凸轮轴、活塞和气门摇臂断裂三例损坏检修措施

摘要：凸轮轴、活塞、摇臂是柴油发动机里的一个部件，也是柴油发电机组配气构造中的重要零配件，它的作用是定时开启和关闭各汽缸的进、排气门，使新鲜的可燃混合气或空气得以及时进入气缸，废气得以及时从汽缸排出。因此，在规划中对配气装置零件在强度和支撑方面的要求会很高，特种铸铁是它的材质，偶尔也选取锻件，于是在发动机中配气系统占据着很重要的地位。但由于配气系统运转时需要承受着交变荷载，长时间的工作会发生疲劳裂纹，从而造成零件不正常受力疲劳断裂。康明斯公司在本文主要针对凸轮轴、活塞、摇臂断裂故障出现的原因进行了剖析，并提出相应的处置步骤，以减少cummins用户损失，保证康明斯发电机组以后工作的安全。

      柴油发电机在运行中突然出现很大的敲击声，排气管冒出一阵黑烟，应立即熄火。摇转柴油发电机主轴能转动，但无压缩，经检验为活塞断裂。 

      冷却机构工作不好，有冷却水渗漏状况而仍然运行发动机，造成发热状态下，缸套与活塞咬死，引起活塞断裂。润滑机构作业不佳，机油未及时更换，或更替劣质机油、更换不合标号机油，或发动机机油不足，引起摩擦、损伤过大，温度也随之升高，缸套与活塞咬死，引起活塞断裂。柴油发电机持久超负载作业，发动机高速大负荷运转致温度太高、磨耗严重，长此下去，易导致活塞断裂。

      如活塞与气缸间隙过小，活塞销与连杆小头衬套、活塞销座孔配合过紧，连杆（瓦）装置松动；安装活塞销时活塞未经加热而猛敲猛打，引起活塞严重变形或发生裂纹。

      活塞环开口间隙较小（间隙位置如图1所示）、活塞环胶结或断裂会导致活塞环无法与缸壁紧密贴合，活塞顶的热量无法及时传走，同时还会导致过热气体下窜，结果使活塞顶及活塞环槽部位因发热而烧蚀。

      进、排烟门与活塞相撞，或活塞销与活塞销座孔磨损严重，间隙过度，有撞击现象，致使活塞断裂，连杆弯曲、活塞与缸套发生偏磨。

      活塞铸造时存在气孔、疏松、微裂痕、夹渣等缺点康明斯柴油发电机组官网，则在发烫高压用途下，这些气孔、疏松、微裂纹会成为疲劳源而引起疲劳事故。在发动机工作时，活塞径向受到汽缸筒的作用力，连杆体在往复运动中，通过连杆小头、活塞销对活塞形成用途力。如图2所示，F是汽缸筒对活塞的功能力，F′是活塞销对活塞的用途力，F-F与F′-F′形成2个力偶，且方向相反。当有疲劳故障时，这2个力偶导致活塞从径向横截面的应力较大处容易断裂。

      替换活塞时，应检验连杆是否弯曲，若连杆弯曲或扭曲，应予以校正（如图3所示）。

      检查活塞销与连杆小头衬套、活塞销座孔配合是否磨损过大，如图4所示。在冷态时，活塞销与活塞销座孔有相对转动时，应更替活塞。在更换连杆小头衬套时，连杆小头衬套压入连杆衬套孔以后，其内径需用专用铰刀铰削，若无专用铰刀，可用三角刮刀慢慢刮削，一边刮，一边用活塞销试配，直至配合良好。用专用铰刀手工铰削连杆小头衬套时，把铰刀夹在钳台上。铰削时，要注意连杆轴线应与铰刀轴线相垂直，慢慢地边转动连杆，边向下推进铰削。每铰一刀以后必须将连杆衬套内切屑擦净，用活塞销与连杆小头衬套试配，铰好后应保证配合间隙在0010～0046 mm。检验活塞销配合的松紧度。将活塞销事先插入连杆衬套内约20 mm左右，然后用大姆指推动活塞销，若活塞销能依靠大姆指的力量缓缓推进连杆衬套，说明间隙合适；若大姆指刚一接触活塞销，活塞销便从连杆衬套内一穿而过，说明间隙过量；若依靠大姆指的力量推不动活塞销，说明间隙不够，还需要适当铰削。

      若由于柴油发电机过热而致使活塞断裂，则应找出原由，首先检查防冻液是否充足，润滑油品质是否合格，有无漏水漏油的地方，柴油发电机运行是否持久超负载的习惯，找到故障后及时排除。

