船用氣缸套裂紋產(chǎn)生的原因及應(yīng)對(duì)措施

鄧春華

（武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院，武漢 430050）

0 引言

近年來(lái)由于柴油機(jī)機(jī)型的改型，柴油機(jī)燃油價(jià)格不斷上漲，為節(jié)約成本，使用重油越來(lái)越普遍，因此氣缸套發(fā)生裂紋及斷裂的情況反映較多，不僅增加了維修和輪管的工作量，而且給客戶造成較大的經(jīng)濟(jì)損失，并且對(duì)企業(yè)長(zhǎng)期以來(lái)具有的良好產(chǎn)品質(zhì)量和信譽(yù)帶來(lái)一定影響。

使用重油和改型缸體發(fā)生裂紋及斷裂現(xiàn)象較多。缸套大頭凸肩部位是發(fā)生裂紋最多的地方[1]。另外，在氣閥坑附近以及過(guò)度圓角處也常見(jiàn)。某些應(yīng)力集中處，即圓柱面和凸肩交界處等，有時(shí)也會(huì)產(chǎn)生裂紋[2]。

1 氣缸套裂紋的產(chǎn)生原因

首先從各個(gè)方面分析了氣缸套裂紋的產(chǎn)生原因[3]。

1.1 機(jī)械負(fù)荷

機(jī)械負(fù)荷影響缸套變形的主要有缸蓋螺栓預(yù)緊力、缸內(nèi)爆發(fā)壓力及主軸承座載荷。在正常工作工況下，受到預(yù)緊力、爆發(fā)壓力、往復(fù)慣性力以及活塞側(cè)擊力等機(jī)械載荷的影響，氣體會(huì)直接作用在缸套上。氣體作用在缸蓋上，通過(guò)缸蓋螺栓傳遞到機(jī)體從而影響缸套的應(yīng)力及變形。氣體作用在軸系上，通過(guò)軸系影響產(chǎn)生應(yīng)力及變形，使得缸套受到影響。由氣體力而產(chǎn)生的機(jī)械應(yīng)力都和最高爆發(fā)壓力成正比。螺栓預(yù)緊力數(shù)值應(yīng)與拉應(yīng)力、彎曲應(yīng)力、以及剪應(yīng)力成正比。柴油機(jī)部件承受振動(dòng)沖擊、慣性力、最高燃燒壓力等容易產(chǎn)生裂紋。

1.2 熱負(fù)荷

熱負(fù)荷包括熱應(yīng)力和熱疲勞。由溫差形成的應(yīng)力稱為熱應(yīng)力。在交變熱應(yīng)力作用下出現(xiàn)的破壞現(xiàn)象稱為熱疲勞。熱應(yīng)力過(guò)大，容易產(chǎn)生疲勞破壞，所以熱應(yīng)力應(yīng)與溫差成正比。熱疲勞對(duì)燃燒室部件破壞的主要表現(xiàn)是裂紋。熱負(fù)荷過(guò)大會(huì)使承載能力下降；使受熱部件產(chǎn)生較大的塑性變形，各部件正常間隙被改變；使材料的機(jī)械性能下降；熱應(yīng)力過(guò)大容易產(chǎn)生疲勞破壞，使有些燃燒室部件出現(xiàn)裂紋。熱負(fù)荷增大，缸套的熱應(yīng)力也會(huì)增加，長(zhǎng)時(shí)間持續(xù)這樣的狀況會(huì)使缸套產(chǎn)生裂紋。

1.3 鑄造和機(jī)加工

制造廠的鑄造缺陷在探傷工序未被檢驗(yàn)出來(lái)的細(xì)小裂紋。另外在機(jī)加工過(guò)程中各定位尺寸的公差超標(biāo)，致使裝配時(shí)精度達(dá)不到規(guī)定值要求，相關(guān)部位受力不均，造成缸套的單邊磨損或過(guò)度磨損。主機(jī)如長(zhǎng)時(shí)間在這種狀態(tài)下運(yùn)行，易造成缸套裂紋。

1.4 運(yùn)輸和安裝維修

1）缸套屬薄壁件，如在運(yùn)輸途中沒(méi)有正確安放（橫放），加上運(yùn)輸顛簸，容易造成變形（變橢）。

2）缸套在運(yùn)輸裝卸過(guò)程中摔下車，或已摔裂，裝機(jī)時(shí)未仔細(xì)檢查。

3）正確選擇配件。如錯(cuò)用了氣缸墊，在更換氣缸套時(shí)沒(méi)有注意到這一點(diǎn)，因而將氣缸套擠裂。

4）在裝機(jī)前對(duì)沒(méi)有徹底清除氣缸體上定位面的毛刺、臟污或者銹斑，氣缸體與氣缸套的定位面配合不好，使定位孔軸線與裝配面垂直度超差，致使氣缸套斜裝在氣缸體中，活塞在氣缸套里往復(fù)運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生側(cè)壓力。

