气缸常见失效形式
作者： | 时间：2021-03-24 14:20:08
气缸常见失效形式
气缸常见的失效形式有五种。
(1)气缸套外壁沉积水垢 水垢的主要成分是CaCO3、 MgCO3、CaSO4 和MgSO4等不溶于水的物质。
①水垢产生的主要原因冷 却水中含有矿物质，在高温作用下沉积下来，牢固地附着在气缸套的外表面上。
②气缸套外壁沉积水垢的危害水 套容积变小，循环阻力增加，冷却效果下降。经测定:水垢的传热系数仅为钢铁传热系数的1/25。
③水垢的处理在检修柴油机时，应仔细将附着在气缸套外壁的水垢清理干净。为了减小其影响，柴油机应使用含矿物质少的冷却水或将硬水软化，尽量不用硬水(含矿 物质多的水)。有关水垢的清除方法及硬水的软化步骤，将在“冷却系统”章节中详细讲解。
(2)湿式缸套的穴蚀
①穴蚀的概念 所谓湿式缸套的穴蚀，是指柴油机使用一段时间(情况严重时，往往在高负荷下运转几十小时)后，在气缸套外表面沿连杆摆动方向两侧，出现的蜂窝状的孔群(通常其直径为1~5mm,深度达2~ 3mm)。有时，柴油机的气缸内壁尚未使用到磨损极限，即被穴蚀所击穿。
②穴蚀产生的原因
a.气缸套材料内，存在微观小孔、裂纹和沟槽。
b.机器运转时，缸套振动。
机器运转时，由于燃烧爆发的冲击以及活塞上下运动时的敲击，引缸套的穴蚀起缸套振动，使缸套外壁上的冷却水附层，产生局部的高压和高真空,在高真空作用下，冷却水蒸发成气泡，有的真空泡和气泡受振动挤人或直接发生在缸套外壁微小的针孔内，当它们受高压冲击而破裂时，就在破裂区附近产生压力冲击波，其压力可达数十个大气压，它以极短的时间冲击气缸外壁，对气缸产生强烈的破坏力。这样经常不断地反复作用，使金属表面出现急速的疲劳破坏，而产生穴蚀现象。
如果气缸套被穴蚀击穿，就会产生比较大的危害:水进入气缸、机器摇不动。当前，对气缸套的穴蚀还缺少行之有效的解决方法，只能采取此方法或措施来预防或减少穴蚀对气缸套的破坏作用。
③预防或减少穴蚀的措施
a. 减小气缸套的振动。尽量减小活塞与气缸及气缸套与气缸体之间的配合间隙;减轻活塞重量;在重量和结构允许的情况下，适当选用厚壁缸套以及改善曲轴平衡效果等来减小气缸套的振动。
b.提高气缸套的抗穴蚀能力。采用较致密的材料以及在气缸外壁涂保护层、镀铬和渗氮等方法来提高气缸套的抗穴蚀能力。
C.在冷却水中加抗蚀剂。
d. 保持适当的冷却水温。水温低，穴蚀倾向严重:水温在90C左右为宜，因为当水温高时，水中产生气泡，能起到气垫缓冲作用，减轻穴蚀。
尽管以上有这么多预防穴蚀的措施，但是气缸套的穴蚀现象往往是不可避免的，在拆卸气缸套时应注意检查穴蚀情况，若不严重可将气缸套安装方向调转90° (即将穴蚀表面转到与连杆摆动面的垂直方向上)继续使用，否则，应更换气缸套。
(3)拉缸
①什么是拉缸所谓拉缸是指 在气缸套内壁上，沿活塞移动方向，出现一些深浅不同的沟纹。
②拉缸产生的原因
a. 柴油机磨合时没有严格按照其磨合工艺进行。
b.活塞与气缸套间的配合间隙过小。
c. 活塞环开口间隙过小，以致刮坏气缸壁。
d. 机器在过低温度下启动，以致润滑油膜不能形成，产生干摩擦或半干摩擦。
e.机器在工作过程中产生过热现象，使缸壁上的油膜遭到破坏。
f. 空气、燃油、机油没有很好过滤，将固体颗粒带入气缸。
柴油机产生拉缸后，其危害必然是影响气缸的密封。
③防止拉缸的措施
a. 正确装配。比如:活塞与气缸套间的配合间隙以及活塞环的开口间隙等，各种柴油机都有明确的规定，在装配时应特别注意。
b.严格按照操作规程使用机组。
只要按照规定正确装配柴油机，严格按照操作规程使用机组，拉缸现象是完全可以避免的。(4) 裂纹
①裂纹产生的原因
a.制造或材料质量不合格，也就是通常说的伪劣产品。