      若活塞顶部有被气门撞击的痕迹。应检验气门下沉量是否过小、气门间隙是否过小。

      气门摇臂折断时，汽缸盖罩内发出“咔嚓”响声，排气管冒出白烟（进气门摇臂折断），或不冒白烟（排烟门摇臂折断），柴油发电机即自动停机。

（1）气门导管装配深度不够，弹簧上座及气门锁夹与气门导管相碰；摇臂品质不佳；活塞碎裂后与气门撞击而顶坏摇臂；外来物掉进气缸；柴油发电机产生“超速”损坏等。

（2）气门间隙或减压装置间隙调整过小，引起气门碰活塞顶；更替新气门座圈，由于座圈过高，引起气门头部沉入汽缸盖平面深度不够，引起气门头部与活塞顶部相撞；气门杆卡死在气门导管内导致摇臂折断；配气正时齿轮啮合位置不对，或齿轮键槽损伤松动，引起柴油发电机配气时间错乱。

      当发现有某一摇臂折断时或怀疑摇臂即将折断时，应对其他摇臂也要做技术检测，可操作裂痕检测组件（零件号 3375432）检验摇臂和轴支架有无裂痕或故障。流程如下：

（4）用观察法检测摇臂和支架，裂纹会表现为明亮的实线；铸件中的穴蚀会表现为一个小的圆形标记。

      拆下气缸盖罩，首先检查气门导管压入深度是否足够，检查气门导管及气门弹簧上座、气门锁夹有无因碰撞而产生的痕迹。柴油发电机气门导管压入气缸盖后，凸出高度（从气门弹簧下座支承面测定）应为20 mm。

① 若凸出的高度过高，气门到较大升程时，气门弹簧上座或气门锁夹容易与气门导管相撞，致使气门摇臂断裂（摇臂断裂前实物如图7所示，摇臂断裂后实物如图8所示），其后应对损坏部件进行更替。

② 若凸出的高度偏低，气门处于关闭状态时，会导致气门头锥形面与导管相碰，使气门关闭不严而漏气。其后应对其进行调整。

③ 若不是由于气门导管安装偏高，须拆下气缸盖，观察有无外来物掉进气缸。若有异物进入，其后进行清理并再次检测和验证。

      若确认相撞，应检验气门间隙或减压装置间隙是否过小，气门头部沉入汽缸盖平面深度是否过浅（沉入深度进气门为150～195 mm，排烟门为0.90～1.25 mm）。若过浅，应用气门铰刀铰削。气门座凡尔线过宽、有麻点或沟槽时也可以用此方式。铰削程序如下：

⑥ 用45°铰刀精铰气门座。用柴油或煤油注入进、排烟道检修气门密封性。如有渗漏可用研磨砂研磨气门座。

      凸轮轴多发的故障包括锻炼，不正常损伤和异响。出现异样磨损的症状都是异响和断裂之前的症状。凸轮轴断裂较易发的起因就是因为凸轮轴质量差，磨损情形严重，液压挺杆破裂和正时齿轮破裂，还有一个原由就是润滑不佳康明斯发电机组价格一览表，导致凸轮轴滑动起来有障碍。下面就用康明斯一款发动机的凸轮轴来举例剖析产生断裂的原由。康明斯凸轮轴的是用特种铸铁共而成的，凸轮的表面和轴颈的表面温度是通发烫排除工艺而来的。硬度54～60HRC，3～7mm的硬化层深，凸轮轴推片必须达到材料20钢的技术要求，温度表面要有52～63HRC，渗碳层深0.4～0.9mm。

      首先要检修的一项就是发动机，要看油路畅通是否在正常工作，有没有气阻的现状。如果在供油正常的状况下，将气门室盖拆开，发现因为严重弯曲而致使气门正时错乱的顶杆，大约有3～4根左右。其中凸轮轴已经断裂，断裂的部位正好在凸轮轴装配齿轮的根部。瓦的表面没有存在烧损和脱落的现象，再将气缸盖拆开，里面有气门冲击塞头的痕迹但不是很深，弯曲和磨耗的现状在活塞连杆的检测中也看不到，缸体倒立时，表面依然完整的凸轮轴并且可以在轴孔中活动自如，弯曲和不能转动的现状根本不存在，每只都能顺利抽出。大、小瓦的配合间隙偏大主要由于大、小瓦的接触面比较黑。连杆轴颈和主轴颈都在标准尺寸范围内。可以很顺利的抽取观察是否有损伤和弯曲，气门挺柱头部圆弧面保持的也很保证。

