1、畢業設計（論文）中文摘要 活塞組常見故障的分析及處理摘要 本文主要闡述了內燃機車柴油機的活塞組的工作原理及結構，并通過對活塞組的結構和原理的了解，從本質上分析尋找活塞組發生常見故障的原因，并通過分析找到原因后針對相應的故障拿出處理方法及相應的預防措施，從而達到提高工作效率，減少行車事故。當我們掌握故障分析與處理方法后，便于及時發現某些故障的前兆，預防故障的發生和防止事故的擴大，多時候由于檢修人員不能認真全面地掌握鼓掌現象，并通過現象分析查找出故障的真正原因，作業中貪圖方便發生不應有的事故。正確地進行故障分析，準確找出事故的原因，本著科學的事實求是的態度分析故障從而拿出最好的解決措施，減少故障發

2、生率，使活塞組的運作合理高效可靠。 關鍵詞 活塞組 結構原理 故障分析 處理及預防措施目 次1引言12活塞組的組成及作用13活塞組的工作條件14活塞的故障34.1鍛鋁組合活塞34.2中凸型全鋁活塞34.3整體薄壁球鐵活塞44.4鋼頂鋁裙活塞45常規檢查方法56 預防及處理措施66.1鍛鋁組合活塞預防及處理措施66.2凸型全鋁活塞預防及處理措施66.3整體薄壁球鐵活塞預防及處理措施66.4鋼頂鋁裙活塞預防及處理措施77活塞環的故障7結論9致 謝10參 考 文 獻111引言隨著鐵路牽引動力的更新變化，機車不斷換代，但前年的一場大雪又提醒我們內燃機車有其不可代替性，不管是戰備天災，還是有些無法建電網

3、的地區，都必須使用內燃機車，所以我們還是要對內燃機車進行研究不斷改造創新。本論文針對柴油機中活塞組經常出現的故障，進行研究，根據活塞組的工作環境和原理，對活塞組出現的常見故障進行分析，從而找出相應的預防及處理措施，為從事檢修及運用的人員提供一些理論基礎。正確地進行故障分析，準確找出事故的原因，本著科學的事實求是的態度分析故障從而拿出最好的解決措施，減少故障發生率，使活塞組的運作合理高效可靠。為機務部門檢修提供方便。2活塞組的組成及作用1組由活塞、活塞銷、活塞環及活塞銷擋圈等組成。2汽缸中往復運動進行力的傳遞，完成柴油機的工作循環；活塞、汽缸蓋，汽缸一起組成燃燒室，其中活塞組起密封作用，防止燃氣

4、穿入曲軸箱，同時也限制機油進入燃燒室。3活塞組的工作條件活塞組的工作條件可以概括為“三高”。高溫：活塞頂直接與溫度高達2000度左右的燃氣接觸，使活塞溫度升高。16V240ZJB型柴油機鋁活塞頂最高溫度可達335度，第一道環槽的溫度可達197度。所以，活塞頂部與第一道活塞環槽的熱負荷十分嚴重。受熱使活塞材料強度下降；各部位特別是活塞頭部受熱膨脹變形；環槽內機油燒結，導致活塞環卡死、密封能力下降等。高壓：16V240ZJB型柴油機在輸出功率2427KW時的爆發壓力達11.96MPA，作用到活塞頂面上的氣體力達562.2KN，而且帶有沖擊性；使活塞頂部、環岸、活塞銷座都受到強烈的機械負荷，活塞銷會

5、發生彎曲和橢圓變形；此外，活塞還受往復慣性力與側壓力的作用，使活塞各部位都受到交變的應力作用。高速：16V240ZJB型柴油機在標定轉速1000r/min 時活塞平均速度為9.167 m/s，最高瞬時速度約為14.76m/s。由于活塞在汽缸中作如此高速的往復運動，加上因燃燒室的高溫、活塞運動速度的急劇變化、燃氣的下竄等造成汽缸內表面上部很難保持連續的潤滑油膜，在活塞側壓力的作用下。氣缸套與活塞之間產生強烈摩擦，磨損較大。活塞組與柴油機其他部件一起構成了內部燃燒作功的、可變容積的工作場所，活塞頂面的凹穴造型及容積對燃燒的經濟性有較大影響；活塞組密封汽缸的下部，使燃燒室與曲軸箱隔開。活塞組承受燃氣

