技術(shù)維修與康明斯知識

柴油發(fā)電機(jī)氣門挺柱、推桿、搖臂和凸輪軸檢驗方法

 

摘要：四氣門的推桿式柴油發(fā)電機(jī)每汽缸包括兩個進(jìn)氣門和兩個排氣門。每對氣門由橋接的氣門機(jī)構(gòu)一前一后地操作，該氣門機(jī)構(gòu)包括由單個推桿連接到搖臂的凸輪軸驅(qū)動的凸輪從動件（也稱為挺柱或挺柱），而搖臂驅(qū)動連接到該對氣門（進(jìn)氣門或排氣門） 的橋。橋接的氣門機(jī)構(gòu)是成本高效的設(shè)計，這樣的設(shè)計可以對很多應(yīng)用實現(xiàn)可接受的性能， 雖然兩個橋接的氣門的操作并不精確同步，因為對橋施加的力可能在氣門之間并不完全平衡，氣門可能具有稍有不同的彈簧力，且氣門組件可能經(jīng)歷稍有不同的磨損。這會造成一個氣門較晚開啟和/或在氣門關(guān)閉時，一個氣門首先落座而使另一個氣門以比預(yù)期速度高的速度較晚落座。另外，橋使氣門桿端達(dá)到邊緣負(fù)荷，從而更高的應(yīng)力帶來更高的磨損速率及潛在的噪聲、振動及不平穩(wěn)（NVH）問題。

 

一、氣門挺柱和導(dǎo)孔的檢驗與修理

 

      工作中，由于氣門挺柱不僅做上下的直線運動，而且還做旋轉(zhuǎn)運動，如圖1所示。因此，氣門挺柱的桿身和球面（或平面）必然要產(chǎn)生自然磨損。氣門挺柱在工作中，雖然因受到壓縮而產(chǎn)生壓縮應(yīng)力，但由于桿身粗而短，所以一般不容易產(chǎn)生彎曲變形。不過，由于康明斯發(fā)電機(jī)長期工作，磨損仍然是不可避免的。

1、常見失效形式

① 氣門挺柱與導(dǎo)管或?qū)Э装l(fā)生摩擦面磨損（柱面磨損），使之配合間隙上升。

② 柱底面磨損、拉傷或疲勞剝落。

③ 筒式挺柱極易產(chǎn)生疲勞磨損及不均勻磨損；常見損傷主要有裂紋、麻點、劃痕等，如圖2所示。

2、檢驗與修理

① 氣門挺柱與導(dǎo)孔的配合間隙一般為0.03~0.10mm，最大不得超過0.15mm。經(jīng)驗的檢查方法是：用拇指將挺柱向?qū)Э淄迫霑r應(yīng)稍有阻力，再提起少許用手搖晃時，無曠動的感覺。如果配合間隙超過0.10時，可用電鍍加粗并鉸孔以恢復(fù)其配合尺寸。

② 挺柱底面磨損不平或球面有磨痕時，可用細(xì)砂布、研磨砂或油石研磨，也可以用磨光機(jī)消除平面不平，恢復(fù)其原有形狀。

③ 對于下置式凸輪軸，還要檢查挺柱與挺柱孔的配合間隙，一般挺柱與挺柱孔的間隙為 0.01 ～ 0.4mm ，使用極限為 0.1mm 。

3、檢修注意事項

       普通挺柱多為由冷激鑄鐵材料制成的筒式挺柱。其缺點是底面的冷激層極易產(chǎn)生疲勞磨損；此外，因挺柱運動的特殊性，加之潤滑條件較差或其他原因使挺柱運動阻滯，造成底部的不均勻磨損，導(dǎo)致挺柱底部對凸輪的反磨效應(yīng)加劇，使凸輪早期磨耗而報廢。檢修普通挺柱時，應(yīng)注意：

1.挺柱底部出現(xiàn)疲勞剝落時，立即更換。

2.底部出現(xiàn)環(huán)行光環(huán)，該光環(huán)說明磨損不均勻，應(yīng)盡早更換新件。

3.底部出現(xiàn)檫傷劃痕時，應(yīng)更換。

      在檢查調(diào)整氣門間隙時，就應(yīng)該檢查挺柱的轉(zhuǎn)動阻力。檢查時，食指與拇指捏住挺柱轉(zhuǎn)動應(yīng)自如無晃動感。必要時，可取出挺柱檢查底部磨損狀況。

 

