柴油机缸套断裂的原因分析

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柴油机缸套断裂的原因分析

 1.柳发6105QB型柴油发动机气缸套经常断裂的原因分析及对策

柳发6105QB型柴油发动机气缸套断裂是比较特殊的故障。

一般来说,此类故障在发动机维修后出现。柳发 6105QB型气缸盖为一缸一盖,6只缸盖都相同。在其工作状态下,某一缸的气缸套于支承肩下退刀槽处显圆周型断裂。故障出现时,冷却水从车辆散热器口喷水(由气缸压力压人冷却系统而形成)。若需检查是哪一缸缸套断裂,可将缸盖上的分水管总成拆下,再起动发动机,如哪一缸的分水管出口喷水,即可断定该缸气缸套断裂。

为什么柳发 61OSQB型柴油发动机会经常断裂气缸套,并且是在气缸套支承肩下退刀槽处断裂呢?下面着重分析故障原因:

(1)气缸体在铸造时,每个缸孔镶气缸套的上台阶位置高度不一样,相对气缸套而言,镶气缸套的上止口位置过高,大约在20-3Omm。使气缸套凸肩凸出气缸体顶面平面过高,按规定其高出值不得超过0.07mm-o.11mm,否则将会使气缸套断裂。

在使用维修过程中,一般只顾换新缸套,没有注意到这个问题,致使装上的新气缸套在发动机运行工作后发生断裂。有人误以为是新气缸套质量有问题,结果换上新气缸套,这种问题还是不能根除。事实上,当装上缸盖拧紧螺栓以后,气缸体承装气缸套台阶过高,使气缸套上的凸肩随之增高,气缸盖难以贴合,缸盖螺栓的扭紧力矩全部作用于气缸套的凸肩上,气缸体平面承受力降低,导致气缸套文承肩处被迫压断。

(2)气缸垫缸口护圈过厚。一般气缸垫缸口采用双层护圈,包在中心板的两面。如果气缸垫缸口护圈过厚,拧紧缸盖螺栓时,其拧紧力矩和气缸盖的压力全部作用于气缸盖的上支承肩上,致使气缸套被迫压断。

(3)气缸体承装气缸套的上台阶不清洁,积炭过多,致使气缸套支承肩相应增高,使气缸套被迫压断。

(4)气缸套的质量因素。由于一些气缸套制造时上支承肩厚度不一致,有些气缸套上支承肩过厚,使气缸套被迫压断。

2.玉柴6105QC型柴油发动机气缸套断裂特殊故障分析与排除

一台玉柴6105QC型柴油发动机维修时更换了新的气缸套和气缸垫,发动机修竣后试机不到1分钟,发动机相邻的第二、三缸两只气缸套被打碎了。当时,怀疑是新装配的气缸套有质量问题,没有考虑到其他因素,结果又装上两个新气缸套,发动机起动后,这两个气缸套又破碎了。经认真检查,发现新气缸套的凸台外径为Φ15mm,而气缸垫的缸口直径仅Φ112.5mm。在装配时,气缸垫的缸口不能套进气缸套的凸台,使气缸垫的内圈边缘压在气缸套的凸台上。当装上气缸盖拧紧螺栓以后,气缸盖的压力直接作用于气缸套的凸台上,气缸套的支承肩上面没有承受压力,压力反而全部集中在Φ105-115的凸台上,而发动机的气缸体对气缸套的支承力却在Φ112-128mm的支承肩下面。两力错位,且方向相反,因而增大了弯曲力矩。气缸套就被压断。