6、壓力 ，并傳遞給曲軸，使往復運動轉換成旋轉運動，將汽缸內的熱能轉變為機械能。二沖程柴油機的活塞組還兼有控制配氣相位的作用。活塞組在柴油機中所處的位置和承擔的任務決定了它如下的工作特點： 1.在嚴重的熱負荷下工作活塞頂面接觸高溫氣體，有很多熱量通過活塞頂傳入體內，其中一部分經活塞環及裙部散逸給氣缸，另一部分通過活塞體內油道傳給冷卻油，其余的剩熱使活塞體溫升高。當受熱升高到一定程度時，活塞材質的機械強度明顯下降，同時由于活塞各部存在較大的溫度梯度，所以又形成溫差應力（熱應力）。溫差應力過大，會在活塞頂部形成熱裂紋。第一道活塞環槽的溫度狀態是表征活塞熱負荷的另一重要部位，如果此環槽的溫度較高，則槽內

7、機油就易結膠，使環失去活動性，導致燃氣下竄，沖刷缸壁上的油膜。這些除使柴油機功率下降，出現拉缸故障外，還會使曲軸箱升溫升壓，甚至產生爆炸。活塞的溫度通常以頂面中央和燃燒室邊緣外表面為最高，鋁合金活塞可達300-350度，鑄鐵活塞可達400-450度，第一道活塞環槽表面可達180度以上，頂與背最大溫差（同一縱截面）可達100-130度。2.承受較大的機械負荷隨著缸徑的加大和高壓技術的應用，氣缸內最高爆發壓力P值已達很高，運動零件的尺寸和重量相應增加，使得活塞承受巨大的氣體力和往復慣性力的合力。氣體力和往復慣性力的合力為周期性瞬變作用力，具有沖擊和交變性質，使活塞組的一些薄弱部位可能出現疲勞裂紋。

8、活塞環對環槽的高頻交變沖擊，可能使活塞環與環岸折斷。3.劇烈地摩檫與磨損機車柴油機活塞組沿氣缸鏡面高速滑動平均速度9-11.5m/s,最大瞬時速度達14-18.5m/s，使柴油機消耗很多摩擦功率。特別是第一、二道氣環接觸高溫、高壓燃氣，缸壁上的油膜受燃氣和燃油的沖刷而局部破裂，氣缸壁面具有進氣帶入的塵埃及機油中的機械雜質等磨粒，因此在上止點附近的壁面高溫少油，加上活塞環轉換運動方向等情況，使氣缸壁面、活塞環及環槽的磨損加速。在摩擦發熱及缺油的情況下，活塞環和氣缸壁面很容易產生表面熔粘磨損（即拉缸）現象。4活塞的故障4.1鍛鋁組合活塞（1）故障現象1活塞體與套松動；2活塞頂部燒穿；3活塞頭部邊緣

9、粉碎性破損；4活塞裙部掉快； 5第一道氣環腐蝕嚴重；6活塞頂部被打壞；7活塞環故障，如折斷、磨耗嚴重、積炭卡死等。（2）原因分析1燃燒室惡化或活塞與缸套配合間隙過大。有些東風4機車，走行2-3萬千米后，部分噴油器就霧化不良，導致柴油機燃燒惡化，活塞的熱負荷加大，從而影響活塞的壽命。柴油機因某種因中原而燃燒惡化，或活塞與氣缸套間隙過大，活塞對氣缸套的沖擊力增大，就有可能發生活塞與缸套松動及活塞頂燒穿等故障。2材質的缺點。對LD8及LD7鍛鋁合金而言，一是膨脹系數大，活塞配缸間隙較大，造成低載時容竄油；二硬度較低，機械強度不如球鐵和合金鋼，易造成環槽磨耗，特別是高溫工作時，導致漏氣，斷環。3活塞環

10、組缺陷。合金鑄鐵的噴鉬環在運行1522萬千米時，就有較多脫落，這會加劇環槽的磨耗，失去刮油能力。4檢修原因。有的活塞大修時，氣缸套與活塞體存在一定的缺陷，加上長期承受高溫，高壓燃氣的作用及疲勞等因素，造成活塞頭部邊緣突發性碎裂。有的機務段在等級修時，環槽的加工質量達不到要求，表面粗糙度差，造成漏氣，活塞環因積炭而卡死，甚至產生活塞表面氣蝕現象。5潤滑惡化，使用多年的氣缸套，如不及時進行打磨處理，將因內孔的變形及內表面的光滑程度增加，使儲油能力下降，潤滑惡化，從而加劇氣環磨耗。象雜質混入，機油性能和油環刮油能力下降等因素，都會使潤滑惡化，使活塞環和缸套產生非正常磨耗。4.2中凸型全鋁活塞（1）故

