柴油发动机拉缸的形成机理研究毕业论文.doc

目录内容摘要及关键词2一、 拉缸形成的机理及拉缸表现迹象3二、 造成发动机拉缸的原因4（一） 超负荷4（二） 活塞组问题4（三） 发动机温度过高5（四） 机油不足与变质6（五） 活塞销与活塞装配过紧6（六） 修理装配错误6（七） 活塞环折断6三、防止发动机的拉缸措施6（一） 操作手必须严格遵守操作规程6（二） 在修理装配方面，必须严格遵守技术标准和工艺要求7四、拉缸的不同情况的应急处理、临时措施和预防对策7（一） 拉缸的应急处理7（二） 应对拉缸的临时措施及预防对策7五、结论 8参考文献 9致谢 10 内容摘要拉缸现象是发动机在生产、运行工作中一种危害性很大也很常见的发动机故障。拉缸时候产生的磨损量很大，可达到正常磨损的几十甚至几百倍。柴油机的拉缸根据损伤的程度轻缓不同可以分为擦伤、划伤、和咬死等几种故障。前两者是属于轻微的拉缸行为，通常可自行修复。若及时发现情况，排除故障。可以避免大的漏洞和损失。若拉缸逐步严重，造成活塞与气缸壁粘连，轻者损坏活塞和气缸，重者咬死活塞，活塞卡死在缸套里，柴油机熄火，摇转曲轴不动，而拉断活塞或连杆、打坏机器、以致造成重大事故。本文主要根据多年工作经验对拉缸形成的机理进行分析以及拉缸应该采取的应对措施。关键词： 拉缸 活塞 气缸 咬死 柴油发动机拉缸的形成机理研究一、拉缸形成的机理及拉缸表现迹象现代研究表明，柴油机活塞环缸套(结构如图1所示)的润滑状态处在混合润滑模型状态，即有时处于流体润滑状态、有时处于边界润滑状态。拉缸故障产生的内部机理笼统地说是汽缸内壁与活塞环、活塞之间的工作表面具有一定的硬度和表面粗糙度，在一定温度条件下相互配合工作，机油起着润滑、冷却、清洗和密封的作用。 图1 活塞环钢套结构若由于某种原因，油膜变薄或遭到破坏，因润滑不良出现干摩擦或半干摩擦，造成局部高温粘附磨损的过程。而活塞与缸套之间的润滑油膜恶化中断是产生拉缸的必要前提。由于活塞与缸套之间的润滑油膜一旦中断，则两者表面的金属由原来的液体摩擦变成固体间的干摩擦或半干摩擦，由于摩擦副表面的高速运动产生的摩擦热，这样的热量积累的高温会超过金属的熔点，引起活塞或活塞环与缸套表面发生显微熔化、撕脱并最终焊接在一起。活塞运动时两表面熔焊点又被该力扯断拉开随之冷却，这样就出现了一个表面的材料转移黏附在另一滑动面上形成坚硬层或脱落为磨料。如果油膜能及时得到补救恢复，可起到清洗和冷却作用，则温度下降，微小熔着部分脱落而不会扩展，如果油膜恢复迟缓，熔着扩展将导致大范围异常磨损，缸壁、活塞，活塞环急速受到严重损伤，在缸壁表面上呈现熔融流动状态，显出不均匀、不规则边缘的沟痕和褶皱，持续发展而产生拉缸。另外，从发动机机油和空气管路进入摩擦区的硬质微粒造成的损坏，也会促进拉缸情况的发生。另一些学者则认为“摩擦界面温度升高导致粘着，摩擦副表面的强烈摩擦导致硬化表面的强烈摩擦导致硬化相的破裂甚至折断等因素是产生拉缸的根本原因。拉缸首先在接触载荷较大的局部区域发生，再进一步扩展，从磨损机理来看是从正常磨损到严重磨粒磨损的突变。直观地说就是两个摩擦表面之间由于没有油膜存在而产生的一种局部金属熔接现象，这种形式的金属表面损坏是熔着磨损。气缸壁、活塞和活塞环的表面都具有一定的硬度和表面粗糙度，3者在一定温度条件下相互配合工作，机油起着润滑、冷却、清洗和密封的作用。若由于某种原因，活塞与缸壁之间的润滑油膜受到局部的破坏，气缸与活塞环组在润滑不良的情况下滑动时，两者有微小部分金属面直接接触，则两种金属由原来的液体摩擦变成固体间的干摩擦或半干摩擦，摩擦产生局部高温，使之熔融粘着、撕脱，逐步扩展造成熔着磨损。如果油膜能及时恢复，可起到清洗和冷却作用，则温度下降，微小熔着部分脱落而不会扩展。