玉柴6105QC、6105QA是玉柴6105Q型柴油发动机的变形产品,其气缸套与气缸垫的规定尺寸是不同的。老式气缸套的凸台直径Φ111mm,这是6105Q型涡流式柴油发动机上的气缸套,这种发动机已很少了。如这种柴油机选装的气缸垫,其缺口直径为Φ112.5mm,两者的间隙仅为1.5mm。由于此种柴油机的气缸体上没有装气缸垫的定位套,气缸盖螺栓为双头M14mm,其光杆直径Φ12.9mm,气缸垫上的螺栓孔径为Φ15mm,两者间隙为2.1mm,它较气缸套凸台与气缸垫缸口的间隙要大O.6mm,因此气缸盖螺栓不能起到定位气缸垫的作用。如安装气缸垫、气缸盖稍不小心,气缸垫的缸口没有完全套上凸台,而其缸口内圈边缘压在气缸套的凸台上。拧紧气缸盖螺栓时,气缸盖压着气缸垫缸口内圈和凸台,同样也造成气缸套断裂。

在维修玉柴6105型柴油发动机时,要注意气缸套与气缸垫的正确匹配,以免发生故障。下面介绍几种匹配关系(也适应湖动6lOS系列发动机,尺寸规格相同):

(1)凸台外径为Φ115mm的气缸套可以与缸口直径为Φ17mm的气缸垫相匹配;
(2)凸台外径为Φ111mm的气缸套可以与缸口直径为小Φ125.5mm的气缸垫相匹配。
(3)凸台外径为Φ11mm的气缸套可以与缸口直径为中Φ117mm的气缸垫相匹配。

3.湖动HD6105Q型柴油发动机为何经常断裂第四缸的气缸套的特殊故障分析

一台湖动HD6105Q型柴油发动机在一个月的时间里,连续五次断裂气缸套,并且都是第四缸的气缸套断裂。气缸套断裂的部位差不多每一次都在气缸套的支承肩下退刀槽处,气缸套断裂的位置总在第四缸与第三缸两缸的过梁处。

如果气缸套的硬度、金相、机械强度都符合标准的话,气缸套的断裂损坏还存在其他许多方面的原因,除本文第1题介绍的气缸套断裂的原因以外,现介绍和分析一种比较特殊的故障原因。

湖动HD6105Q型柴油发动机为湿式气缸套,缸盖采用二缸一盖,第三、四缸为一个缸盖。气缸套断裂换新后,发动机运行不到1000km,汽缸套便又会断裂。并且每一次断裂的位置都在同一处,在临近第三缸的过梁处一侧,气缸套的退刀槽处断裂。一旦出现此故障,便接二连三地断裂,难以根绝。

为什么会出现上述现象呢?

柴油机缸套断裂的原因分析
对发动机进行检查,没有发现气缸套存在维修不当及质量问题。

在重新镶配新气缸套时,发现气缸套与缸体的配合间隙过大,气缸体第三、四两缸之间的过梁有裂纹。两者配合时,气缸套的上定位带与气缸体的上部定位凸缘之间的径向配合过松(四缸靠近第三缸的那一边最甚)。而气缸套的下定位带与气缸体下部定位凸缘之间的配合却良好。这种现象是造成气缸套断裂损坏的主要原因。

故障原因分析:

要分析该发动机气缸体断裂的根本原因,必须先弄清气缸体安装气缸套的上部定位凸缘内径变形与失圆的原因,及两个气缸之间的过梁处产生裂纹的原因。

(1)气缸体制造时,因机械加工时时效处理不好,造成气缸体安装气缸套的上部定位凸缘内径失圆,达不到规定的标准。

(2)发动机使用不当。如在发动机高温状态下骤加冷却水;或先起动发动机待发动机温度升高后才加注冷却水;或是发动机经常开锅,使气缸体此处变形。

(3)发动机保修不当。如气缸盖螺栓未按规定的顺序、次数和扭紧力矩拧紧;气缸套凸肩高出气缸体平面高度过多或是各缸高度相差太大;气缸垫不符合标准等因素都会造成气缸体变形,或使缸与缸之间的过梁开裂了。

由于气缸体安装气缸套的上部定位凸缘失圆变形,第三、四气缸过梁处开裂。当装下气缸套时,导致气缸套的上定位带与气缸体的上部定位凸缘之间的配合过松而存在空隙。在发动机工作时,冷却水便会存在于这个缝隙之中,气缸套退刀槽内也充满了水,但冷却水因气缸垫的密封作用不会进入燃烧室。随着发动机温度增高和冷却水的温度升高,气缸套退刀槽内的水温也同样升高。