11、障現象活塞第一道環槽及活塞環磨耗嚴重。（2）原因分析1.因中凸型活塞只有一道油環，與鍛鋁組合式活塞比較，它的刮油，布油效果較差。油環刃口的噴鉬處理工藝還不能滿足運用壽命要求，隨著走行公里的增加，刮油能力下降較快。2.活塞環在與經激光淬火處理的氣缸套內表面配合使用時，硬度處于下風，磨耗增加。4.3整體薄壁球鐵活塞（1）故障現象1.活塞銷座斷裂；2.活塞頂燒裂穿孔；3.活塞頂部產生裂紋；4.活塞銷座與頂分離；5.活塞銷座垂直筋產生橫向裂紋。（2）原因分析1.鑄造形狀突變處應力集中及活塞長期受交變應力作用。活塞銷座與活塞頂之間比較薄，鑄造應力和鑄造縮孔應力較大，再加上長期受交變應力作用，容易在活塞銷

12、座處特別是垂直金筋處，產生橫向裂紋。若發現不及時，將導致活塞銷座與體分離，產生嚴重后果。2熱負荷等因素造成活塞頂部裂損。活塞頂部承受燃氣壓力和往復慣性力的作用，也承受由于溫度梯度或結構原因造成的熱負荷，再加上鑄造缺陷，經長期運用，就可能在活塞頂部產生疲勞裂紋。3設計不合理如較早使用的球鐵活塞，銷座垂直筋部位較薄，發生裂紋較多，1994年以后的新結構活塞增加了座銷垂直筋部位厚度，同類故障就大大減少了。4鑄造缺陷在活塞銷座與活塞頂連結部分易產生鑄造缺陷。4.4鋼頂鋁裙活塞（1）故障現象1鋼頂燒損；2.活塞裙部銷座處裂紋和破損；3.第一道活塞環槽磨損超限；4.連接螺釘松動；5.連接螺釘裂紋和斷裂（活

13、塞頂和活塞裙分離）（2）原因分析1生產廠的質量問題某段曾經發生過東風4D機車鋼頂鋁裙活塞的活塞體（特別是銷座部分）大規模破損現象。據現場分析，主要是活塞的制造質量問題。2機油的原因若使用的機油，高溫清凈性或熱安定性不好，或使用后期，機油中添加劑品質惡化，不能起到分散，吸附油中的煙粒子，氧化物，瀝青膠質等作用，使活塞內冷卻腔表面形成膠膜與積炭，降低了冷卻效果，最終導致活塞鋼頂的局部過熱，產生裂紋燒融。3油環的刮油，布油能力下降，使第一道活塞環槽處潤滑惡化，從而導致第一道活塞環槽磨損超限。4.螺栓扭矩沒達到要求值（8090N.M），或4個連接螺栓扭矩偏差大。5連接螺栓本體有缺陷，內外螺紋表面有疤痕

14、，毛刺劃傷等機械損傷。6活塞頂與活塞裙之間的間隙超限。5常規檢查方法（1）.乘務員要堅持起機前的甩車制度，并要認真觀察，檢查，以便及時發現故障活塞的苗頭，防止機破。（2）.在裝用球鐵活塞的柴油機上，當發現排煙呈濃藍色時，可用逐缸甩缸或扣缸法（打開柴油機機油加油口觀察燃氣）查找故障活塞。（3）.檢修要認真測定壓縮壓力，發現不良現象及時解決（4）.對于拆檢的活塞，除外觀檢查外，還有以下常用的檢查方法：1.從活塞出油孔灌入煤油，或用風壓進行鍛鋁活塞體活塞套的嚴密度試驗，其中，用煤油試驗時，一般需觀察30min，若配合面有嚴重漏泄，應予報廢；風壓試驗時，配合面之間不允許有泄漏現象。2.用著色探傷法，檢

15、查球鐵活塞可能產生裂紋的處所。3.用銅棒敲擊法，檢查球鐵銷座支撐筋是否有裂紋。4.用磁探法檢查球鐵活塞銷處可能有的微小裂紋。（5）鋼頂鋁裙活塞的檢查1.螺紋檢查：連接螺釘用螺紋通，止端螺紋環規檢查其精度。內外螺紋內表面不許有疤痕，毛刺，劃傷等機械損傷。螺栓扭矩（8090n.m）應符合要求。2.活塞頂和活塞裙內外支承面及高度檢查：活塞頂和活塞裙內外支承面，應平整，光滑，輕微凸臺允許打磨消除。更換活塞頂和活塞裙時，應分別測量活塞頂和活塞裙的內外支承面高度應符合要求。頂裙間隙（0.040.10mm ）應符合要求。6 預防及處理措施6.1鍛鋁組合活塞預防及處理措施1.經常檢查噴油器的狀態，使之保持良好