圖1  氣門機(jī)構(gòu)組成及工作示意圖

圖2  柴油機(jī)挺柱的常見損失

 

二、推桿和搖臂的檢驗與修理

 

1、推桿

      推桿的常見失效形式有兩種，通常要求推桿長度標(biāo)準(zhǔn)值為141.12～141.45mm ，使用極限 141mm 。。

① 桿身彎曲用鐵錘打直。

② 上端凹坑及下端球頭磨損

      氣門推桿一般都是空心細(xì)長桿。工作時，氣門推桿承受著雙向的壓載荷，盡管推桿兩端采用球面實現(xiàn)與挺桿及調(diào)整螺釘?shù)慕佑|，由于發(fā)動機(jī)工作時的振動、接觸點的不斷變化，仍然會發(fā)生氣門推桿縱向彎曲變形。觀察檢查推桿桿身是否平直、是否有銹蝕和裂紋、推桿端頭有無磨損，有即用油石修磨或更換。在平臺上滾動檢查氣門推桿的直線度，如圖3所示，誤差若超出規(guī)定范圍，則應(yīng)冷壓校正修理。推桿所在位置如圖4所示。

 

圖3  氣門推桿直線度檢查

圖4  氣門推桿和搖臂位置示意圖

 

 

2、搖臂

      搖臂組的結(jié)構(gòu)如圖5所示，其調(diào)節(jié)裝置如圖6所示。搖臂常見失效形式也有兩種。一般采用堆焊或更換的方法修復(fù)。

（1）搖臂壓頭磨損成凹坑形狀

      一般而言，氣門搖臂的撞擊表面應(yīng)凸出4.2mm，磨損后，最低也不得低于3.2mm，如果過低，則應(yīng)進(jìn)行堆焊，并對其進(jìn)行必要的表面熱處理。

（2）搖臂孔襯套及軸磨損

      搖臂孔襯套和搖臂軸的配合間隙一般為0.025~0.065mm。如果磨損過大，配合間隙超過使用極限，則應(yīng)將軸鍍鉻加粗，并磨至標(biāo)準(zhǔn)尺寸，然后重新配襯套。若軸頸沒有明顯磨損而襯套磨損較嚴(yán)重時，可以不磨軸頸，而更換新襯套，然后按軸的尺寸搪孔或鉸孔至相應(yīng)尺寸，得到合適的配合間隙。氣門搖臂一端與凸輪接觸為滑動摩擦，是易磨損部位，出現(xiàn)燒蝕或異常磨損時，應(yīng)及時更換。氣門搖臂與搖臂軸之間的配合間隙，超過極限時應(yīng)換氣門搖臂或搖臂軸。

 

圖5  配氣機(jī)構(gòu)之搖臂組結(jié)構(gòu)圖

圖6  柴油機(jī)搖臂上的鎖緊螺母和調(diào)節(jié)螺釘

 

三、凸輪軸檢驗與修理

 

1、常見失效形式

① 凸輪的磨損。

② 軸頸及軸承的磨損。

③ 軸線彎曲。

2、失效的原因分析

      凸輪軸的結(jié)構(gòu)特點（長而細(xì)）和工作特點（周期性地承受不均勻的負(fù)荷），促使它在工作中發(fā)生軸頸和軸承的磨損、失圓和整個軸線的彎曲；凸輪與配氣機(jī)件的相對運動，使凸輪外形和高度受到磨損。由于軸承磨損松曠，將加劇軸線的彎曲。軸線的彎曲又將促使油泵齒輪、正時齒輪及軸頸和軸承的磨損，甚至?xí)斐升X輪工作時的噪聲和牙齒斷裂，氣門挺柱球面轉(zhuǎn)動不靈活；加速凸輪的磨損，使軸頸的失圓度和錐形度超過公差等。一般說來，由于凸輪軸的受力不大，它的磨損速度是緩慢的，通常在內(nèi)燃機(jī)二三個大修周期（甚至更長時間）才達(dá)到允許使用極限。但是，這些磨損會影響配氣機(jī)構(gòu)工作的準(zhǔn)確性，并給氣門桿端和挺柱間的間隙調(diào)整帶來困難，因此，在內(nèi)燃機(jī)大修時，應(yīng)對凸輪軸、凸輪、凸輪軸承、正時齒輪等進(jìn)行認(rèn)真的。

