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使用說明書 |
柴油發(fā)電機組活塞連桿組的結(jié)構(gòu)、作用、拆裝和檢測步驟 |
摘要：活塞連桿機構(gòu)工作原理是將燃氣作用在活塞頂上的壓力轉(zhuǎn)變?yōu)槟苁骨S旋轉(zhuǎn)運動而對外輸出的動力。在發(fā)動機工作過程中，燃料燃燒產(chǎn)生的氣體壓力直接作用在活塞頂上，推動活塞作往復(fù)直線運動，經(jīng)活塞銷、連桿和曲軸 ，將活塞的往復(fù)直線運動轉(zhuǎn)換為曲軸的旋轉(zhuǎn)運動。發(fā)動機大修的操作中，各部件的裝配質(zhì)量直接影響到維修后的發(fā)動機性能，而活塞組的裝配又是其中的重中之重，如果裝配不當(dāng)，很可能會造成部件損壞等嚴重后果。正確的安裝活塞連桿組可以確保發(fā)動機正常運轉(zhuǎn)，提高柴油發(fā)電機的性能和壽命。
一、活塞連桿組的基本結(jié)構(gòu)
1、活塞
活塞的主要作用是承受氣飾缸的氣體壓力，并將此力通過活塞銷傳給連桿，以推動曲軸旋轉(zhuǎn)，它把燃燒氣體的壓力傳給曲軸，使曲軸旋轉(zhuǎn)并輸出動力;活塞的頁部還與氣新蓋、氣新壁共同組成燃燒室;
2、活塞環(huán)
活塞環(huán)包括氣環(huán)和油環(huán)兩種?；钊h(huán)工作時受到氣缸中氣體的高溫高壓作用，其溫度較高，而且在氣新中高速運動，加上機油高溫變質(zhì)，潤滑條件變壞，其磨損嚴重。活塞環(huán)磨損失效后，發(fā)動機出現(xiàn)啟動困難、功率不足、曲軸箱壓力升高、機油損耗量大、排氣冒黑煙，活塞邊面積碳嚴重;
3、活塞銷
活塞銷的作用是連接活塞與連桿/小端 ，將活塞承豪的氣體的作用力傳遞給連桿。活塞銷為中空的圓柱體，一般采用低碳鋼、低碳合金鋼滲碳淬火或用45號中碳鋼高頻淬火;
4、連桿
連桿的功用是連接活塞和曲軸，把活塞的往復(fù)運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動，并將活塞承受的力傳給曲軸。
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圖1 活塞連桿組基本結(jié)構(gòu)三維圖 |
柴油機活塞連桿零件圖 |
二、活塞組的拆卸與檢查
1、活塞的檢查
活塞磨損后，用外徑千分尺測量其橢圓度和錐度。測量時測活塞裙上下兩部分。測出的數(shù)據(jù)差值就是活塞的磨損量。測量時第一次測量部位應(yīng)與活塞銷孔成90°的方向，第二次測量時應(yīng)在活塞銷的軸線方向，這樣測得的數(shù)據(jù)就可算出活塞裙部的錐度和橢圓度，用量缸表測量汽缸直徑，便可算出汽缸與活塞的間隙。活塞裙與汽缸壁之間的間隙應(yīng)符合產(chǎn)品說明書。
2、活塞環(huán)的拆裝與檢查
（1）活塞環(huán)的拆卸
活塞環(huán)上如果環(huán)面上有黑點或環(huán)槽內(nèi)有大量積炭或環(huán)槽側(cè)隙、槽隙超過允許的極限時需要更換活塞環(huán)。拆裝活塞環(huán)可用活塞環(huán)鉗或用三塊薄鋼片進行。由于活塞環(huán)的彈性是有限的，因此，拆裝時用力不要過猛，以免拆斷。拆出活塞時若發(fā)現(xiàn)活塞環(huán)已咬住，可浸在柴油（煤油或汽油也可以）中24h或更長一些時間，然后取出輕輕震擊，不需要刮削活塞環(huán)即能松動。
（2）活塞環(huán)的檢查
● 端隙的測量與檢查