5）由于氣缸套臺(tái)肩的厚度超差，裝機(jī)時(shí)沒(méi)有進(jìn)行及時(shí)調(diào)整，使氣缸套其突出氣缸體上平面的高度超差，造成氣缸套臺(tái)肩處整圈斷裂。

6）在裝機(jī)壓氣缸套時(shí)，使用鐵錘直接敲擊，安裝氣缸蓋螺栓時(shí)沒(méi)有均衡擰緊，或強(qiáng)行壓入，造成氣缸套破裂。

1.5 使用方法

1）啟動(dòng)柴油機(jī)時(shí)經(jīng)常采用錯(cuò)誤的方法，沒(méi)有按操作規(guī)程正確操作。

2）裝機(jī)試車磨合期未到，強(qiáng)行加大負(fù)荷。

3）柴油機(jī)大油門、滿負(fù)荷作業(yè)后，立即熄火，并且排放冷卻液。

2 防止及延緩裂紋的應(yīng)對(duì)措施

防止及延緩裂紋的應(yīng)對(duì)措施有以下幾點(diǎn)：

1）應(yīng)選用正規(guī)廠家的氣缸套，在生產(chǎn)過(guò)程中能嚴(yán)格執(zhí)行技術(shù)規(guī)范，保證氣缸套的材質(zhì)和加工精度，使其機(jī)械性能和抗拉強(qiáng)度符合規(guī)定值，提高氣缸套的使用壽命。

2）在裝配過(guò)程中應(yīng)先對(duì)氣缸套外觀進(jìn)行檢查（是否有夾渣、縮孔和嚴(yán)重劃傷等），對(duì)配合尺寸部位進(jìn)行測(cè)量，必須達(dá)到規(guī)定要求。注意氣缸墊的厚薄選擇，防止氣缸套臺(tái)肩的高度誤差超過(guò)規(guī)定值（過(guò)高），保證各氣缸套裝入后凸出機(jī)體高度一致。裝機(jī)應(yīng)用銅棒或木錘四周均衡輕擊，安裝氣缸蓋螺栓時(shí)均衡擰緊（用測(cè)力搬手），保證按規(guī)定壓力收緊，消除工作中的附加應(yīng)力。

3）在裝機(jī)前對(duì)機(jī)體、機(jī)架垂直度的檢查，保證符合裝配要求。

4）經(jīng)常更換或補(bǔ)充冷卻水，控制合理冷卻水溫度，冷卻水溫度保持穩(wěn)定，定期化驗(yàn)和處理冷卻水以確保質(zhì)量，防止穴蝕的產(chǎn)生，這是減少缸套裂紋的有效途徑。

5）保證與氣缸套配合的活塞、活塞環(huán)、連桿及曲軸等組件的精度和質(zhì)量，減輕慣性力、振動(dòng)等的強(qiáng)烈沖擊，減小氣缸套的振動(dòng)頻率和振幅，最大程度減少機(jī)械負(fù)荷。

6）經(jīng)常檢查柴油機(jī)的排氣溫度來(lái)判斷熱負(fù)荷的高低，避免主機(jī)熱負(fù)荷過(guò)大、甚至超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。柴油機(jī)工作時(shí)要時(shí)時(shí)觀察各熱力參數(shù)，分析判斷柴油機(jī)各缸負(fù)荷是否正常，如發(fā)現(xiàn)問(wèn)題馬上調(diào)整。

7）經(jīng)常檢查和調(diào)整推力軸承的間隙，因軸系工作中會(huì)產(chǎn)生不均勻推力，對(duì)氣缸套振動(dòng)頻率和振幅有較大的影響，所以要控制靜平衡達(dá)到規(guī)定值。

8）要使用品質(zhì)較好的油，保證氣缸總供油量，檢查各個(gè)注油點(diǎn)上的供油狀況，注油量要及時(shí)適當(dāng)調(diào)整，減輕缸套的磨損，保證缸套能長(zhǎng)時(shí)間使用。

3 結(jié)論

柴油機(jī)缸套裂紋的問(wèn)題較為復(fù)雜，多方面的原因都會(huì)引起，如材料、設(shè)計(jì)及制造等方面。如果輪管和安裝維修人員能夠科學(xué)管理，按照操作規(guī)程認(rèn)真仔細(xì)地工作，發(fā)現(xiàn)問(wèn)題采取正確的方法及時(shí)給予解決，控制和避免裂紋的產(chǎn)生，就能使缸套的使用壽命盡量延長(zhǎng)。

[1]編輯委員會(huì).柴油機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)(上冊(cè))[M].北京: 中國(guó)農(nóng)業(yè)機(jī)械出版社, 1984.

[2]中華人民共和國(guó)工業(yè)和信息化部.船用柴油機(jī)鑄鐵氣缸套技術(shù)條件: CB702-92[S].2011.

[3]張敬國(guó), 崔可潤(rùn), 龔齊清, 等.船舶柴油機(jī)氣缸套裂紋的研究[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)(交通科學(xué)與工程版),2000,24(2): 155-159.