劉明麗

(通榆縣農(nóng)業(yè)機械化技術(shù)推廣站，吉林 通榆 134100)

0 引言

活塞是柴油機的主要運動機件之一，是燃燒室的組成部分。活塞工作時承受著很大的機械應(yīng)力和熱應(yīng)力，同時還承受著摩擦力，因此，活塞是易損件[1]?；钊某Ｒ姄p傷有燒蝕、磨損、拉傷和裂紋等?；钊麅r格比較便宜，在農(nóng)機維修中一般不對活塞進行修理，而是直接更換。但是作為農(nóng)機維修推廣人員，需要了解認識柴油機這個重要的部件，了解他的結(jié)構(gòu)特點，知道活塞發(fā)生損傷的原因，掌握檢測方法，以確定活塞是否需要更換。

1 活塞的結(jié)構(gòu)特點

柴油機活塞在高溫高壓燃氣作用下，在汽缸內(nèi)作往復(fù)直線運動以實現(xiàn)工作循環(huán)。根據(jù)對曲柄連桿機構(gòu)受力分析，活塞是處于十分惡劣的條件下工作，因此活塞具有以下特點：1)有足夠的剛度和強度，耐熱性好，能承受燃氣壓力和往復(fù)慣性力的多變負荷。2)裝上活塞環(huán)后應(yīng)具有良好的密封性，防止氣體和潤滑油的竄漏。3)導(dǎo)熱性能好，能迅速而有效地將熱量傳導(dǎo)給汽缸套和冷卻水。4)有良好的耐磨性和潤滑性，結(jié)構(gòu)重量輕，往復(fù)慣性力小?；钊目傮w結(jié)構(gòu)可分為四部分，即頂部、環(huán)槽部、裙部和活塞銷座。

1.1 活塞頂部

活塞環(huán)帶以上的部分稱活塞頂部，它是構(gòu)成燃燒室的一部分，所以活塞頂部的形狀與汽缸內(nèi)混合氣形成、燃燒特點、噴油器和氣門位置等因素都有關(guān)系。采用直接噴射燃燒式的高速柴油機，由于混合氣形成和燃燒過程的特殊性，要求在活塞頂部設(shè)置一定深度的凹坑，如立式195型柴油機活塞頂部采用球型凹坑。不采用直接噴射的高速柴油機，也有采用平頂，但大部分都制有不同形狀和不同深度的凹坑，以改善混合氣的形成和燃燒，活塞頂部的厚度主要從活塞向外傳熱的條件和剛度來考慮，一般在高速柴油機中頂部厚度是從中央到四周逐漸加大，活塞頂背面與活塞環(huán)槽部用圓弧形過渡，并設(shè)有加強筋，以提高活塞的強度和剛度，增大頂部的散熱面積。

195型柴油機的活塞頂部鑄成深為1.7～1.8 mm的雙渦流或鏟擊形的渦流凹坑，與汽缸蓋上的渦流室、缸壁配合構(gòu)成渦流室形式的燃燒室。安裝時凹坑要朝向缸蓋有渦流室的一側(cè)(即靠近噴油器)，以便引導(dǎo)氣流形成第二次渦流，改善混合氣的混合與燃燒。

1.2 活塞環(huán)槽部

活塞環(huán)槽部是用于安裝活塞環(huán)，以防止燃氣由燃燒室通過活塞與汽缸壁之間的間隙下漏，并起傳熱作用。

環(huán)槽的數(shù)目一般為4～5道，上面的2～3道環(huán)槽裝置氣環(huán)，柴油機為了保證可靠啟動常用三道氣環(huán)，最下面的一道環(huán)槽裝置油環(huán)。油環(huán)槽的底面上鉆有許多徑向小孔，以使活塞下行時被油環(huán)從汽缸壁上刮下的多余潤滑油，能經(jīng)過這些小孔流回油底殼。有的柴油機有兩個油環(huán)槽，分別置于活塞銷座的上、下兩邊。

由于鋁活塞膨脹系數(shù)大，環(huán)槽部金屬較多，越靠近活塞頂部溫度越高、熱膨脹量越大。為了避免因受熱膨脹而卡死在汽缸內(nèi)，把活塞環(huán)槽部直徑制成上小下大呈階梯狀，也有的制成一定的錐度。