活塞環(huán)的端隙就是把活塞環(huán)放置在汽缸內(nèi)壁中，在開口的位置應(yīng)有間隙，留有這種間隙的主要作用是為了防止活塞環(huán)受熱膨脹后卡死在汽缸內(nèi)?；钊h(huán)端隙的大小與汽缸內(nèi)徑有關(guān)，在正常情況下，汽缸內(nèi)徑為100mm時，端隙應(yīng)在0.25～0.4mm之間。端隙的檢査一般用厚薄規(guī)進行測量，如圖3所示。
● 環(huán)槽側(cè)隙的測量與檢查：
環(huán)槽側(cè)隙即活塞環(huán)在槽內(nèi)上下間隙或稱端面軸向間隙。側(cè)隙過大將會影響活塞的密封作用；若過小會使活塞環(huán)在工作時卡死在槽內(nèi)。檢查時，將活塞環(huán)放入槽內(nèi)，用厚薄方法進行測量和檢驗（如圖4所示）。
● 活塞環(huán)槽隙的檢查：
活塞環(huán)放入活塞環(huán)槽內(nèi)，活塞環(huán)應(yīng)低于活塞環(huán)槽岸（0.20～0.35）mm，以免工作時卡死在汽缸內(nèi)。通常氣環(huán)槽隙為（0.15～0.35）mm，油環(huán)槽隙為（0.35～0.70）mm。
● 活塞環(huán)閉合間隙及端面軸向間隙的檢查：
活塞環(huán)的閉合間隙是防止活塞環(huán)受熱膨脹后被卡死在缸內(nèi)，安裝時必須保證這個間隙，活塞環(huán)閉合間隙及端面軸向間隙的測量，如果閉合間隙過小，應(yīng)用銼刀進行修整。修整時應(yīng)保證對口平整密合，鋒邊應(yīng)倒去毛刺，以防安裝后刮傷缸壁。
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圖3 活塞環(huán)端隙的檢查 |
圖4 活塞環(huán)側(cè)隙的檢查 |
（3）活塞環(huán)修理
● 活塞環(huán)端隙的銼俢
在測量中，若發(fā)現(xiàn)端隙超過技術(shù)說明書中規(guī)定的數(shù)值，則應(yīng)重新選配活塞環(huán)；若測量的數(shù)值小于規(guī)定的數(shù)值，則應(yīng)用銼刀對環(huán)口的一端加以銼修，如圖5所示，另一端留做檢驗平面，直至修理到規(guī)定的數(shù)值為止。
● 活塞環(huán)平面研磨
在測量中，如果感覺側(cè)隙過小，則可將活塞環(huán)平放在有砂紙的地方進行研磨，如圖6所示。若在測量時找不到規(guī)定的數(shù)據(jù)，則可按經(jīng)驗數(shù)據(jù)進行如下修配。
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圖5 活塞環(huán)端隙的銼俢 |
圖6 活塞環(huán)平面研磨 |
三、活塞連桿組的裝配
1、活塞環(huán)的安裝
活塞環(huán)有鍍鉻層的環(huán)應(yīng)裝第一道，若是扭曲環(huán)則內(nèi)倒角的一面應(yīng)向上；如果有外切角的環(huán)，則外切角的一面應(yīng)向下。活塞環(huán)的開口應(yīng)依次交錯配置互隔120°。
2、活塞組的安裝
以4缸發(fā)動機為例，活塞組裝入氣缸的順序是1缸、4缸、2缸、3缸。轉(zhuǎn)動曲軸，使1缸和4缸的連桿軸頸位于最低點位置，將專用工具套在活塞環(huán)外圓，使活塞環(huán)壓縮到與活塞外圓平齊，將連桿大頭端伸入氣缸中。
3、連桿螺栓和螺母的裝配