b.使用操作不当。比如:柴油机在运转过程中，发生水量不足，甚至断水现象时，使柴油机过热，在这种情况下，若突然加人冷水，使缸套骤冷收缩，就会产生裂纹:或者，当柴油机长时间超负荷运转，机械负荷与热负荷急剧增大，也会造成气缸套产生裂纹。
②气缸产生裂纹的危害气缸产生裂纹后， 往往会带来比较业重的后果。
③防止缸套裂纹产生的措施严格按照操作规程管理机组;保证柴油机正常冷却，严禁长时间超负荷运行。
(5)磨损磨损是气缸最主要的失效形式，判断柴油机是否需要大修，主要取决于气缸的磨损程度。因此，研究气缸磨损原因，掌握其磨损规律，不仅对检验气缸磨损程度有一定意义，更重要的是为了针对气缸磨损的原因与规律，在柴油机维修、管理和使用中采取有效措施，减少气缸的磨损，延长发动机的使用寿命。
①气缸的磨损规律人们通过广 泛的理论研究和实践，发现气缸的磨损主要有以下规律。a.沿长度方向成“锥形”。图3-20是气缸沿长度方向磨损示意图，图中的阴影部分表示磨损量，由图可知:在活塞环运动区域内磨损较大;这种磨损是不均匀的，上重，下轻，使气缸沿长度方向成“锥形”;其最大磨损发生在活塞处于上止点时，与第一道活塞环相对的气缸壁稍下处;最小的磨损发生在气缸的最下部，即活塞行程以外的气缸壁。
b. 沿圆周方向“失圆”。气缸沿圆周方向的磨损规律如图3-21所示，由图可知，气缸体在正常情况下，从气缸的平面看，沿圆周方向的磨损也不均匀，有的方向磨损较大，有的方向磨损较小，使气缸横断面呈失圆状态，在通常情况下，气缸横断面磨损最大部位是:与进气门相对的气缸壁附近以及沿连杆摆动方向的气缸壁两侧。
a.若裂纹处漏水，冷却水进人气缸内，将在气缸内产生“水垫”现象，造成“顶缸”事故(水的压缩性极小，当其被活塞推动上移时，会产生很大压力)，使连杆顶弯或损坏柴油机的其他零件。
b.水漏到曲轴箱内，混入机油中，破坏机油润滑性能，造成烧瓦等严重事故。
c. 在活塞环不接触的上面，几乎没有磨损而形成“缸肩”。在气缸的最上沿，不与活塞接触的部位，几乎没有磨损。柴油机经长时间工作后，在第-道活塞环的上方，形成明显的台阶，这一台阶俗称为“缸肩”。
d.对多缸机而言，各缸磨损不一致。这主要是由各缸的工作性能、冷却强度、装配等不可能完全一致而造成的。
以上四条气缸的磨损规律，严重影响柴油机工作性能的是前两者，即锥形度和失圆度，当其超过一定范围后， 将破坏活塞、活塞环同气缸的正常配合，使活塞环不能严密地紧压在气缸壁上，造成漏气和窜机油，严重时还会产生“敲缸”， 使柴油机耗油量增加，功率显著下降，以致不能正常工作，甚至造成事故。
②气缸锥形磨损的原因活塞、 活塞环和气缸是在高温、高压和润滑不足的条件下工作的，由于活塞、活塞环在气缸内高速往复运动，使气缸工作表面发生磨损。
a. 活塞环的背压力。柴油机在压缩和做功冲程中，气体窜人活塞环后面，因而剧烈地增加了活塞环在气缸壁上的单位压力，如某型号柴油机在燃烧过程中各道活塞环背面压力分布情况，当气缸内的燃烧压力为7.5MPs (758g/am2)时，第一道活塞环的背压力为6MPs (6obg/Cn2),第二道活塞环的背压力为1.5MPa(15kg/em2)，第三道活塞环的背压力0. 5MPa (5kgf/cm2)。 由于在第一道活塞环处气缸壁的单位压力最大，将润滑油挤出，润滑不良;同时，活塞环对气缸壁的压力也是上大下小， 因此，气缸的磨损也是上大下小，形成“谁形”，而且气缸唐损最大处应在活寒处于上止点时，与第一道活塞环相对应的位置才对，但在高速柴油机中，由于活塞环背面最高压力的产生落后于气缸内最高压力的产生，所以气缸沿长度方向的最大磨损发生在活寒处于上止点时，与第一道活塞环相对的气缸壁稍下处(距气缸体顶平面10mm左右)。