16、的霧化效果，減少活塞的熱負荷，從而增加活塞的壽命，減少活塞體與套松動。2.除了對活塞進行合理選材外，還要對活塞頂面進行處理（如鍍鉻，噴鍍瓷層，鋁頂表面陽極氧化處理及鋼頂拋光處理等）以提高表面耐熱和耐腐蝕性，減少頂面炭煙，增加表面反射熱量或增加傳熱阻。3.為保證活塞頭部不因受熱膨脹而拉缸，火力岸與缸壁之間必須留有一定的冷裝間隙。4.為保證裙部表面改善其運動潤滑狀態和磨合性，通常在裙部表面噴涂固態潤滑劑或電鍍保護層如噴涂二硫化鉬潤滑劑脂涂石墨或鍍錫等。 5.檢修時注意汽缸套與活塞體的和套性，注意打磨使其光滑不漏氣。6.為防止活塞頂被打壞設置避閥坑或氣門穴。7.及時進行硎磨處理，使內孔的表面光滑機油

17、也要定期檢查減少雜質的進入。8.因工作效率不高減少使用或及時更換活塞環。9.為防止燃氣腐蝕減少燃氣對活塞頂面的熱輻射，在活塞頂面及第一環槽10mm以上的外圓面上，電鍍0.02mm鉻層并進行拋光。10.增加銷座垂直筋部位厚度。11.安裝彈簧擋圈以防止活塞銷軸向竄出。12.如有不可修復零件應及時更換，可修復零件及時修復，減少因故障處理不及時而造成的故障擴大。6.2凸型全鋁活塞預防及處理措施1.因工作效率不高減少使用或及時更換活塞環。2.如有不可修復零件應及時更換，可修復零件及時修復，減少因故障處理不及時而造成的故障擴大。6.3整體薄壁球鐵活塞預防及處理措施1.除了對活塞進行合理選材外，還要對活塞頂

18、面進行處理（如鍍鉻，噴鍍瓷層，鋁頂表面陽極氧化處理及鋼頂拋光處理等）以提高表面耐熱和耐腐蝕性，減少頂面炭煙，增加表面反射熱量或增加傳熱阻。2.增加銷座垂直筋部位厚度。3.安裝彈簧擋圈以防止活塞銷軸向竄出。4.改進設計方案，加強鑄造工藝。5.如有不可修復零件應及時更換，可修復零件及時修復，減少因故障處理不及時而造成的故障擴大。6.4鋼頂鋁裙活塞預防及處理措施1.加強生產質量的管理。2.使用優質機油。 3.經常進行檢查及時更換新油環增加油環的刮油能力，減少第一道活塞環槽磨耗超限。4.加強鑄造工藝使螺栓扭矩達到要求。5.對使用螺栓進行嚴格檢查達到使用標準后再使用。6.加強對機車的檢查、保養與使用管理

19、，減少故障的發生。7.如有不可修復零件應及時更換，可修復零件及時修復，減少因故障處理不及時而造成的故障擴大。7活塞環的故障（1）故障現象1活塞環故障，如折斷、磨耗嚴重、積炭卡死等。2第一道活塞環槽磨損超限；（2）原因分析1工藝原因。槽的加工質量達不到要求，表面粗糙度差，造成漏氣，活塞環因積炭而卡死，甚至產生活塞表面氣蝕現象。2.潤滑惡化，使用多年的氣缸套，如不及時進行打磨處理，將因內孔的變形及內表面的光滑程度增加，使儲油能力下降，潤滑惡化，從而加劇氣環磨耗。象雜質混入，機油性能和油環刮油能力下降等因素，都會使潤滑惡化，使活塞環和缸套產生非正常磨耗。3.材質的缺點。對LD8及LD7鍛鋁合金而言，一是膨脹系數大，活塞配缸間隙較大，造成低載時容竄油；二硬度較低，機械強度不如球鐵和合金鋼，易造成環槽磨耗，特別是高溫工作時，導致漏氣，斷環。（3）故障處理及措施1.加強檢查工作，注意故障現象，及時排除故障，更換新