連桿大頭與曲軸連桿軸頸的連接，是柴油機最重要的結(jié)合。連桿螺栓經(jīng)常承受交變載荷，它常采用優(yōu)質(zhì)合金鋼或優(yōu)質(zhì)碳鋼制造，并經(jīng)調(diào)質(zhì)熱處理，不能用普通螺栓代替，以免因強度不夠而疲勞斷裂。在使用過程中，應(yīng)注意檢查其固緊情況，防止松動；定期拆裝檢查它有無裂紋和過度伸長等情況，必要時應(yīng)及時換新。
裝連桿螺栓時， 要對連桿螺栓做全面檢查，確認其無縮頸現(xiàn)象并且螺紋合格方可使用。應(yīng)注意連桿螺栓和連桿螺母為英制螺紋，安裝時螺紋上應(yīng)涂抹一層發(fā)動機潤滑油，將螺母平順地擰到螺栓上。表1是幾種機型連桿螺栓（母）扭緊力矩。在裝配時，應(yīng)分2～3次、交替均勻地將連桿螺栓擰緊到規(guī)定的力矩，不能過大或過小，以免工作中造成連桿螺栓斷裂等事故。
4、連桿軸瓦的裝配
連桿軸瓦裝在連桿大端孔內(nèi)。它是一種滑動軸承（只有極少數(shù)小型發(fā)動機用滾動軸承），由兩個半圓形的瓦片組成，通常稱為軸瓦?，F(xiàn)代發(fā)動機大都采用薄壁軸瓦。薄壁軸瓦是在鋼制的瓦背上澆鑄一層減磨合金（0.3～0. 8 mm）。連桿軸瓦可以保護連桿大端孔和曲軸的連桿軸頸，使連桿和曲軸能夠較長期地使用。
連桿軸瓦應(yīng)成套更換，尺寸應(yīng)與連桿軸頸的尺寸相對應(yīng)。連桿軸瓦上下瓦可以互換。連桿與連桿蓋是成對加工的，不允許更換。選配軸瓦時要先檢查瓦片的彈性，當(dāng)瓦片壓入瓦蓋后，瓦片與瓦蓋要有一定的緊度，若瓦片能從瓦蓋上自由掉下來，則瓦片不能繼續(xù)使用；瓦片壓入瓦蓋后，應(yīng)稍高于瓦蓋平面，一般為0.05～0. 10 mm。
連桿軸瓦屬易損零件，其磨損速率主要受潤滑油的品質(zhì)、配合間隙以及軸頸表面粗糙度的影響。機油品質(zhì)差，雜質(zhì)多，軸承間隙過小，容易造成軸瓦刮傷或燒瓦故障；間隙過大時，油膜不易形成，軸瓦合金層易產(chǎn)生疲勞裂紋甚至剝落。在選配連桿軸瓦前，應(yīng)對連桿大端的端隙進行檢查，連桿大端的側(cè)面與曲軸曲柄之間有一定的間隙。一般發(fā)動機為0.17～0. 35 mm，柴油機為0.20～0. 50 mm，若超過規(guī)定值時，可修復(fù)連桿大端側(cè)面。
安裝連桿軸瓦時，必須保證按原來的安裝位置裝回，不得錯裝。瓦片和瓦座之間必須清潔和緊密貼合，并應(yīng)保證軸瓦和軸頸之間的規(guī)定配合間隙。裝配軸瓦時必須注意軸瓦的高度。高度過大時可銼修或用砂紙打磨；高度過小時應(yīng)重新配瓦或修復(fù)座孔。注意嚴禁在瓦背加墊墊高軸瓦，以免影響散熱和造成軸瓦松動、損壞。連桿軸瓦應(yīng)該按配對號和順序號裝配，并按規(guī)定扭矩均勻地擰緊螺母和螺栓。連桿軸瓦上制有定位唇，安裝時兩個定位唇分別嵌入連桿大頭和連桿蓋上的相應(yīng)凹槽內(nèi)，防止軸瓦在工作中產(chǎn)生轉(zhuǎn)動和軸向移動。
5、連桿蓋的裝配
連桿大頭做成分開式，與桿身切開的一半稱為連桿蓋。為保證連桿大端孔在裝配和工作時的精確幾何形狀，通常連桿體與連桿蓋配對加工，并在其上標有配對記號和標明第幾缸的數(shù)字，安裝時不可弄錯，且記號在同一側(cè)。此外，連桿體與連桿蓋的配合都有定位措施，有止口定位、銷套定位、鋸齒定位和螺栓定位（即在連桿螺栓上加工出定位帶）。
6、連桿襯套的裝配
發(fā)動機大修中，在更換活塞、活塞銷的同時，也要更換連桿襯套，以保證它們之間的配合要求。襯套與連桿小頭孔的配合，不同的機型規(guī)定了不同的過盈量。過盈量過大會造成壓裝襯套困難，還易把襯套壓壞。過盈量的測量，可用游標卡尺分別測量連桿小頭孔內(nèi)徑和新襯套的外徑，以此為根據(jù)選擇具有一定過盈量的新襯套。同時，還要求襯套有一定的加工余量，如過厚，鉸削次數(shù)多，容易鉸偏，過薄不易鉸成。經(jīng)驗的判斷方法是：在襯套壓入連桿小頭孔之前，最好先與欲配的活塞銷試套，如能勉強套上，則為合適。套不上，說明加工余量太大；套上后松曠，加工余量太小，均應(yīng)重新選配。