1.3 活塞裙部

活塞裙部是油環(huán)槽下端面以下的活塞部分，在活塞的往復(fù)直線運動中起導(dǎo)向作用，并承受側(cè)壓力。其結(jié)構(gòu)形狀為一薄壁圓筒，筒的長度取決于最大側(cè)壓力的大小。

活塞裙部除了起很好的導(dǎo)向作用，使活塞工作平順耐久外，還必須保持裙部與汽缸間有盡可能小的最佳恒定間隙，稱汽缸間隙。有了間隙可以使?jié)櫥驮诨钊c缸壁間形成一層油膜，以減小摩擦和磨損；又能保證氣密性，使活塞正常工作。

1.4 活塞銷座孔

活塞銷座位于活塞裙部的上部，用以安裝活塞銷，在與活塞環(huán)槽部連接處有加強筋?；钊N座孔按一級精度加工，表面光潔，并分組與活塞銷選配。

一般發(fā)動機活塞的銷座軸線與活塞中心線垂直相交，當(dāng)活塞在上止點改變運動方向的瞬間，活塞由一側(cè)汽缸壁平移到另一側(cè)，造成活塞對缸壁的拍擊發(fā)出噪聲，并會縮短活塞的壽命，因而有的發(fā)動機將活塞銷座軸線向側(cè)壓力大的一面偏移1～2 mm，使活塞在上止點換向時分兩步過渡，過渡時刻先于達到最高燃燒壓力前，從而改善了發(fā)動機工作的平順性。

2 活塞常見損傷檢修

2.1 活塞燒蝕

活塞燒蝕呈現(xiàn)在活塞頂部，輕者有疏松狀麻坑，重者有局部燒熔現(xiàn)象，甚至產(chǎn)生活塞脫頂，造成活塞頭部與裙部分離。

活塞燒蝕的主要原因：1)噴油器滲漏、滴油或供油時間不正確，空氣供給不充分，會導(dǎo)致活塞頂部凹坑周邊燒蝕。2)活塞與缸套間隙太小，因干摩擦發(fā)熱而裙部燒蝕。3)活塞環(huán)開口間隙過小，柴油機長期超負荷運轉(zhuǎn)、冷卻不良、缺水易使活塞頭部受熱膨脹卡死而燒蝕。

檢測方法：可觀察到明顯的燒蝕痕跡。

檢修建議：對燒蝕的活塞一般應(yīng)作報廢處理。

2.2 活塞裙部磨損

活塞裙部磨損后，汽缸與活塞的間隙增大，造成漏氣，壓縮力不足。磨損嚴重時發(fā)出敲缸聲，冷車或怠速運轉(zhuǎn)時尤為明顯。

活塞裙部發(fā)生磨損的主要原因：1)柴油機工作時，活塞裙部受側(cè)壓力與缸套摩擦而自然磨損。2)柴油機工作時冷卻系統(tǒng)工作不良，造成發(fā)動機過熱，使?jié)櫥褪А?)發(fā)動機“三濾”工作不良，使進入汽缸的空氣、柴油、機油不凈，含雜質(zhì)過多加速活塞裙部磨損。4)活塞與缸套裝配間隙過大或過小，造成活塞裙部推力面的嚴重磨損。5)因連桿彎曲使活塞呈過度的單面磨損。

檢測方法：用外徑千分尺測量，由于活塞銷在裙部所處的位置不同，則裙部的磨損情況也不一樣。當(dāng)活塞銷處于裙部中間，則裙部磨損較為均勻，只需測量活塞銷上、下兩個位置。因活塞受側(cè)壓力的影響，在側(cè)壓力方向的磨損大于柴油機的前后方向，所以測量時可只測量側(cè)壓力方向的兩個尺寸。對于活塞銷處于裙部靠上的或大一些的活塞，一般測量三個部位。

檢修建議：當(dāng)活塞裙部磨損過大，即與汽缸套配合間隙過大時，鋁活塞換新，鑄鐵和鑄鋼活塞目前有采用噴鍍工藝恢復(fù)到原始尺寸的修理方法。在實際維修中，柴油機的汽缸套與活塞的更換要權(quán)衡考慮，一般是更換汽缸套而不更換活塞，而汽缸套采取加大修理時，活塞必須按同級修理尺寸進行選配。在更換活塞進行選配時，還應(yīng)檢查與汽缸套的配合間隙是否在規(guī)定的范圍內(nèi)。同一臺柴油機應(yīng)選用同廠生產(chǎn)的同型號和同組別的活塞。按活塞裙部直徑分組，一般同組內(nèi)各活塞之間相差不大于0.02 mm，以保證同臺柴油機的活塞材料性能、質(zhì)量、尺寸等一致。同組活塞的質(zhì)量輕重差不得超過規(guī)定值，若超過規(guī)定值，可在活塞裙部內(nèi)表面車去少許材料。