因为两者配合过松,并有一定的缝隙,水在其缝隙里,水温升高的同时,发动机燃烧室的温度将会更高。在正常情况下,气缸套退刀槽内是没有水的,因气缸套上定位带与气缸体孔正常配合,气缸套退刀稽处因离燃烧室很近,在无水时与缸体及发动机的燃烧室温差不大,故不会发生断裂。反之,因气缸套退刀槽内有水,其温度与发动机冷却系的水温相近,而与燃烧室的温度相差太远,便会因温差失调,退刀槽此处的厚度便失去了防热的意义,而导致气缸套退刀槽处断裂。

再者,由于第三、四缸的过梁处开裂,气缸套支承肩不能承受工作时的弯曲力和气缸盖所加的压力,而导致气缸套断裂。

另外,由于气缸套的上定位带与气缸体的上部定位凸缘之间的配合间隙过大,使气缸套的振动频率和振幅增大,而发动机工作时,活塞的横向摆动也会引起气缸套的振动,时间一长,也会导致气缸套断裂。

具体解决办法:

如遇气缸体缸与缸之间的过梁开裂,或是气缸体定位凸缘失圆变形,可采取下例方法进行修复。

(1)对开裂的过梁进行焊补修复;
(2)在气缸套退刀槽内扎满石棉绳,使之间隙减小,装人发动机后,能避免冷却水的浸入。
(3)选装没有退刀槽的气缸套,使其厚度增加,承受力增强,冷却水减小或使冷却水不能进入。

4.朝柴4102BQ型柴油发动机气缸套经常断裂故障分析与排除

运行使用中的朝柴4102BQ型柴油发动机,气缸套经常出现断裂现象,并且气缸套断裂没有什么规律,有时,这一缸的气缸套断裂,有时又是另一个气缸套断裂。让人束手无策。

我们已经知道,朝柴4102BQ型柴油发动机气缸套为薄壁干式气缸套,其厚度只有1.5mm,气缸套可谓相当之薄,系上止口定位式气缸套。

朝柴 4102BQ型柴油发动机气缸套断裂的位置,一般也是在气缸套的支承肩下退刀槽处断裂,除了本文第1题和第3题介绍的原因外,现针对该发动机气缸套不正常断裂原因,从另一个角度,对一种不常见的特殊故障现象进行分析。

薄壁干式气缸套,因其壁薄,所产生的剩余应力较小。这种气缸套与气缸体缸套孔,是一种金属连接,结构的刚度较高。由于它整个处于气缸孔座内,因此会受到气缸体变形的影响,同时,其导热性也较差。

该发动机的气缸套与缸套孔为过渡配合,此发动机规定配合过盈为-O.010—-0.030mm,如果装配气缸套时,气缸套与缸套孔配合过紧,气缸套被压人孔内时便会碎裂。相反,如果配合过松(俩者间隙大于0.003mm以上),则气缸套与缸套孔之间可能有间隙存在,会造成局部传热不良,致使气缸套过热而变形或发生“热裂”现象。

为什么气缸套与气缸套孔配合间隙过大会造成气缸套断裂呢?下面将予以探讨。

故障原因分析:

气缸套是用来引导活塞运动的,需承受发动机的高温和气体压力,在使用过程中,气缸套还要承受气缸套的变形和高频振动。

如果气缸套与其孔之间配合过松,气缸套在其孔内松旷而横向摆动,气缸套便容易断裂。在发动机高速运转时,活塞连杆组作往复运动,活塞的横向摆动会引起气缸套的横向振动,增大了气缸套的振动频率和振幅。由于气缸套长期承受燃烧气体的压力、活塞的惯性力、活塞环的压力。活塞的振动和对气缸壁的敲击所产生的力,这些力一般倾向于使气缸套的横向力加大并传给气缸套孔,使气缸套外径与气缸套孔产生一种应力敲击。气缸套长期在这种交变应力状态下工作,最终不堪重负,导致气缸套断裂。

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