和結(jié)構(gòu)特點；3能對氣缸蓋進行正確拆裝；4能掌握氣缸蓋拆裝過程的重點事項。輪機工程系10 七月 2022 一、氣缸蓋的功用、工作條件 二、氣缸蓋的要求與材料 三、氣缸蓋類型四、氣缸蓋的構(gòu)造五、液壓拉伸工具的使用和管理相關(guān)知識 任務一 氣缸蓋的拆裝1. 作用 (Functions)密封，與氣缸套、活塞組件共同構(gòu)成密閉的氣缸空間；壓緊氣缸套，并保證其正確位置；安裝附件（安裝噴

3、油器、起動閥、示功閥、平安閥、進排氣閥等；）布置通道和腔室（內(nèi)布置進排氣道和冷卻水腔；外布置氣閥搖臂機構(gòu)等。）輪機工程系10 七月 2022一、 氣缸蓋的作用和工作條件2. 型式（是柴油機中結(jié)構(gòu)最復雜的零件之一）單體式：1個缸單獨一個缸蓋。優(yōu)：密封性好；拆裝以及檢修均較方便缺：氣缸中心距，柴油機長度和重量用于大功率中、低速柴油機。整體式：（46缸制成一體的缸蓋）優(yōu)：中心距小，結(jié)構(gòu)緊湊，柴油機剛度缺：易變形，密封性差，結(jié)構(gòu)復雜加工不便。用于缸徑150mm的小型高速機。組合式介于上述兩者之間輪機工程系10 七月 2022一、 氣缸蓋的作用和工作條件1）氣體力Pz，高溫Tr（有的可到達400480

4、）2）螺栓預緊力3）燃氣和冷卻水的腐蝕4）結(jié)構(gòu)復雜，金屬分布不均，在各閥孔之間、閥孔與噴油器孔之間的狹窄區(qū)域（稱“鼻梁區(qū)）產(chǎn)生很大的熱應力。 輪機工程系10 七月 2022一、 氣缸蓋的作用和工作條件3. 工作條件1. 要求：足夠的強度和剛度，既不會因應力過大而損壞，也不會因變形而漏泄（包括氣閥密封面的漏泄）。足夠抵御熱負荷能力；采用較薄的底板厚度；加強冷卻降低壁面溫度和溫差；各種閥孔之間的金屬堆積處和高溫部位，需進行良好的冷卻，力求各部位的溫度適宜且均勻；減小對底板熱膨脹的約束。氣缸蓋上各種閥件的拆裝、維護方便。輪機工程系10 七月 2022400mm以下灰鑄鐵，400mm以上球墨鑄鐵；大型

5、低速柴油機采用鑄鋼或鑄鐵+鑄鋼組合式缸蓋2. 材料：二、氣缸蓋的要求和材料 PS: 缸蓋與缸套的密封密封難度1）高溫、高壓2）氣缸蓋和氣缸體在螺栓之間的剛度并非均勻一致 3）不同部位熱膨脹不同，密封面發(fā)生不均勻變形 4）氣體壓力引起密封機件動態(tài)運動解決方法2）氣缸套頂面上車制出不同形狀的環(huán)槽3）氣缸蓋底面制出凸緣4）兩者之間安裝環(huán)形密封墊片輪機工程系10 七月 2022PS: 缸蓋與缸套的密封密封形式：加密封墊并以足夠的接觸壓力來保證可靠密封。 輪機工程系10 七月 2022判斷：哪種較好？PS:缸蓋密封墊要求：材料耐熱、耐蝕和抗壓，且足夠高的塑性與彈性。一般密封墊的型式：圖a）：兩層銅（或鋼