2.3 活塞環(huán)槽磨損

活塞環(huán)槽磨損后，邊間隙增大，產(chǎn)生竄油和漏氣等現(xiàn)象，排氣冒“藍煙”[2]。

活塞環(huán)槽發(fā)生磨損的主要原因：1)隨著活塞的高速往復(fù)運動，活塞環(huán)在環(huán)槽中一直拍擊著活塞。尤其是壓縮行程和做功行程中，活塞環(huán)由于受到壓力作用，對活塞環(huán)槽產(chǎn)生較大的沖擊力，并緊壓在環(huán)槽下沿，使環(huán)槽磨損成外大內(nèi)小的梯形，并且環(huán)槽下沿的磨損比上沿大。2)工作中燃氣產(chǎn)生的碳粒在環(huán)與環(huán)槽端面之間形成磨粒加速環(huán)槽表面的磨損。3)發(fā)動機過熱，潤滑不良，環(huán)與環(huán)槽表面間的油膜破壞時，則環(huán)槽磨損更加嚴重。

檢測方法：用放大鏡觀察環(huán)槽是否磨損成梯形；或用新的標(biāo)準活塞環(huán)或樣板放入環(huán)槽測量相隔120°的三個位置處的邊間隙。

檢修建議：1)確定環(huán)槽磨損，可將環(huán)槽平面光車，配一加大相應(yīng)尺寸的活塞環(huán)。但是，槽背減薄量不應(yīng)超過原來厚度的20%～30%，同時要求在一個活塞上不允許有兩個以上不同尺寸的活塞環(huán)。2)鑲環(huán)修理，光車環(huán)槽后，在槽內(nèi)鑲?cè)胍粔|環(huán)將其焊在槽內(nèi)。如此形成新的環(huán)槽，使之達到要求的環(huán)槽高度。鑲環(huán)法一般用來修理鑄鋼的活塞，對鋁活塞和較小直徑的活塞，當(dāng)活塞環(huán)槽磨損嚴重時，一般不作修理，而是更換新活塞。

2.4 活塞銷座孔磨損

當(dāng)發(fā)生活塞銷座孔磨損時，孔與銷之間間隙較大，沖擊磨損嚴重，柴油機運轉(zhuǎn)時發(fā)出異常響聲，低速和改變轉(zhuǎn)速時更為明顯。

活塞銷座孔發(fā)生磨損的主要原因：裝配時未加熱活塞，強行敲入，使銷孔擦傷。

檢測方法：1)活塞銷座孔的外觀檢查。檢視活塞銷座孔內(nèi)表面有無嚴重的損傷或變形。必要時應(yīng)更換活塞。2)活塞銷座孔直徑的測量。使用內(nèi)徑百分表測量活塞銷座孔的直徑?；钊N座孔是否合格要視其與活塞銷配合間隙的大小而定。

檢修建議：當(dāng)活塞銷座孔磨損后，圓度和圓柱度以及與活塞銷的配合間隙大于允許值時，應(yīng)將座孔鏜削或鉸削到修理尺寸，配用加大的活塞銷。然后把新的活塞銷與銷孔進行配合修刮，以保證間隙和接觸面積。對于銷孔裝有銅套的活塞，可采用重新壓入銅套，而后修配的辦法。在活塞銷座孔修理過程中，應(yīng)保證活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線相互垂直。用百分表在平臺上檢查時，先將樣軸塞進銷孔內(nèi)，再把活塞頂?shù)怪糜谄脚_上，然后用百分表檢查樣軸兩邊的高度，再計算出活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線的垂直度。

