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(1)活塞
活塞的功用是承受燃?xì)獾膲毫?,并?jīng)過連桿將力傳給曲軸。
活塞的工作條件十分惡劣,它是在高溫、高壓的燃?xì)庾饔孟?,不斷地作高速往?fù)直線運動。由于受到周期性變化的燃?xì)鈮毫屯鶑?fù)慣性力的作用,活塞承受很大的機械負(fù)荷和熱負(fù)荷,加之溫度分布不均勻,就會引起熱應(yīng)力。因此,要求活塞必須有較輕的重量以及足夠的強度與剛度。取出轉(zhuǎn)子軸時應(yīng)十分小心,切不可將轉(zhuǎn)子軸上螺紋碰及浮動軸承內(nèi)孔表面?;钊诟邷?、高壓、高速條件下工作,其潤滑條件較差,活塞與汽缸壁摩擦嚴(yán)重。為減小磨損,活塞表面必須耐磨。
高速內(nèi)燃機的活塞通常采用鑄鋁合金。隨著內(nèi)燃機的不斷強化,采用鍛鋁合金或共晶鋁硅合金的活塞日益增多,而高增壓內(nèi)燃機較多采用鑄鐵活塞,其目的在于提高其強度,減小熱膨脹系數(shù)。再在渦輪端方向用尖頭鉗取出設(shè)在浮動軸承另一端的彈簧卡環(huán),但要特別注意,在取出上述兩個彈簧卡環(huán)時不要擦傷軸承孔及彈性密封環(huán)座孔的表面。活塞的基本構(gòu)造可分為頂部、環(huán)槽部(防漏部或頭部)、活塞銷座和裙部四部分。
①頂部頂部是構(gòu)成燃燒室的一部分,其結(jié)構(gòu)形狀與發(fā)動機及燃燒室的型式有關(guān)?;钊敳康膸追N不同結(jié)構(gòu)形狀。小型內(nèi)燃機大多采用平頂活塞,優(yōu)點是制造簡單,受熱面積小。在發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)時(熱狀態(tài)下),也需要一定的氣門間隙,保證凸輪不作用于氣門時,氣門能完全密閉。大多數(shù)內(nèi)燃機的活塞頂部由于要形成特殊形狀的燃燒室,其形狀比較復(fù)雜,一般都制有各種各樣的凹坑。凹坑是為了改善發(fā)動機的燃燒狀況而設(shè)置的,使可燃混合氣的形成更有利,燃燒過程更完善。有的內(nèi)燃機為避免氣門與活塞頂相碰撞,在頂部還制有淺的氣門避碰凹坑。
內(nèi)燃機活塞所受的熱負(fù)荷大(尤其是直接噴射式內(nèi)燃機),往往會使活塞引起熱疲勞,產(chǎn)生裂紋。因此,有的內(nèi)燃機可從連桿小頭上的噴油孔噴射機油,以冷卻活塞頂內(nèi)壁。也有的內(nèi)燃機在機體里設(shè)有專門的噴油機構(gòu),也可起到同樣的作用。槽的底部呈圓弧形,槽口的寬需根據(jù)裂紋的深度、長度和形狀等情況來決定。活塞頂部因承受燃?xì)鈮毫?,所以一般比較厚;有的活塞頂內(nèi)部還制有加強筋。
②環(huán)槽部環(huán)槽部主要用于安裝活塞環(huán)以防止燃油或燃?xì)饴┤肭S箱,并將活塞吸收的熱量經(jīng)活塞環(huán)傳給汽缸壁,與此同時阻止?jié)櫥透Z入燃燒室。活塞頭部加工有數(shù)道安裝活塞環(huán)的環(huán)槽,上面2一3道用于安裝氣環(huán),下面1、2道是油環(huán)槽。①焊修前的準(zhǔn)備先將曲軸放在堿水中煮洗清潔,除去油污,再用鑿刀沿著裂紋表面鑿成“U”形槽。油環(huán)槽的底部鉆有許多徑向小孔,以便油環(huán)從汽缸壁上刮下多余的潤滑油從小孔流回曲軸箱。
有的內(nèi)燃機在活塞頂?shù)揭画h(huán)槽之間,或者一直到以下幾道環(huán)槽處,都開有細(xì)小的隔熱溝槽。溝槽在活塞工作時,可形成一定的退讓性,可以防止活塞與汽缸壁的咬合,故這種活塞可適當(dāng)減小活塞與汽缸間的間隙。
二道環(huán)槽的耐磨性,有的內(nèi)燃機在環(huán)槽部位上隨著內(nèi)燃機的不斷強化,為了提高一鑲鑄耐熱和耐磨的奧氏體鑄鐵護(hù)槽圈。
③活塞銷座銷座用以安裝活塞銷,主要起傳遞氣壓力的作用?;钊N座與頂部之間往往還有加強筋,以增加剛度。銷座孔內(nèi)設(shè)有安裝彈性卡環(huán)的環(huán)槽,活塞銷卡環(huán)是用來防止活塞銷在工作中發(fā)生軸向竄動,竄出活塞銷座孔而打壞汽缸體。
④裙部活塞頭部低一道油環(huán)槽以下的部分稱為裙部。其作用主要是對活塞在汽缸內(nèi)的運動加以導(dǎo)向,此外它還承受側(cè)壓力。柴油機由于燃?xì)鈮毫Ω?,?cè)壓力大,所以裙部也比較長,以減小單位面積上的壓力和磨損。