如果油膜恢复迟缓，熔着扩展将导致大范围异常磨损，缸壁、活塞、活塞环急速受到严重损伤，在缸壁表面上呈现熔融流动状态，显出不均匀、不规则边缘的沟痕和皱褶，就会形成拉缸。 拉缸的表现迹象大致可分为以下几种：1.发动机声音沉闷、异常，有哒哒哒或吭吭坑的异常声响2.发动机有震动现象3.缸套和活塞拉伤，在压缩和作功行程时气缸中发生串气现象、串机油严重、油消耗量增加4.温度异常。排气温度上升、冷却水温度升高、润滑油温度明显提高5.转速不稳定、启动困难，运转无力，功率不足二、造成发动机拉缸的原因 （一）超负荷  新机械或刚大修出厂的机械都存在一个合理的磨合期，由于磨合期各配合面最最有利的工作表面和润滑油膜还未形成，因此磨合期内发动机转速不应大于标定转速的80%大负荷工作将造成摩擦面局部过热产生高温熔蚀粘附形成拉缸。 （二）活塞组问题  由于活塞的膨胀系数比活塞环、缸套的膨胀系数大，如果间隙太小的话发动机工作时产生的高温破坏活塞与缸套之间的油膜也能导致拉缸，设计问题主要有以下几方面：1活塞材料选择或热处理不当：活塞表面硬度对拉缸有极大的影响，如果活塞热处理过程中升温速度、淬火温度和保温时间等某一参数稍有偏差，则会产生表面硬度低，活塞的内应力不能完全消除，使活塞金相组织处于不稳定状态，当活塞质软，热膨胀系数大、高温时强度差，发动机在高速运转、机器温度升高，机油稀薄的情况下，活塞受力面的合金很容易融化，使摩擦阻力增大，导致发动机自动熄火，熄火瞬间可能形成粘缸，如果熄火频繁，气缸很快就会被粘积的铝合金层破坏，形成串气，串烟，最后形成拉缸。活塞结构设计不合理：由于活塞在工作中受热变形，所以为了使活塞在工作中能有一个合理的形状，有理想的贴合面，所以某些活塞有个锥体，而设计不合理的锥度无法保证在大负荷下弥补活塞由于受热，受力而产生的变形，拉痕为三角形和八字形的拉缸活塞，可能与锥度过小有关，还有铝合金活塞在工作过程中由于受热及受力和金属分布不均等原因，会造成活塞在活塞销轴线方向伸长，为了使活塞在工作时候膨胀留变形余地，在制造加工时候做成椭圆形。装配间隙大小：活塞和汽缸的装配间隙时严格按照规定的，间隙大了冷车时候会“敲缸”，同时可能造成串气，串油等；间隙小了热车时可能会“拉缸”，因此装配活塞时应严格控制其配缸间隙。所以要测量好活塞的尺寸，从而保留合适的装配间隙。如：图2所示 图2 1：千分尺2：活塞（三）发动机温度过高  适宜的工作温度是柴油发动机高效运行的重要条件，发动机温度过高将使活塞膨胀减小配合间隙，从而极易造成拉缸。而造成发动机温度过高的原因是多方面的，主要包括： 1冷却系统漏水、缺水。汽缸垫水道口冲坏或湿式缸套突出量不符合要求，以及湿式缸套水封圈老化或损坏都会造成冷水内泄漏。散热器遭腐蚀或破损，水管老化碰坏，水管接头松动，水泵水封损坏等，都会引起冷却水外泄漏。另外，气缸盖本身铸造有缺陷或使用不当产生裂纹也会造成漏水，从而引起发动机温度过高。2长时间超负荷使用。发动机长时间超负荷使用，将使发动机产生大量的热能，冷却系统不能散去多余的热量，这样就维持不了发动机正常的工作温度，使发动机产生高温。3节温器失效无大循环。当水温升到一定程度时，节温器自动打开，水经过散热器循环，这就是冷却水的大循环，如果节温器失效，冷却水无大循环，发动机工作产生多余的热量就不能通过散热器散发出去使发动机温度过高。4冷却水泵损坏。强制冷却水在发动机水套和散热器之间进行循环靠的是冷却水泵，冷却水泵损坏冷却水就不能循环，发动机产生产热量也就没法通过水循环散发到大气中去，从而引起发动机温度过高。5水道或散热器通风受堵。散热器通风受堵影响散热器的有效散热面积，有效散热面积减少散热能力就下降，这些原因都会使发动机的多余热量得不到散发而造成发动机温度过高。