活塞组常见故障的分析及处理

毕业设计（论文）中文摘要活塞组常见故障的分析及处理摘要本文主要阐述了内燃机车柴油机的活塞组的工作原理及结构，并通过对活塞组的结构和原理的了解，从本质上分析寻找活塞组发生常见故障的原因，并通过分析找到原因后针对相应的故障拿出处理方法及相应的预防措施，从而达到提高工作效率，减少行车事故。当我们掌握故障分析与处理方法后，便于及时发现某些故障的前兆，预防故障的发生和防止事故的扩大，多时候由于检修人员不能认真全面地掌握鼓掌现象，并通过现象分析查找出故障的真正原因，作业中贪图方便发生不应有的事故。正确地进行故障分析，准确找出事故的原因，本着科学的事实求是的态度分析故障从而拿出最好的解决措施，减少故障发生率，使活塞组的运作合理高效可靠。关键词活塞组结构原理故障分析处理及预防措施第1页共1页目次1引言.............................................................12活塞组的组成及作用...............................................13活塞组的工作条件.................................................14活塞的故障.......................................................34.1锻铝组合活塞..................................................................................................34.2中凸型全铝活塞..............................................................................................34.3整体薄壁球铁活塞..........................................................................................44.4钢顶铝裙活塞..................................................................................................45常规检查方法.....................................................56预防及处理措施..................................................66.1锻铝组合活塞预防及处理措施......................................................................66.2凸型全铝活塞预防及处理措施......................................................................66.3整体薄壁球铁活塞预防及处理措施..............................................................66.4钢顶铝裙活塞预防及处理措施......................................................................77活塞环的故障.....................................................7结论................................................................9致谢.............................................................10参考文献........................................................11第1页共１１页1引言随着铁路牵引动力的更新变化，机车不断换代，但前年的一场大雪又提醒我们内燃机车有其不可代替性，不管是战备天灾，还是有些无法建电网的地区，都必须使用内燃机车，所以我们还是要对内燃机车进行研究不断改造创新。本论文针对柴油机中活塞组经常出现的故障，进行研究，根据活塞组的工作环境和原理，对活塞组出现的常见故障进行分析，从而找出相应的预防及处理措施，为从事检修及运用的人员提供一些理论基础。正确地进行故障分析，准确找出事故的原因，本着科学的事实求是的态度分析故障从而拿出最好的解决措施，减少故障发生率，使活塞组的运作合理高效可靠。为机务部门检修提供方便。2活塞组的组成及作用1．组由活塞、活塞销、活塞环及活塞销挡圈等组成。2．汽缸中往复运动进行力的传递，完成柴油机的工作循环；活塞、汽缸盖，汽缸一起组成燃烧室，其中活塞组起密封作用，防止燃气穿入曲轴箱，同时也限制机油进入燃烧室。3活塞组的工作条件活塞组的工作条件可以概括为“三高”。高温：活塞顶直接与温度高达2000度左右的燃气接触，使活塞温度升高。16V240ZJB型柴油机铝活塞顶最高温度可达335度，第一道环槽的温度可达197度。所以，活塞顶部与第一道活塞环槽的热负荷十分严重。受热使活塞材料强度下降；各部位特别是活塞头部受热膨胀变形；环槽内机油烧结，导致活塞环卡死、密封能力下降等。高压：16V240ZJB型柴油机在输出功率2427KW时的爆发压力达11.96MPA，作用到活塞顶面上的气体力达562.2KN，而且带有冲击性；使活塞顶部、环岸、活塞销座都受到强烈的机械负荷，活塞销会发生弯曲和椭圆变形；此外，活塞还受往复惯性力与侧压力的作用，使活塞各部位都受到交变的应力作用。高速：16V240ZJB型柴油机在标定转速1000r/min时活塞平均速度为9.167m/s，最高瞬时速度约为14.76m/s。