由于柴油機汽缸壓力很大,要求裙部具有足夠大的承壓面積,又要在任何情況下保持它與汽缸壁有佳的配合間隙(既不因間隙過大而使密封性變差和產(chǎn)生敲缸現(xiàn)象,又不因間隙過小而刮傷汽缸壁,甚至發(fā)生咬缸現(xiàn)象)。故其活塞裙部通常不開切槽,只是將活塞軸向制成上小下大的圓錐形,并將裙部徑向做成橢圓形。如果焊接折斷的曲軸,需按曲軸折斷的原痕找出中心縫,用電焊在斷縫兩側(cè)先點焊幾點,再在裂縫未電焊的兩面開槽后焊接。因此,柴油機活塞與汽缸壁的裝配間隙要比油機的大。為了保證柴油機壓縮終了有足夠的壓力和溫度,則要求其有更好的密封性,因此,柴油機應(yīng)具有更多的密封環(huán)和刮油環(huán)。
曲軸裂紋和折斷的原因、檢驗及修理
1)原因其原因除與曲軸彎、扭大致相同外,還有以下幾個方面。
①光磨軸頸時,沒有使軸頸與曲軸臂(曲柄)連接處保持一定的內(nèi)圓角(一般要求軸頸的內(nèi)圓角為1~3mm之間)引起應(yīng)力集中而使曲軸斷裂。
②軸承的間隙過大或合金脫落,引起沖擊載荷的增大。
③曲軸長期工作后發(fā)生疲勞損傷。
④曲軸經(jīng)常在臨界轉(zhuǎn)速運轉(zhuǎn)。
⑤汽缸體變形,曲軸軸承座不正,修配曲軸軸承時,各曲軸軸承座孔不在一軸線上。
⑥潤滑油道不暢通,曲軸處于半干摩擦狀態(tài),導(dǎo)致曲軸裂斷。
⑦曲軸材質(zhì)不佳,或制造時存有缺陷。
⑧曲軸平衡遭到破壞,曲軸受到很大的慣性沖擊,使曲軸疲勞而裂斷。
凸輪軸軸向間隙的檢查
凸輪軸軸向間隙,一般是以止推突緣與隔圈的厚度差來決定。
凸輪軸的軸向間隙:油機一般為0.05~0.20mm,不得超過0.25mm;柴油機一般為0.10~0.40mm,不得超過0.50mm。
凸輪軸軸頸長期工作后,因磨損會使其間隙增大,造成凸輪軸的軸向移動,這不僅影響配氣機構(gòu)的正常工作,同時還會影響凸輪軸帶動機件的正常工作。所以,在維修機器中,不能忽視這一間隙的檢查與調(diào)整。
檢查方法:用厚薄規(guī)進(jìn)行測量,若間隙超過規(guī)定值,應(yīng)更換止推突緣,或在止推突緣端面重新澆鑄一層錫基軸承合金,以達(dá)到正常間隙。
調(diào)速器的功用
調(diào)速器的功用是在柴油機所要求的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi),能隨著柴油機外界負(fù)荷的變化而自動調(diào)節(jié)供油量,以保持柴油機轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定。
對于柴油機而言,改變供油量只需轉(zhuǎn)動噴油泵的柱塞即可。隨著供油量加大,柴油機的功率和轉(zhuǎn)矩都相應(yīng)增大,反之則減少。
柴油機驅(qū)動其他工作機械(如發(fā)電機、水泵等)時,如其輸出轉(zhuǎn)矩與工作機械克服工作阻力所需的轉(zhuǎn)矩(阻力矩)相等,則工作處于穩(wěn)定狀態(tài)(轉(zhuǎn)速基本穩(wěn)定)。如阻力矩超過輸出轉(zhuǎn)矩,則柴油機轉(zhuǎn)速將下降,如不能達(dá)到新的穩(wěn)定工況,則柴油機將停止工作。當(dāng)輸出轉(zhuǎn)矩大于阻力矩時,則轉(zhuǎn)速將升高,如不能達(dá)到新的平衡,則轉(zhuǎn)速將不斷上升,會發(fā)生“飛車”事故。公斤扳手法(比較可靠的方法):用扭力扳手在曲軸后端裝飛輪的螺栓處轉(zhuǎn)動,其轉(zhuǎn)動力矩為:3道瓦:2~3kgf?m。由于工作機械的阻力矩會隨著工作情況的變化而頻繁變化,操作入員是不可能及時靈敏地調(diào)節(jié)供油量,使柴油機輸出轉(zhuǎn)矩與外界阻力相適應(yīng)的,這樣,柴油機的轉(zhuǎn)速就會出現(xiàn)劇烈的波動,從而影響工作機械的正常工作。因此,工程機械(如發(fā)電)用柴油機必須設(shè)置調(diào)速器。此外,由于柴油機噴油泵本身的性能特點,在怠速工作時不容易保持穩(wěn)定,而在高速時又容易運轉(zhuǎn)甚至“飛車”,所以在柴油機上必須安裝調(diào)速器,以保持其怠速穩(wěn)定和防止高速時出現(xiàn)“飛車”現(xiàn)象。