3、凸輪軸的檢修

      凸輪軸常見損傷有凸輪軸彎曲變形，凸輪磨損、擦傷、麻點以及凸輪軸軸頸磨損、鍵槽磨損等。

（1）凸輪的磨損

      凸輪的磨損主要分為高度和寬度的磨損。凸輪高度磨損過大會影響氣門的開度，寬度磨損過大會影響氣門開閉持續(xù)時間，從而對發(fā)動機(jī)的工作產(chǎn)生影響。凸輪磨損的檢驗是用千分尺測量凸輪的全高與凸輪基圓直徑的差值來確定凸輪的磨損度，如圖7所示。凸輪磨損后，其升程磨損量大于0.40mm，或升程累計磨損量超過0.80mm時，應(yīng)更換新凸輪軸。

（2）凸輪軸軸頸的磨損

      用千分尺測量軸頸的圓度及圓柱度誤差，如圖8所示。如凸輪軸軸頸的圓度誤差大于0.015mm，各軸頸的同軸度誤差超過0.05mm時，應(yīng)按修理尺寸法進(jìn)行校正并修磨。修磨后軸頸的圓柱度誤差小于0.005mm，最大徑向圓跳動公差不大于0.03mm。若凸輪軸軸頸經(jīng)多次修磨，損耗嚴(yán)重時就予以更換。

 

圖7  凸輪軸凸角磨損檢查

圖8  凸輪軸軸頸磨損檢查

 

（3）檢查凸輪軸的彎曲

      檢測凸輪軸彎曲時，可將凸輪軸前后兩軸頸擱置在V形架內(nèi)，以兩端軸頸為支點，用百分表抵觸在中間軸頸上。轉(zhuǎn)動凸輪軸一圈，表頭讀數(shù)之差即為該軸頸對前后兩軸頸的徑向跳動，如百分表擺動超過0.10mm，則應(yīng)進(jìn)行校正，校正后的彎曲度應(yīng)不大于0.03mm。其值一般也可采用內(nèi)徑千分尺測量，按曲軸主軸頸的檢測方法檢測凸輪軸軸頸的圓度和圓柱度，若圓柱度超過0.08mm，應(yīng)予磨光。

（4）凸輪軸的軸向間隙測量

      如圖9所示，拆下正時齒輪蓋，裝妥百分表，使百分表的觸頭頂在凸輪軸端的螺釘上。向發(fā)動機(jī)后方推動凸輪軸，直至頂住為止，記下百分表的讀數(shù)。此讀數(shù)即為凸輪軸的軸向間隙。該間隙一般應(yīng)為0.08～020mm，必要時予以調(diào)校和修復(fù)。一般國產(chǎn)汽車的凸輪軸軸向間隙以0.08～0.20mm為佳。

      凸輪軸軸向間隙的調(diào)整主要通過增減位于凸輪軸第一道軸頸端面與正時齒輪（或鏈輪）之間的推力凸緣的厚度來調(diào)整。

（5）凸輪軸油膜間隙的檢測

      凸輪軸油膜間隙的檢測如圖10所示，把凸輪軸放置在汽缸蓋軸承座上，在各軸頸表面按軸向位置放上一小段塑料線規(guī)，裝上軸承蓋并按規(guī)定力矩緊固螺栓。重新把軸承蓋拆下，通過規(guī)尺確定油膜間隙的大小。

      凸輪軸應(yīng)進(jìn)行探傷檢查，不得有裂紋、溝槽；正時齒帶輪的鍵槽應(yīng)完整，否則應(yīng)更換。中間支撐軸頸對兩端支撐軸頸公共軸線的徑向圓跳動誤差為0.05mm,超過時應(yīng)校正、磨削或更換。以兩端以支撐軸頸公共軸線為基準(zhǔn)，凸輪基圓的徑向圓跳誤差為0.04mm,否則應(yīng)磨削或更換。

 

圖9  凸輪軸軸向間隙測量

圖10  凸輪軸油膜間隙測量

 總結(jié)：

      發(fā)動機(jī)配氣機(jī)構(gòu)零件間隙過大、磨損和損傷，將導(dǎo)致發(fā)動機(jī)的動力性下降，增加燃油消耗量，降低其經(jīng)濟(jì)性。通過對配氣機(jī)構(gòu)的全面檢查，包括配氣機(jī)構(gòu)檢查所有零部件組裝的位置和間隙是否符合要求。據(jù)此，可以及時發(fā)現(xiàn)和排除各種問題，保證發(fā)動機(jī)正常運行，提高柴油發(fā)電機(jī)組的可靠性和使用壽命。

 

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