新襯套在壓裝前先用比襯套內(nèi)徑稍大的銑子，銑出舊襯套，并檢查襯套座孔有無毛糙卷邊，否則應(yīng)予修整，以防擦傷襯套外圓。將新襯套外圓有傾角一端朝向連桿小頭座孔，放置端正，并用錘打入少許，然后放在虎鉗上，慢慢夾緊壓入。注意，對于整體式襯套應(yīng)使襯套與連桿小頭油孔對正；對于兩個半截式的襯套，應(yīng)使襯套壓至連桿小頭油孔的邊緣。
7、裝配注意事項
（1）安裝連桿小頭軸襯時，應(yīng)將連桿小頭和軸襯上的油孔對齊，軸襯表面必須先涂上機油，使軸襯槽內(nèi)充滿機油，保證活塞銷和軸襯的潤滑。由于連桿大頭內(nèi)孔是在連桿螺釘按規(guī)定力矩擰緊后進行加工的，因此，連桿體和連桿蓋在同一側(cè)面上均打有配對號碼，重新裝配時不許調(diào)錯。新的連桿軸瓦具有互換性，但經(jīng)使用過的連桿軸瓦，在拆卸后重裝時就不能調(diào)錯。
（2）活塞連桿組往汽缸內(nèi)安裝時，應(yīng)注意方向位置，切勿裝錯。連桿和活塞上都會有方向標記，一般是凸起或箭頭，這些標記通常應(yīng)朝向正時系統(tǒng)方向，也就是連桿和活塞頂部標記應(yīng)保持在同一側(cè)。若活塞頂有凹坑的應(yīng)朝向噴油嘴一邊，連桿大端的軸承蓋應(yīng)朝向右側(cè)的檢查孔?；钊敳繗忾T凹陷處A應(yīng)必須對連桿大頭切口的相對位置。
（3）活塞連桿組件在裝入汽缸之前，各零件必須涂以清潔的清油，將裝活塞工具放在汽缸套上，轉(zhuǎn)動曲軸把要安裝活塞連桿組的連桿軸頸轉(zhuǎn)到上止點后90°，然后，將活塞連桿組謹慎地裝入汽缸內(nèi)，最后從機體窗孔內(nèi)將連桿蓋按配對記號裝上，按規(guī)定力矩（1765.2～1961）N·m擰緊連桿螺釘。連桿軸承及主軸承帽固緊后，應(yīng)用開口銷鎖牢，以防松動脫出造成嚴重事故。
（4）在裝入的過程中，要用手托住連桿大頭端，以免連桿螺栓劃傷氣缸壁和曲軸。用非金屬棒頂住活塞頂部，將其頂入氣缸中。當(dāng)連桿大頭端與曲軸的連桿軸頸貼合后，安裝連桿軸承蓋，以規(guī)定力矩擰緊連桿螺栓。在所有活塞連桿組安裝完畢后，轉(zhuǎn)動曲軸，看是否有轉(zhuǎn)動困難或忽松忽緊的現(xiàn)象，如果有需要查明原因。
總結(jié)：
依據(jù)具有曲柄連桿機構(gòu)的發(fā)動機熱效率理論公式：η＝1-1/cr（k-1）（η為熱效率，cr為壓縮比，k為絕熱指數(shù)），柴油發(fā)電機較大的壓縮比能夠獲得較大的熱效率。但是，在柴油發(fā)電機處于全負荷工況時，受發(fā)動機內(nèi)零部件強度和爆震等條件的限制，發(fā)動機的壓縮比不能太大。理想的狀態(tài)是，當(dāng)柴油發(fā)電機處于部分負荷工況時，采用較大的壓縮比以獲得較高的熱效率，而全負荷時使用較小的壓縮比以獲得較大的功率和扭矩。但現(xiàn)有發(fā)動機的壓縮比是不可變的，因此，連桿組件的裝配對其有著決定性的作用。通過以上的安裝步驟，可以確?；钊B桿組的正確安裝。正確的安裝活塞連桿組可以提高發(fā)動機的性能和壽命，減少故障的發(fā)生。因此，在進行活塞連桿組的安裝時，務(wù)必注意以上事項，并按照相關(guān)的步驟和要求進行操作。
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