毕业论文缸套异常磨损原因 - 图文(3)

2019-03-23 12:30

塞往复运动的转向点也在左右方向,这都是造成磨损量大的原因。故一般十字头柴油机横截面的磨损的长轴也是在左右方向。若磨损量的椭圆长轴不在左右方向,就要进行具体分析,最大的可能即气缸、导板和曲柄三者的中心线没有调整好而造成的。

正常磨损的参数:圆度误差、圆柱度误差、内径增量小于说明书上有关标准值。 气缸工作表面清洁光滑,无明显划痕、擦伤等磨损痕迹。

1.2 异常的磨损

1.2.1气缸套异常磨损的特征

(1)缸套和活塞环的磨损率均很高,大于标准值,大大超过正常磨损率。一般把铸铁气缸套磨损率>0.1mm/k h,活塞环磨损率>0.5mm/k h ,气缸套磨损超过正常标准(0.4﹪~0.8﹪缸径)时,便为异常磨损。

(2)异常磨损的磨损产物颗粒比正常值较大。一般正常磨损的磨屑直径<1μm,而异常磨损的磨粒屑直径可以达25μm~30μm。

(3)气缸套工作表面明显脏污,有明显的划痕、擦伤、撕裂等伤痕,甚至咬缸和拉缸现象,或者气缸壁表面发蓝有明显的烧灼现象。甚至缸套工作表面形貌和金相组织发生变化。

气缸套异常磨损在吊缸检修时可以凭借直观判断,或者通过测量缸径,计算出的磨损率、圆度误差和圆柱度误差等来判断。

图3-1 气缸套磨损后纵截面形状及磨损量示意图

其中图3-1中:a为气缸套正常磨损后缸壁纵截面形状和磨损量的示意图, b~g为缸套异常磨损后纵截面形状和磨损量的示意图。

其中b为缸套上部因新气携大量尘埃进入气缸和燃烧不良产生大量积炭引起的磨损。 c为润滑油中机械杂质过多,筒状活塞式柴油机缸套润滑自下向上布油,造成下部

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严重磨损。

两者均为典型的异常磨粒磨损。

d为上述两种因素并存时造成的严重磨损。

e为缸套异常粘着磨损,特点是活塞位于上止点时第一道活塞环对应缸壁磨损异常增大,甚至出现大面积拉伤的拉缸现象。

f是燃油含硫量高或柴油机经常冷车起动使缸套上部腐蚀磨损严重,磨损量为正常磨损量的1~2倍。腐蚀产物脱落引发二次磨粒磨损,使缸套中部磨损严重,磨损量为正常磨损的4~6倍。

g是冷却水温过低导致的缸套下部严重腐蚀磨损。f)、g)两者均是是典型的腐蚀磨损。

以上各种情况是典型的,原因是单一的,然而实际船舶柴油机缸套磨损情况则是复杂的,原因是多方面的。柴油机的异常磨损往往是两种或两种以上的典型磨损的组合。 1.2.2异常磨损的种类及原因分析 1)疲劳磨损

气缸套,活塞,活塞组发生疲劳磨损,主要体现在活塞环上,由于活塞环交替的接触气缸套表面产生交变的接触应力,使活塞环和气缸套表面产生剪切应力。在剪切应力的作用下活塞产生严重的变形,并在表面有缺陷的地方产生应力集中,导致活塞环因疲劳过度而剥离严重的甚至失去弹性折断,同样气缸套内部的剪切应力也会使其在内部缺陷的地方产生应力集中,从而引发裂纹,并逐渐扩展并最终导致材料的断裂和剥落。 2)腐蚀磨损

这种磨损占主导地位,在上止点位置最大几乎是正常磨损的一到两倍,并出现较小的洞穴。腐蚀磨损是由于气缸套和活塞环在接触过程中,材料表面与周围介质发生化学反应或电化学反应。柴油机气缸内燃油混合气体燃烧时会产生酸性的腐蚀性气体,在柴油机运转过程中,如果冷却水温度太低,此时气缸套内壁温度过低,如果气缸壁温低于水蒸气露点温度,酸性气体和水蒸气化合生成腐蚀性的生成矿物酸和有机酸,附在并凝结在气缸壁表面,与缸壁发生化学或者电化学反应,造成气缸壁表面,活塞,活塞环组的腐蚀。其中,有机酸是碳氢化合物燃料燃烧时生成的,矿物酸则是燃烧时生成的气体溶于燃烧时生成并附于缸壁上的水分形成的。当活塞和活塞环往复运动时,腐蚀的表面剥落,暴露出的金属又重新被腐蚀,从而加重了缸套的磨损。因此柴油机在运行过程中,要控制好冷却水的温度,应禁止在水温过低时长时间运行;在使用过程中加注的润滑油不符合标准,酸碱性高,也会对缸套有腐蚀作用。 3) 磨粒磨损

磨料磨损主要是外部进入的机械硬质颗粒或者磨屑,通过各种途径进入气缸、气缸套、活塞、活塞环的润滑面间隙,当它们相互运动时,对摩擦表面产生磨料的作用,特别是空气带入的磨料对气缸套磨损的影响最大,在摩擦表面由于滑动而出现犁沟或产生