6、）皮包敷橡膠石棉板；圖b）：合成橡膠石棉內(nèi)嵌鋼質(zhì)爪形骨架密封墊片；圖c) ：密封孔口用鋼絲環(huán)或卷邊加強，使密封孔口具有較高的比壓，保證密封可靠。輪機工程系10 七月 2022氣缸蓋采用的密封墊：多采用紫銅或鍍銅低碳鋼環(huán)形密封墊片，如圖d）f)所示。(小型機采用紫銅墊、大型低速機采用低碳鋼墊，或不用。)輪機工程系10 七月 2022彎流掃氣缸蓋三、氣缸蓋的類型整體單體式缸蓋特點：孔1安裝噴油器，2、3分別是排氣和進氣通道，孔4裝起動閥孔，孔5接示功閥、平安閥。采用雙層底式結(jié)構(gòu)，加強對氣缸蓋底板的冷卻（即在缸蓋內(nèi)部鑄出水平中隔板，將冷卻水腔分隔成上、下兩局部）。冷卻水從排氣道下方水孔引入下層冷卻水

7、腔，下層水腔容積和水流通道面積較小，水流速較高，底板冷卻加強。輪機工程系10 七月 2022組合單體式缸蓋大型低速柴油機采用組合式特點：缸蓋高度較大；缸蓋與缸套結(jié)合面下移；冷卻水沿周向進入缸蓋，冷卻均勻。輪機工程系10 七月 2022組合式彎流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系10 七月 2022直流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系10 七月 2022大型低速機缸蓋特點分析1）薄壁強背2）錐形燃燒室有利于換氣和燃燒。3）對稱的噴油器有利于油霧化和燃燒室形狀的配合4）缸蓋和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰沖擊5）缸套冷卻水沿周向均布，冷卻均勻。輪機工程系10 七月 2022四、氣缸蓋的構(gòu)造中速柴油機氣缸蓋

8、的構(gòu)造特點：尺寸小、閥件多，結(jié)構(gòu)比大型機更復雜。輪機工程系10 七月 2022高速柴油機氣缸蓋的構(gòu)造（兩個缸合一個氣缸蓋）輪機工程系10 七月 2022缸蓋中的進氣道輪機工程系10 七月 2022輪機工程系10 七月 2022缸蓋中的進氣道輪機工程系10 七月 2022缸蓋中的進氣道輪機工程系10 七月 2022五、液壓拉伸工具的使用和管理輪機工程系10 七月 2022A. 拉伸接頭B. 帶螺紋的工具C. 帶孔螺釘D. 液壓活塞E. 圓柱F. 密封圈G. 隔離環(huán)H.撬棒I. 氣缸螺母J. 螺栓S. 間隙U. 用于塞尺測量的凹槽五、液壓拉伸工具的使用和管理輪機工程系10 七月 2022輪機工程學

9、院10 七月 2022任務實施 任務一 活塞的拆裝、測量與維修任務一 氣缸蓋的拆裝與檢查任務二 平安閥和示功閥的拆裝與檢修輪機工程學院10 七月 2022任務描述 使用中的缸蓋常因熱疲勞、機械疲勞或腐蝕疲勞產(chǎn)生裂紋；缸底因受高溫的燃氣作用而引起燒蝕。為保證柴油機可靠的工作，根據(jù)保養(yǎng)方案和工作情況對缸蓋進行檢查與維修。學生應能通過對缸蓋的檢查與測量，提出正確的修理方法。任務二 氣缸蓋裂紋的檢查與維修學習目標 1能掌握檢查缸蓋裂紋的方法并正確指出裂紋位置；2能掌握氣缸蓋底面燒蝕檢驗的方法；3能按故障類型進行相應的維修或更換，并記錄。輪機工程系10 七月 2022 一、零件的疲勞破壞 二、高溫疲勞和