      柴油发动机的装配一切都要按照大修步骤和大修技术标准来严格执行，对凸轮轴和曲轴的要点就高。如果齿轮轴颈已经被磨损，那么它的直接表现是齿轮只有旋转半圈，曲轴在拆卸的时候也会有磨耗的状况。于是要进行凸轮轴孔和凸轮磨耗检验：

      如图9所示。用外径千分卡尺检修凸轮，凸轮高度比标准高度低0.4mm时，应修磨凸轮，低1.0mm时，用堆焊法修复。凸轮起槽或有斑点要用油石修理。

      用外径千分卡尺测定各道轴颈的圆度和圆柱度。圆度和圆柱度偏差大于0.015mm时，用磨削方式缩小尺寸修理，每级级差-0.20mm，一般可加工至-1.0mm。

      操作外径检测仪或内径测定仪检测凸轮轴轴孔的直径，如图10所示。公式为：D=轴颈直径+轴颈与轴承配合间隙+轴承与座孔的配合盈量。

      操作同心度测定仪或三坐标测定机检测凸轮轴轴孔的同心度，确定其偏差量。

（1）首先要考虑的问题是是否设计强度不够而致使断裂。如果一台发动机持续工作数年，或者此型号的柴油机在别的汽车没有发生断裂情况，那就是此发动机的凸轮轴设计强度不够不恰当。

（2）拆开各部件的零件来看，在定式齿轮并没有见到冲击痕迹或异样损伤等状况，从而可以断定冲击附加应力的是否存在。

（4）致使凸轮轴断裂的还有一个原则是，凸轮轴在被气门与活塞头头部逼住，引起凸轮轴的旋转速度也有所减慢，虽然发动机已经熄火，但是发动机的惯性引起凸轮轴还在不停的转动，较大的扭矩状况在就齿轮在凸轮轴上依然不断的高速运行的情形下发生了。从而就出现了凸轮轴断裂的情况。

（1）应该尽量降低凸轮轴的磨耗程度才是较关键，凸轮轴在引起弯曲断裂是在气缸盖轴承孔出现严重磨损的时候，就要跟换其凸轮轴，但如果不停的更替凸轮轴，不仅会使凸轮轴的寿命降低，对柴油发动机的危害也很不好。

（2）从凸轮轴的构造上来剖析，整体的扭杆轴是在旋转和传递扭矩的情形下变成的，气门在弯曲负载工作情形下，凸轮轴该当发挥好它的作用，要承受气门弹簧施加的弯曲载荷，用分段的机构来保证凸轮轴的弯曲刚性，将曲轴颈分成不同的段位。

（3）如果想使凸轮轴的疲劳断裂状况有所减小，选择45号刚为凸轮轴的材料，前提是要考虑凸轮轴的实际状况和作业要素。在凸轮及支承轴颈外圆面机部分加工感应淬火，而未加工的毛坯面应在轴颈，凸轮及支撑轴颈断面部分，毛坯面上有脱碳情形在断裂处表面，而脱碳层可以缓解疲劳断裂处较为严重的地方。

（4）对凸轮轴的保养时间也要恰当，应定时的对发动机以及凸轮轴保养修理，使其作业性能的功能发挥的更好。

       新的主轴在装配的时候一定考虑好定位因素，无法产生松动或过紧的情况，要把齿轮敲打金主轴齿轮的轴颈上。最后将发动机的一切材料都给组装完毕，实验发动机是否可以正常起动，如果可以正常启动那么发动机没有问题。

     综上所述，柴油发动机气门系统中的活塞、摇臂、凸轮轴断裂出现损坏原由应为长久的转动而出现的断裂，还有异常的摩擦磨耗也不断程度的损害到了气门装置的作业性能，一般都是因为承受了异样的附加弯矩，磨耗破坏了原有的组成刚性，所以要防范这种状况的产生，就要在起步的时候就购买性能较好的材料，经常检查气门装置的运行状况，减小断裂事故的发生。此外，柴油发电机作业时康明斯发电机参数表，除了会发生一些多见事故外，有时还会出现相当严重的、少见的损坏性损坏损坏，给柴油发电机操作带来重大损失，也威胁着操作者的人身安全。因此，领会这些损坏发生的因由，使用中注意避免，对减少损失，保证工作安全意义重大。