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塑性变形,从而引起零部件之间的异常磨损,机油中含有杂质也会导致磨粒磨损。一般情况下,气缸内吸入的空气过脏以及严重积炭造成的磨损,其磨损最大部位在气缸套的中上部;润滑油中含有大量的硬质微粒而造成的磨损,其磨损最大部位在气缸套的中下部。

空气带入的磨料磨损是柴油机最常见的,也是最难控制的一种磨损。空气滤清器清洁效果差,如果存有较多尘埃或者含有硬质颗粒的不清洁的空气被吸人柴油机进气系统中,这些尘埃硬质颗粒随着进气最终进入气缸,在滑动面间隙中对产生相对运动的摩擦表面就产生磨料作用,造成气缸套活塞环组发生磨粒磨损。实施维护保养过程中如果操作现场的风沙、粉尘很大,零件清洁不干净,那些有损伤的零部件进行现场打磨等工作后没有及时进行清理或者晚点才完成装配,在装配时就会将不洁颗粒带入柴油机内部,这些杂质一旦进入气缸,就会导致发生磨料磨损。润滑条件恶劣,机油滤清器滤清效果差遗漏的杂质,柴油机积炭严重,燃油脏污,都能加速活塞环的磨粒机械磨损。 柴油机初期未经充分磨合,缸套和活塞环、活塞间的摩擦表面尚未处在良好配合状态,此时就高转速、高负载运转,再加上没有良好的润滑会发生磨粒磨损;喷油器雾化不良的情况下,柴油冲刷气缸壁,导致削弱了机油的润滑怍用,也会引起气缸套的异常磨损。柴油机供油角提前角过大供油太早,燃烧粗暴,热负荷大,导致缸套热量传不出去,会导致异常磨损。供油过多,过多的润滑油进入燃烧室燃烧会产生大量积炭,积炭颗粒也是造成磨料磨损的重要因素。

另外活塞材料不符合要求如整体铸造活塞油冷内腔型砂清洗不彻底,气缸盖冷却水腔型砂清洗不干净,气缸套研磨后内部清理不彻底,这些小砂颗粒一旦进入气缸,在摩擦副表面就成为了磨料,发生磨粒磨损。 4)粘着磨损

气缸套内壁与活塞环是在高温、高压工况下工作的,高温使润滑油粘度降低甚至烧损,高压使油膜不易形成;同时,气缸套和活塞环两者之间的相对速度变化很大(O一30m/s)。因此,在维修过程中粗心疏忽,就会使缸壁与活塞环形成半干摩擦或干摩擦状态,使两金属表面直接接触而产生粘着,形成粘着磨损。

粘着磨损也可称为熔着磨损,俗称拉缸,是气缸套、活塞、活塞环最严重的损伤现象(图3-1,e图)。拉缸故障直接损伤气缸套内壁、活塞、活塞环表面,造成粗糙度下降,使光滑的摩擦表面变得粗糙,从而造成更加严重的磨损,甚至咬死造成抱缸,导致活塞断裂,拉断缸套,严重的抱缸故障还会造成连杆、曲轴、机体的损坏。它是由于活塞顶部受到过高的热量,无法及时地传递出去,活塞顶部局部熔化,粘着在气缸套内壁 (1)活塞、活塞环和气缸套这对摩擦副间的润滑油膜因各种原因难以建立完整,或遭到破坏,形成局部滑动面的干摩擦,产生大量的摩擦热,导致熔点较低的活塞发生局部熔化。

(2)热负荷过大引起活塞顶部烧蚀、熔化。具体为:①供油角过大,此时滞燃期很大,

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上导致的。造成粘着磨损的原因有以下几种。

造成爆发压力和燃烧温度过高,活塞无法承受过高的热负荷而被烧坏;②供油量过大或柴油机超负荷运转,导致燃烧室顶部局部热负荷过大,造成活塞顶部烧蚀、熔化;③喷油器严重雾化不良。此情况导致活塞顶存积燃油,积聚在燃烧室,一旦燃烧通常会产生很高的燃烧压力和燃烧温度,将活塞烧坏。④喷油器伸出缸盖平面太多,使喷雾的雾柱喷到活塞顶阀坑边缘(此处传热不好)燃烧后产生热量过大,造成活塞顶部烧蚀。⑤活塞、活塞环积炭严重,或水温太高,散热不良导致活塞顶部因热负荷过大而烧蚀熔化。 (3)①活塞本身原因引起活塞顶部熔化。例如,活塞本身材质不合格,耐热性差,从而引起活塞顶部烧蚀;②活塞的冷却油路堵塞或冷却油嘴偏离,喷出的冷却油不能准确进入活塞进油孔,使活塞热量不能及时散出,造成活塞顶部烧蚀熔化;③活塞油冷腔不畅,冷却油量不足,也会造成活塞顶部烧蚀熔化。