10、熱疲勞 三、氣缸蓋裂紋相關(guān)知識 任務二 氣缸蓋裂紋的檢查與維修一、概念零件材料長時間在交變載荷作用下產(chǎn)生裂紋和斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞 。大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷稱為交變載荷，所引起的應力稱為交變應力。 疲勞斷裂時具有以下特征： 輪機工程系10 七月 2022(1)零件是在交變載荷作用下經(jīng)過較長時間的使用；(2)斷裂應力小于材料的抗拉強度b，甚至小于屈服強度s；(3)斷裂是突然的，無任何先兆；(4)斷口形貌特殊，斷口上有明顯不同的區(qū)域；(5)零件的幾何形狀、尺寸、外表質(zhì)量和外表受力狀態(tài)等均直接影響零件的疲勞斷裂。輪機工程系10 七月 2022二、疲勞破壞的種類 (1)按零件所受應力大

11、小和循環(huán)周數(shù)分類 ：高周疲勞 、低周疲勞 (2)按零件工作環(huán)境和接觸情況分類 ：大氣疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞、接觸疲勞、微動磨損疲勞和激冷疲勞等 。(3)按應力狀態(tài)分類:有彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、軸向拉壓疲勞和復合疲勞等。 輪機工程系10 七月 2022三、疲勞破壞的機理1.疲勞斷裂的斷口特征：疲勞源 、裂紋擴展區(qū) 、最后斷裂區(qū)域 輪機工程系10 七月 2022三、疲勞破壞的機理2.疲勞斷裂的過程：零件在交變載荷作用下首先在外表缺陷處產(chǎn)生微裂紋，隨后裂紋時而擴展，時而停滯，以致最終斷裂。1)疲勞裂紋的形成 2)疲勞裂紋的擴展 3)疲勞斷裂 輪機工程系10 七月 2022輪機工程系10 七月 2022

12、根據(jù)斷口形貌定性分析 (1)疲勞源大多分布于零件外表，一般有12個。(2)疲勞裂紋擴展呈貝紋狀時，貝紋細密、間距小，表示材料抗疲勞性能好，疲勞強度高貝紋稀疏、間距大，表示材料疲勞強度低。 (3)最后斷裂區(qū)所占面積很大，甚至超過斷面的一半以上，說明零件產(chǎn)重過載；若所占面積較小或小于斷面一半時，說明零件無過載或過載很小。輪機工程系10 七月 2022影響零件疲勞強度的因素 材料的疲勞強度或稱疲勞極限是材料經(jīng)受無限次循環(huán)應力的作用而不破壞的最大應力，用符號r表示。零件材料的疲勞強度除與材料本身的成分、組織和外表應力狀態(tài)等有關(guān)外，還與零件的形狀、尺寸、外表粗糙度和使用條件等有關(guān)。 輪機工程系10 七月

13、 2022影響零件疲勞強度的因素 1)應力集中：應力集中是引起疲勞破壞的首要因素 ，零件外表上缺口引起的應力集中使其疲勞強度降越低，缺口越鋒利，降低得越厲害 。2)外表狀態(tài)和尺寸因素 ：3)使用條件：輪機工程系10 七月 2022一、高溫疲勞高溫疲勞是指零件在高于材料的0.5Tm(用絕對溫度表示的熔點)或高于再結(jié)晶溫度時受到交變應力的作用所引起的疲勞破壞。具有以下特點 ：(1)高溫疲勞的疲勞曲線無水平局部，疲勞強度隨循環(huán)周次N增加不斷降低。(2)高溫疲勞總伴隨蠕變發(fā)生，溫度越高蠕變所占比例越大，疲勞和蠕變交互作用也越強烈。 (3)材料的高溫疲勞強度與高溫強度(蠕變極限和持久極限)的關(guān)系 輪機工

14、程系10 七月 2022輪機工程系10 七月 2022材料的蠕變極限隨溫度變化曲線1與疲勞極限隨溫度變化曲線2相交于一點，說明當材料溫度低于此點對應溫度時，材料以疲勞破壞為主；高于此點對應溫度則以蠕變破壞為主。 二、熱疲勞 1)熱應力 ：零件材料產(chǎn)生變形的金屬與變形小的金屬或末產(chǎn)生變形的金屬相互約束和牽制而產(chǎn)生由溫差引起的應力高溫面(或處)產(chǎn)生壓應力，低溫面(或處)產(chǎn)生拉應力。 定常熱應力和不定常熱應力 高頻熱應力和低頻熱應力 =-kaE(T-T0)輪機工程系10 七月 2022熱疲勞 熱疲勞是零件在循環(huán)熱應力反復作用下產(chǎn)生的疲勞破壞。 在溫度梯度最大處造成塑性應變集中 熱疲勞裂紋是在受熱外表