一般小型柴油機的活塞銷座孔軸線與活塞裙部軸線垂直度公差為0.035 mm，有時也可以用檢查銷孔軸線與活塞裙部表面的垂直度來代替。

活塞銷座孔鉸削的方法步驟及注意事項：1)選擇鉸刀。根據(jù)活塞銷座孔的實際尺寸，選擇合適的鉸刀，并將鉸刀夾在臺虎鉗上，使其與鉗口平面保持垂直。2)確定鉸削量。用內(nèi)、外徑千分尺等準確地測量出活塞銷座孔和活塞銷的尺寸，并計算出鉸削量。3)調(diào)整鉸刀。第一刀只能是試驗性的微量鉸削，應(yīng)邊調(diào)整鉸刀邊用銷孔試，當(dāng)調(diào)整到刀片上端露出上銷孔3～5 mm，刀片稍有吃刀量，并且吃刀的刀片不少于3片時，即可進行鉸削。但在鉸削過程中應(yīng)注意每次各刀的調(diào)整量不宜過大，一般是旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母60°～90°為宜，鋁活塞約鉸0.02～0.04 mm。當(dāng)需要減小鉸削量時，可旋轉(zhuǎn)調(diào)整螺母30°～60°。在調(diào)整鉸刀旋緊固定螺母時，不要過緊，以免螺母破裂。4)鉸削。將活塞銷座孔套在調(diào)整好的餃刀上，兩手握住活塞，并按順時針方向輕壓旋轉(zhuǎn)鉸削，轉(zhuǎn)動時用力要均勻，注意要使活塞保持平直，不要抖動，有時感到某個位置很緊時，可將活塞稍倒轉(zhuǎn)一下，然后繼續(xù)順向鉸削。當(dāng)鉸到刀片下方接近銷座孔時，應(yīng)慢慢下壓活塞使活塞從鉸刀下方脫出，以免鉸偏和刮傷。為使兩銷孔保持同心，防止出現(xiàn)圓錐形，每調(diào)一次鉸刀，除兩銷孔一次鉸出外，還要從兩個方向各鉸一次。5)試配。鉸削過程中應(yīng)隨時用活塞銷試配。防止鉸大，鉸削完成后不但應(yīng)保證銷孔和銷的配合，而且接觸面積應(yīng)不小于75%，若檢查面過小時，可用刮刀修刮。6)對鉸削后的活塞銷座孔，應(yīng)檢查擋圈槽的深度。擋圈如果是鋼絲的，槽的深度應(yīng)為鋼絲直徑的2/3～4/5；若擋圈是鋼片的，槽的深度應(yīng)為0.6～0.7 mm，否則應(yīng)將擋圈車深或刮深，以防在工作中擋圈脫出劃傷汽缸。兩端擋圈與活塞銷端面的距離應(yīng)不小于0.1 mm。沒有此距離，活塞銷膨脹后會使活塞的變形加大，甚至頂出擋圈，造成“拉缸”事故。距離過小或沒有時，可將活塞銷適當(dāng)磨短。

2.5 活塞拉傷劃痕

活塞拉傷后，高壓氣體泄漏竄入曲軸箱，柴油機壓縮力不足。

活塞拉傷主要原因：1)空氣不凈，柴油、機油不凈含有較多的雜質(zhì)，進入汽缸成為磨料使活塞拉傷。2)冷卻不良，潤滑不良，供油時間太早，柴油機超負荷運轉(zhuǎn)，使摩擦零件加熱到熔點而造成粘附性擦傷。3)與缸套的間隙太小，不易形成油膜，發(fā)生干摩擦而擦傷。

檢測方法：用肉眼或放大鏡能明顯地觀察到多條垂直劃痕。

檢修建議：對于活塞頭部拉傷不是很嚴重時，可用油石或砂布磨平。對拉傷、劃痕嚴重的應(yīng)更換新活塞。

2.6 活塞裂紋

通常在活塞頂凹坑和活塞銷座孔上方處出現(xiàn)小的頭發(fā)絲狀裂紋。

活塞裂紋產(chǎn)生的主要原因：1)在機溫尚冷時迅速加負荷作業(yè)。2)柴油機長期超負荷或冷卻不良，在過熱狀態(tài)下工作。3)在機溫很高的情況下，突然沖加冷卻水。4)供油太早，噴油壓力太高，噴油器工作不良。5)安裝時，加熱活塞后不妥當(dāng)?shù)胤旁谒小?/p>

檢測方法：1)用肉眼或借助放大鏡觀察。2)將活塞在煤油中浸泡1 h，取出后擦干，在可疑處撒一層白粉，輕擊周圍，如有裂紋會顯示黑色線條。

檢修建議：對裂紋的活塞一般應(yīng)作報廢處理。