文档介绍：第五章活塞环的故障及解决措施
近代活塞环的发展与近代发动机的发展是相辅相成的。近代发动机向着高转速高负荷的强化方向急速推进,使活塞环面临着更严酷的工况,原有的活塞环不适应了,在运转中发生了一系列新的故障。为了解决这些故障,人们从实践中创造了许多新材料、新工艺和新结构。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
例如,近代内燃机的转速提高很快,迫切希望减少活塞环数,以减少摩擦马力的损失,增加可靠性、降低成本,并因此可能缩短活塞长度和行程等等从而获得一系列好处。目前,装置一个压缩环和一个油环的所谓二环柴油机已成商品生产了。但是减少环数必然地又反过来影响到活塞和活塞环的工作状态,活塞在缸内的摆动增大就是一个直接的影响。这种摆动对活塞环特别是对第一环的影响很大,往往环发生扭曲,结果使活塞环外圆工作面的上缘或下缘与缸壁间形成集中的接触负荷,这就构成了近代高速高负荷发动机往往发生熔着磨损的主要原因之一。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
在结构设计方面,压缩环广泛发展了桶面环,包括活塞环外圆工作表面不再是圆柱形,而是桶形(鼓形);这种环对提高密封性能,耐磨性能,减少机油消耗等均有较好的效果。油环广泛发展了弹簧胀圈油环和钢片油环。特别后者在一定工艺下成本较低,效果较好。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
在材料方面,主要是发展球墨铸铁,特别是经过热处理后具有针状组织的球墨铸铁性能较好,另外,钢质环、塑料环等亦有发展。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
在表面复层处理方面,主要发展喷钼和喷碳化物处理,其中喷钼已获得广泛实用,特别对于克服熔着磨损(拉缸)有显著效果。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
活塞环的主要故障
1 活塞环折断;
2 活塞环磨损,特别是熔着磨损和早期磨损;
3 机油消耗量大。
以下是近代强化发动机活塞环的主要故障。应该强调指明的一点是,造成这些故障的原因可以分为两大类。其一,活塞环本身的缺陷;其二,与活塞环相关的组件(如活塞、缸套等)的缺陷。显然,防止故障的措施必须全面地去综合考虑。本书限于篇幅将只着重对活塞环本身进行分析和叙述。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
活塞环折断是强化发动机的一个致命缺陷。通常的情况是这样:首先是活塞环两端有小块断落下来,随着发动机继续运转,小块断落下增多;因此,有时候,特别在四冲程发动机的第一环槽内可以发现许多断落下来的小块,这种不断地成小块断落的过程虽然很短,但由于活塞环在槽内的旋转,它或多或少地要损坏环槽,在铝活塞的情况下,这些断块甚至会击穿环岸落入燃烧室,造成重大事故。在二冲程发动机中,环槽里往往找不到断块,因为它已由排气口飞入排气管了,当然这在一般情况下不构成什么重大损害,但如果是增压发动机,则增压器就会被这些断块破坏了。进一步的情况是活塞环完全折断,在汽油机中主要是相对于开口的180º处折断,而在柴油机中往往折断成许多很小的碎段。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
实践表明,在强化发动机中,发生活塞环折断事故的,高速汽油机多,二冲程柴油机比四冲程柴油机多,风冷发动机比较多,燃用重油和煤气的发动机多。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
活塞环折断主要发生在第一环上,但第二环也有发生。活塞环折断的原因与活塞环的运动和受力密切相关。活塞环在气缸中的运动是极其复杂的,至今尚未能彻底了解,一般认为有如下运动:
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1 跟随活塞的往复运动;
2 由于缸壁的锥度和不圆度,以及燃气作用于环内面的背压等,活塞环作一张一缩的交变运动;
3 环在环槽内旋转运动;
4 由于环槽间隙,在气体压力惯性力和摩擦力的作用下,活塞环有轴向振动;
5 由于活塞侧压力和气缸的变形等,环还有径向振动;
6 由于活塞的摆动等,环还有扭曲振动。
7 在机油浮力下,环还可能在环槽内发生所谓“颤振”。
如此看来,活塞环实际上是在环槽中进行着复杂的自由浮动。只是在各种具体使用情况下显现出上述某种运动倾向而已。在近代发动机高速高负荷的情况下,这些交变运动和振动都大大加剧。从而使活塞环的折断成为一个突出问题。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
采取的措施
1 采用高强度的活塞环材料是防止活塞环折断的根本措施,它们有合金铸铁(加硼等),可锻铸铁、球墨铸铁等。其中球墨铸铁,特别是对基体组织进行淬火和回火而获得针状组织(贝氏体)的球墨铸铁,获得了日益广泛的重视。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
2 改变设计结构和选择高弹性模数(弹性模数达15000—16000公斤/毫米2)的材料,使环的固有频率在引起共振的危险频率之上。文档来源网络及个人整理,勿用作商业用途
3 在设计上