15、熱應變最大區(qū)域形成，一般有幾個疲勞裂紋源 特有的龜裂裂紋為特征 熱疲勞裂紋與循環(huán)溫差、零件外表缺口狀態(tài)和材料有關(guān) 輪機工程系10 七月 2022影響熱疲勞強度的因素溫度：高溫使得材料的熱疲勞抗力下降。溫度循環(huán)和高溫保持時間：快速加熱、快速冷卻的熱疲勞壽命最低，高溫保持時間越長，熱疲勞壽命下降愈多。零件形狀和材料腐蝕輪機工程系10 七月 2022提高材料熱疲勞抗力的途徑:(1)盡可能地減少甚至消除零件上的應力集中和應變集中；(2)提高材料的高溫強度；(3)提高材料的塑性；(4)降低材料的熱膨脹系數(shù)。輪機工程系10 七月 2022三、氣缸蓋的疲勞破壞 1.氣缸蓋底面裂紋 ：運轉(zhuǎn)過程中氣缸蓋底面在其

16、工作條件下可能產(chǎn)生高溫疲勞、蠕變和熱疲勞破壞 。底面裂紋可能是熱疲勞裂紋，也可能是高溫疲勞裂紋或蠕變裂紋，或者是三者共同作用產(chǎn)生的裂紋。但是當發(fā)現(xiàn)龜裂裂紋時，則可斷定為熱疲勞裂紋。 輪機工程系10 七月 2022三、氣缸蓋的疲勞破壞 2.氣缸蓋冷卻面裂紋 ：是氣體力、熱應力和腐蝕共同作用產(chǎn)生裂紋。是氣缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力引起的周期性脈動應力作用的結(jié)果。是腐蝕疲勞破壞。氣缸蓋裂紋產(chǎn)生的影響因素：除熱應力、機械應力和腐蝕外，設(shè)計、結(jié)構(gòu)上的原因，材料、工藝上的原因，操作管理和裝配質(zhì)量上的 輪機工程系10 七月 2022輪機工程系10 七月 2022結(jié)構(gòu)特點壁厚不均孔道較多結(jié)構(gòu)復雜工作條件螺栓預緊力冷卻面

17、觸火面一、氣缸蓋裂紋的檢修 輪機工程系10 七月 20221、 氣缸蓋裂紋的部位（1）氣缸蓋底面裂紋：（2）氣缸蓋冷卻側(cè)裂紋：一般發(fā)生在過渡圓角處和孔之間，即應力集中處。多發(fā)生在冷卻水道環(huán)形筋的根部應力集中處，并沿圓周方向和向深處（即觸火面）擴展，以至使氣缸蓋裂穿漏水或者在孔壁上產(chǎn)生裂紋。一、氣缸蓋裂紋的檢修 輪機工程系10 七月 2022（1）操作管理不當：（2）維護保養(yǎng)不良：（3）設(shè)計不合理及材料缺陷加速太快、頻繁啟動、超負荷、冷卻潤滑不良、停車后立即停冷卻水；不及時吊缸，冷卻水處理，螺栓受力不均；2、氣缸蓋的裂紋原因一、氣缸蓋裂紋的檢修 輪機工程系10 七月 20223、氣缸蓋裂紋的檢查1） 觀察法 ：2） 水壓實驗：（裂穿性裂紋）3）無損探傷：滲透探傷、磁粉探傷、超聲波探傷。4）航行中：A.冷卻水壓力波動（或冷卻水溫升高、淡水消耗量增加、掃氣箱有水