b.润滑油的影响。气缸上部由于靠近燃烧室，温度高，润滑油在燃烧气体作用下有一部分被燃烧掉。同时，气缸上部形成油膜的条件差，受高温影响，润滑油变稀，黏度下降，油膜不易保持，再者，可燃混合气进入气缸时，混合气中所含的细小油滴不断冲刷缸壁，使油膜强度减弱，从而使活塞与气缸间形成半干摩擦、边界摩擦甚至干摩擦条件下工作，从而使气缸上部的磨损较大，沿长度方向成“锥形”。
此外，活塞与活塞环运动速度的变化，也使气缸工作表面不能形成稳定的润滑油膜。活塞工作时，在上、下止点的速度为零，而中间速度很大，另外发动机在启动、怠速和正常工作时，速度变化范围也很大，这有可能使润滑油膜遭到破坏，加速气缸工作表面的磨损。而气缸上部润滑油不易达到，所以磨损更大。
C. 腐蚀磨损。气缸内可燃混合气燃烧后，产生的水蒸气与酸性氧化物CO2、SO2 和NO2等发生化学反应生成矿物酸，此外燃烧过程中还生成有机酸如蚁酸、醋酸等，它们对气缸工作表面产生腐蚀作用，气缸表面经腐蚀后形成松散的组织，在摩擦中逐步被活塞环刮掉。
矿物酸的生成及对磨损的影响与其工作温度有直接关系。当冷却水温低于80C时，在气缸壁表面易形成水珠，酸性氧化物溶于水而生成酸，对气缸壁产生腐蚀作用，温度越低，酸性物质越容易生成，腐蚀作用也就越大。
再者，当供油量过大，没有燃烧完的燃油转变成气体时，使气缸内的温度降低很多，同时，对气缸壁油膜的冲刷作用也较大，造成气缸的磨损。
由于越靠近气缸上部，上面所讲的三个因素的影响作用也越大，所以造成了气缸上部的磨损比下部大，沿长度方向呈“锥形”。
d.磨料磨损。若空气滤清器和机油滤清器保养不当，空气中的灰尘便进人气缸或曲轴箱，形成有害磨料:与此同时，发动机在工作过程中，自身也要产生一些磨屑， 这些磨料大都黏附在气征壁上，而且在气虹上部空气带人的磨料多，其校角也锋利，造成气缸上部磨损比较严重，使气缸沿长度方向呈“锥形”。
③气缸失圆磨损的原因在气缸横断而圆周方向的 “失圆”磨损，往往是不规则的椭圆形，它与发动机的结构和工作条件等因素有关。
a.活塞侧压力的影响。无论是压缩或膨胀行程，由于活塞侧压力作用于气缸壁的左方或右方(其方向均与曲轴轴线垂直)，破坏了润滑油膜，加快了气缸两侧的磨损，从而使气缸沿圆周方向“失圆”。有些发动机为减少这一磨损， 加强了对它的喷溅润滑。
b.结构因素的影响。对于侧置气门式发动机，由于进入气缸内的新鲜混合气对进气门相对的气缸壁附近的冲刷作用，使其温度降低，再加之混合气中细小油滴对润滑膜的破坏，给酸性物质产生创造了条件，并且使酸性物质有可能直接腐蚀气缸壁，加速了该处磨损，因此，与进气门相对的气缸壁附近，以及在冷却水套与冷却效率最大的气缸壁附近磨损最大，从而使气缸沿圆周方向“失圆”，图3-21是侧置气门式发动机各气缸横断面磨损情况示意图。正因如此，不同结构的柴油机，气缸“失圆”的长短轴是不一样的。
c.装配质量的影响。曲柄连杆机构组装时不符合装配技术要求，如连杆的弯曲、扭曲过量;连杆轴颈锥形过大;气缸或主轴承中心线与曲轴中心线不垂直;气缸套安装不正;曲轴轴向间隙过大等都会造成气缸的偏磨现象。
④减少气缸磨损的方法由以 上分析可以看出:气缸磨损在柴油机使用过程中是客观存在，不可避免的，但在实际工作中，应尽量想办法来减少其磨损。
a.冷机启动前，先手摇曲轴使润滑油进人润滑机件表面，启动后，先低速运转，温度升高后，再加负载;工作中，使机器保持正常温度。
b.及时清洗空气滤清器，经常检查机油的数量和质量。
c.保证修理质量及正常的配合间隙，在修理和装配过程中，应做到:气缸中心线与曲轴中心线垂直;曲轴和连杆不能弯曲和扭曲;活塞销、连杆简套、连杆瓦应装正，保证曲轴中心线与气缸中心线垂直;气缸要有-定的精度和光洁度。
如果在修理或装配时，做不到以上几点，将造成活塞在气缸中形成不正常的运动，使气缸加速磨损。因此，在修理过程中，必须以精益求精、一丝不苟的精神认真修理，确保修理质量。一旦气缸磨损比较严重，就应对气缸进行检验和修理。