活塞环组的因素。活塞环是在润滑条件(飞溅润滑)非常恶劣条件下工作的,所以非常容易出现异常磨损现象。活塞环的主要功能是保证活塞与气缸套之间的可靠密封。第一道活塞环,又称为气环,承载着巨大的燃气压力,起着密闭气缸,防止高温燃气下串入活塞与缸套之间,破坏建立的润滑油膜,产生局部干摩擦,从而引起异常磨损。 5)复合磨损

复合磨损是指同时出现两种以上的异常磨损,如首先出现疲劳磨损,活塞环产生严重变形,表层材料因疲劳而剥离,气缸套发生磨料磨损;进而拉伤气缸套、活塞表面,破坏了正常的润滑油膜,形成干摩擦使磨损加剧,干摩擦产生过高的热量,造成活塞局部熔化,引起粘着磨损。单一形式的异常磨损得不到及时排除,随着磨损量的增大,就会引发另一种或更多形式的磨损。复合磨损是多种磨损形式相互促进的结果,其磨损速度超过任何一种单一形式的异常磨损,对柴油机有着很大的破坏性,严重影响柴油机的正常使用故应坚决避免。

1.2.3主机气缸套异常磨损的实际分析

据上面对气缸套磨损规律和原因分析。我得出,船用柴油机实际使用过程中的异常磨损的原因可以从以下方面分析:

①在使用方面:发动机经常在低温状态下运转;发动机润滑油的质量差;空气、燃油或润滑油的杂质含量超标等。

1)启动不正常或负荷过重。发动机经常在低温环境使用,尤其在冬季冷机启动较困难,启动次数频繁也会加快缸套的磨损发生。此外发动机水温和油温过低时就进入全负荷,甚至超负荷作业也会加剧磨损。据资料介绍,水温在30℃以下时,进入全负荷作业的磨损速度约为水温正常时的5-7倍。

2)空气过滤效果不好。发动机进气管与空气滤清器连接密封不严而导致空气不经过滤直接进入气缸;或者滤器没有及时清洗干净,出现脏堵,空气滤芯没有及时地维护保养而过脏或破损导致空气过滤效果不好都会成为异常磨损的诱发因素。

3)柴油雾化不良。燃油供给系统喷油嘴压力过低,喷油嘴针阀与针阀体咬死在开启

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位置,造成雾化不良,喷入气缸内的油量过大,使柴油不完全燃烧而产生积炭从而加速气缸套的磨损。

4)润滑不良。发动机油底壳机油量不足,或者润滑系统有故障而导致机油压力低、流量不足;以及润滑系统维护保养不及时使得机油过脏,甚至变质,均会使气缸套磨损速度加快。

②在材料结构方面:大中型柴油机气缸套大多采用加硼合金铸铁,表面经过碳化处理,如果未经处理或者材质不符合要求,内孔光洁度太高或太低,硬度太硬或太软,均会造成耐磨性变差,甚至破坏了缸套与活塞环材料之间的匹配,引起异常磨损。缸套上部邻近燃烧室,温度很高,但是润滑条件很差,气缸上部一般都处于干摩擦或半干摩擦状态,这是造成气缸上部磨损严重的原因;气缸内可燃混合气燃烧后,产生水蒸气和酸性氧化物,它们溶于水中生成矿物酸,加上燃烧中生成的有机酸,对缸套表面产生腐蚀磨损。

③维修管理方面:

气缸套安装位置不当造成缸套磨损;连杆铜套孔偏斜造成缸套磨损;连杆弯曲变形造成缸套的磨损。发动机因烧瓦等原因使曲轴连杆轴颈和主轴颈不平行,若不及时校正同样会加速缸套磨损。缸套和曲轴轴线不垂直,连杆弯曲变形,连杆轴瓦和连杆小头铜套中心不平行与连杆杆长纵中心不垂直,在柴油机装配时就会造成偏缸,造成运转中有一附加力作用于缸壁,从而引起异常磨损。

维护管理不到位,轮机员的粗心大意导致零件的脏污不能及时清除或者燃油系统,滑油系统,循环水系统温度过高或过低或者循环不畅通也都会引起柴油机工况恶劣加剧磨损情况。

1.2.4异常磨损的危害

气缸套磨损后,缸套与活塞之间的配合间隙增大,活塞环开口的间隙已相应增大,工作时会产生窜气、窜油、压缩不良等现象,导致柴油发动机启动困难、机油变质、燃油及机油耗量增大而功率下降;摩擦件更换频率增大使维修费用增加;各缸磨损不均匀,还会导致发动机工作稳定性变差,容易产生振动危害等。

如果,燃烧室就会失去密封性,使气缸套的工作性能变坏,柴油机性能急剧下降,出现启动困难,功率下降,燃油和润滑油的消耗量增大,使用寿命缩短以及排气冒黑(蓝)烟等现象。

2预防气缸套异常磨损的措施

2.1 合理选配气缸套材料

由于气缸套的内表面形状和粗糙度对气缸套磨损的影响比较大,因此在气缸套的生产过程中,选用合理的加工方法,控制气缸套和活塞环的表面形状,降低其表面粗糙度,可以达到减小气缸套的磨损的目的。

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