由于活塞在汽缸中作如此高速的往复运动，加上因燃烧室的高温、活塞运动速度的急剧变化、燃气的下窜等造成汽缸内表面上部很难保持连续的润滑油膜，在活塞侧压力的作用下。气缸套与活塞之间产生强烈摩擦，磨损较大。活塞组与柴油机其他部件一起构成了内部燃烧作功的、可变容积的工作场第2页共１１页所，活塞顶面的凹穴造型及容积对燃烧的经济性有较大影响；活塞组密封汽缸的下部，使燃烧室与曲轴箱隔开。活塞组承受燃气压力，并传递给曲轴，使往复运动转换成旋转运动，将汽缸内的热能转变为机械能。二冲程柴油机的活塞组还兼有控制配气相位的作用。活塞组在柴油机中所处的位置和承担的任务决定了它如下的工作特点：1.在严重的热负荷下工作活塞顶面接触高温气体，有很多热量通过活塞顶传入体内，其中一部分经活塞环及裙部散逸给气缸，另一部分通过活塞体内油道传给冷却油，其余的剩热使活塞体温升高。当受热升高到一定程度时，活塞材质的机械强度明显下降，同时由于活塞各部存在较大的温度梯度，所以又形成温差应力（热应力）。温差应力过大，会在活塞顶部形成热裂纹。第一道活塞环槽的温度状态是表征活塞热负荷的另一重要部位，如果此环槽的温度较高，则槽内机油就易结胶，使环失去活动性，导致燃气下窜，冲刷缸壁上的油膜。这些除使柴油机功率下降，出现拉缸故障外，还会使曲轴箱升温升压，甚至产生爆炸。活塞的温度通常以顶面中央和燃烧室边缘外表面为最高，铝合金活塞可达300-350度，铸铁活塞可达400-450度，第一道活塞环槽表面可达180度以上，顶与背最大温差（同一纵截面）可达100-130度。2.承受较大的机械负荷随着缸径的加大和高压技术的应用，气缸内最高爆发压力P值已达很高，运动零件的尺寸和重量相应增加，使得活塞承受巨大的气体力和往复惯性力的合力。气体力和往复惯性力的合力为周期性瞬变作用力，具有冲击和交变性质，使活塞组的一些薄弱部位可能出现疲劳裂纹。活塞环对环槽的高频交变冲击，可能使活塞环与环岸折断。3.剧烈地摩檫与磨损机车柴油机活塞组沿气缸镜面高速滑动平均速度9-11.5m/s,最大瞬时速度达14-18.5m/s，使柴油机消耗很多摩擦功率。特别是第一、二道气环接触高温、高压燃气，缸壁上的油膜受燃气和燃油的冲刷而局部破裂，气缸壁面具有进气带入的尘埃及机油中的机械杂质等磨粒，因此在上止点附近的壁面高温少油，加上活塞环转换运动方向等情况，使气缸壁面、活塞环及环槽的磨损加速。在摩擦发热及缺油的情况下，活塞环和气缸壁面很容易产生表面熔粘磨损（即拉缸）现象。第3页共１１页4活塞的故障4.1锻铝组合活塞（1）故障现象1．活塞体与套松动；2．活塞顶部烧穿；3．活塞头部边缘粉碎性破损；4．活塞裙部掉快；5．第一道气环腐蚀严重；6．活塞顶部被打坏；7．活塞环故障，如折断、磨耗严重、积炭卡死等。（2）原因分析1．燃烧室恶化或活塞与缸套配合间隙过大。有些东风4机车，走行2-3万千米后，部分喷油器就雾化不良，导致柴油机燃烧恶化，活塞的热负荷加大，从而影响活塞的寿命。柴油机因某种因中原而燃烧恶化，或活塞与气缸套间隙过大，活塞对气缸套的冲击力增大，就有可能发生活塞与缸套松动及活塞顶烧穿等故障。2．材质的缺点。对LD8及LD7锻铝合金而言，一是膨胀系数大，活塞配缸间隙较大，造成低载时容窜油；二硬度较低，机械强度不如球铁和合金钢，易造成环槽磨耗，特别是高温工作时，导致漏气，断环。3．活塞环组缺陷。合金铸铁的喷钼环在运行15－22万千米时，就有较多脱落，这会加剧环槽的磨耗，失去刮油能力。4．检修原因。有的活塞大修时，气缸套与活塞体存在一定的缺陷，加上长期承受高温，高压燃气的作用及疲劳等因素，造成活塞头部边缘突发性碎裂。有的机务段在等级修时，环槽的加工质量达不到要求，表面粗糙度差，造成漏气，活塞环因积炭而卡死，甚至产生活塞表面气蚀现象。5．润滑恶化，使用多年的气缸套，如不及时进行打磨处理，将因内孔的变形及内表面的光滑程度增加，使储油能力下降，润滑恶化，从而加剧气环磨耗。象杂质混入，机油性能和油环刮油能力下降等因素，都会使润滑恶化，使活塞环和缸套产生非正常磨耗。4.2中凸型全铝活塞（1）故障现象活塞第一道环槽及活塞环磨耗严重。（2）原因分析第4页共１１页1.因中凸型活塞只有一道油环，与锻铝组合式活塞比较，它的刮油，布油效果较差。油环刃口的喷钼处理工艺还不能满足运用寿命要求，随着走行公里的增加，刮油能力下降较快。2.活塞环在与经激光淬火处理的气缸套内表面配合使用时，硬度处于下风，磨耗增加。4.3整体薄壁球铁活塞（1）故障现象1.活塞销座断裂；2.活塞顶烧裂穿孔；3.活塞顶部产生裂纹；4.活塞销座与顶分离；5.活塞销座垂直筋产生横向裂纹。（2）原因分析1.铸造形状突变处应力集中及活塞长期受交变应力作用。活塞销座与活塞顶之间比较薄，铸造应力和铸造缩孔应力较大，再加上长期受交变应力作用，容易在活塞销座处特别是垂直金筋处，产生横向裂纹。若发现不及时，将导致活塞销座与体分离，产生严重后果。2．热负荷等因素造成活塞顶部裂损。活塞顶部承受燃气压力和往复惯性力的作用，也承受由于温度梯度或结构原因造成的热负荷，再加上铸造缺陷，经长期运用，就可能在活塞顶部产生疲劳裂纹。3．设计不合理如较早使用的球铁活塞，销座垂直筋部位较薄，发生裂纹较多，1994年以后的新结构活塞增加了座销垂直筋部位厚度，同类故障就大大减少了。4．铸造缺陷在活塞销座与活塞顶连结部分易产生铸造缺陷。4.4钢顶铝裙活塞（1）故障现象1．钢顶烧损；2.活塞裙部销座处裂纹和破损；3.第一道活塞环槽磨损超限；4.连接螺钉松动；5.连接螺钉裂纹和断裂（活塞顶和活塞裙分离）（2）原因分析第5页共１１页1．生产厂的质量问题某段曾经发生过东风4D机车钢顶铝裙活塞的活塞体（特别是销座部分）大规模破损现象。据现场分析，主要是活塞的制造质量问题。2．机油的原因若使用的机油，高温清净性或热安定性不好，或使用后期，机油中添加剂品质恶化，不能起到分散，吸附油中的烟粒子，氧化物，沥青胶质等作用，