6喷油提前角过小或喷油量过大。喷油提前角过小使燃烧推后造成补充燃烧量增加，喷油量过大使燃烧产生的热量增加，这两种情况都会使发动机温度过高。 （四）机油不足与变质  不按规定检查机油量或在工作过程因机油管松动造成机油外漏，均可造成润滑油膜中断活塞与缸套表面失油，造成严重磨损发生拉缸、烧连杆轴承等严重事故。 造成活塞与缸套表面机油供油不足的原因还有润滑油路堵塞、活塞环与活塞边缘刮油能力太强，把润滑油刮掉造成润滑油不足等。 发动机润滑油变质造成活塞与缸套之间的润滑条件恶化，磨损加快引起拉缸，造成润滑油变质的主要原因有冷却水、燃油。（五）活塞销与活塞装配过紧  活塞销与活塞装配过紧，使活塞产生变形，形成反椭圆，改变了正常的标准间隙，形成局部间隙过小破坏油膜，引起干磨擦过热拉缸。（六）修理装配错误  修理装配错误时漏装活塞销卡环或未完全装入槽内，发动机在工作时活塞销窜出刮伤缸套造成拉缸。安装时清洁工作差把金属屑或硬物碎粒带进缸里也会引起拉缸。另外，活塞环装错、装反、漏装均可造成拉缸。活塞环有油环和气坏之分，油环主要是用来刮油，改善缸套润滑条件。气环主要是保证活塞与缸套的密封。根据工作条件以及承受压力的不同，各道气环在材料选用和结构设计方面有所不同，如把活塞环装错、装反或漏装均可造成密封不严或是没有刮油作用，使缸套内表面润滑条件恶化造成缺油引起拉缸。 （七）活塞环折断 压弯 活塞环折断卡死在环槽内将使环失去弹性，加速缸套的磨损引起拉缸。环折断卡死的原因主要是环的开口间隙过小、活塞在缸套中偏斜、燃烧不良，使发动机经常处于爆燃的状况下运行。爆燃的高压振动冲击力超过了环的材料的抗冲击强度引起活塞环折断。其折断一般发生在第一道环，其次是第二道环。活塞环卡死是由于燃烧时生成的积碳，尤其是窜机油或尘土、磨屑等堵塞在活塞环与环槽之间，是活塞环卡死在环槽中所致。此外，活塞、活塞环、缸套的质量及材料对拉缸也有一定影响。三、防止发动机的拉缸措施（一）操作过程中必须严格遵守操作规程  1启动前必须按规定检查润滑油、冷却水是否符合规定，不足时需及时补足。保证良好的润滑及冷却根据季节气温的变化, 应选择发动机说明书要求的具有合适粘度的润滑油, 根据使用的工作环境情况, 按期更换机油、机油滤清器和空气滤清器, 维护保养时, 检查机油压力和机油冷却喷嘴的工作情况, 及时更换、调整。检查判断润滑油是否变质，润滑油变质应查明原因，排除故障后更换润滑油。要严格执行保养制度，按期进行例保、一级保养和二级保养。2保证冷却系工作良好, 严禁高温运行不可随意拆去节温器, 正确选用防冻液, 并定时检查质量和及时补充。3遵守使用操作规程发动机起动后要进行怠速运转预热, 待水温上升到 50左右时再起步运行, 严禁冷机状态下加大油门高速运转, 汽车应合理装载、行驶中注意水温和油压。特别是新机和大修后的发动机在磨合期内要适当减速、减载。通过采取以上措施, 会大大地降低发动机拉缸的频率, 提高发动机的使用质量, 让使用者取得良好的效益。4遇有异常情况，如机油压力低，水温高等，应及时排除不带病作业。（二）在修理装配方面，必须严格遵守技术标准和工艺要求  1对换新用的零件必须逐个进行检测，把不符合标准的零配件剔除出去。2安装缸套时缸套要放平，压力作用在缸套正中且慢慢加压，勿用冲击力。安装完后检测缸套与活塞装配间隙是否符合规定的标准间隙。活塞环三隙（端隙、背隙、端隙）的检查是组装活塞连杆组的一个重点，端隙大小尤为重要，稍不慎就可能造成拉缸。检查活塞环端隙的工艺要求是；将环放入缸套中，用活塞顶部将活塞环顶入缸套里，把环顶到在活塞行程内最小直径处测量。3检查活塞、连杆与曲轴安装位置偏差情况、要求校正符合技术规范标准。4市场上的活塞难辨优劣，在装配前最好进行消除应力处理，即将活塞放在6080度的机油中加温6小时，以消除应力，使活塞稳定后在装配使用。5安装活塞时各道环必须装准位置，不能装错、装反、漏装，注意方向性，扭曲环内圆切口朝上，外圆切口朝下，有标记的一面朝上。同时，再装入缸套时必须清洁和加一定的润滑油，各道环口应按规定错开，第一道环开口与曲轴轴线成45度，余下各道的开口按90度、180度错开。6装配完毕，必须经15小时左右的热磨合，试车磨合时应先低速运转，然后才中速运转，应注意响声、机油压力、水温等情况，在确定无异常后再投入生产。四、拉缸在不同情况下应对措施（一）拉缸的应急处理：柴油机在使用过程中对我们来说，可根据拉缸的种种迹象采取应急措施。一般正确的操作方法是：先减速运行，然后逐渐卸去负荷，再过渡到停车状态。停车后还应在未完成冷却前盘一两次车，防止汽缸被咬死。具体步骤如下：1将手柄退回一格或者数格，从而减少供油，降低主机运转速度。2用专用工具把事故发生的汽缸油泵柱塞抬起，使该缸暂时停止喷油。3摇动该缸的注油器，加强活塞与汽缸之间的润滑。4打开该缸的示功阀，释压放出汽缸内的气体及污物。5加强活塞的冷却，以便把活塞的热量部分带走，防止活塞与缸套咬死。切不可加强缸套的冷却，否则汽缸冷却收缩，把活塞咬死，引发更大事故。待添加的隐藏文字内容2（二）应对拉缸的临时措施及预防对策：拉缸产生的因素是多方面的，而针对某一具体拉缸的情况有各种不同的原因，针对这些原因应采取的对策也各不相同。根据多年工作中遇到的情况进行分析。1如有发现异常磨损、划痕严重，有外界硬微粒成为磨料等状况，可能的原因是：(1)燃油系统不清洁；(2)汽缸润滑油系统不清洁；(3)启动空气系统不清洁；(4)零件加工阶段清洁处理不好。此时建议采取的对策：维护好润滑系统，防止机械杂质和积碳混入机油和燃油内，在使用中对三滤(机油滤清器、燃油滤清器和空气滤清器)要及时而且正确的维护和清洗。加强装配的清洁度，严防灰尘吸入汽缸内。2如有发现活塞裙部擦伤的状况，那么可能的原因是：(1)活塞裙部结构设计不合理；(2)活塞材料选择不当，热处理方式不当，材料线膨胀系数大；(3)配缸间隙过小。我们建议采取的对策是：正确履行磨合工艺，其中包括冷磨合、空载热磨合等等。对活塞的结构进行重新设计或适当切削拉缸的部位；选用合适的活塞材料；选用适当的热处理工艺；选择正规厂家生产的汽缸、活塞组件，并配以适当间隙的活塞环。3如发现活塞环卡死，胶结等情况发生，那么可能的原因是：(1)活塞环间隙过小；(2)活塞环严重积碳(汽缸润滑油质量不好或油量过多)；(3)活塞头部过热(活塞冷却不良)；可以采取的对策是：正确选择活塞环的开口间隙和边间隙，使用合适的润滑油，定期更换润滑油并保证一定的液面高度；注意检查刮油环的情况，从而保证能在缸壁上形成油膜。改善活塞的冷却条件，清理冷却系统中的污垢，保证最好的冷却效果；合理操作使用发动机，不超负荷工作。另外，注意主机的冷却适中，保持正常的工作温度，避免主机长时间超负荷运行。参照柴油机使用说明，定期拆开检查、清洗、更换易受损部件。以上处理方法，主要围绕拉缸涉及的成因入手分析，而采取的对策针对原因展开，我们应该从基础和根本上加强对柴油机严谨科学的系统设计，合理细致的维护保养和规范的管理使用，并进一步提高柴油机燃烧室各零部件的润滑质量，才是防止、避免发生柴油机拉缸故障的最佳方法。五、结论总之，只要充分认识到造成发动机拉缸的原因，严格遵守操作规程并有针对性的进行使用与维护，就一定能减少和避免拉缸故障的发生，提高机械设备的完好率并将低使用成本。参考文献：1张庆荣、李太杰，工程机械修理学M.北京：人民交通出版社，1986.6.2严立、余宪海，内燃机磨损可靠性技术M.北京：人民交通出版社，1992.6.