柴油机组合活塞失效分析及改进措施.pdf

2010 年第 3 期 重庆三峡学院学报 No.3.2010 第 26 卷 （125 期） JOURNAL OF CHONGQING THREE GORGES UNIVERSITY Vol.26 No.125 柴油机组合活塞失效分析及改进措施 杜子文 （南充职业技术学院，四川南充 637100） 摘 要：针对现代柴油机组合活塞的结构特点及失效原因进行研究，分析了大功率柴油机组 合活塞的活塞顶、活塞环槽及活塞裙的失效机理，提出了柴油机组合活塞设计应采取的措施． 关键词：组合活塞；失效；改进 中图分类号：TK42 文献标识码：A 文章编号：1009-8135（2010）03-0114-03 由于目前柴油机向高速、重载及大功率方向发展，相应对柴油机的强度提出了更高的要求．作为柴油 机中工作条件最为苛刻的活塞，其设计、加工及材料等方面随着柴油机的日益强化也在不断更新，这些方 面的工作质量直接影响着柴油机的动力性、经济性、可靠性及使用寿命． 本文重点针对柴油机所用钢顶组合活塞的结构特点、失效形式及原因等方面进行分析，特别对其薄弱 环节即对活塞顶、活塞环槽、活塞裙的失效机理进行探讨，提出了相应的改进措施． 1 大功率柴油机活塞结构型式及特点 大功率柴油机的活塞结构型式从最先的整体铝合金活塞，到合金铸铁、可锻铸铁整体活塞再到钢顶组 合活塞经历了三个阶段． 第一代整体铝合金活塞具有工艺性好、成本低、质量轻、线膨胀系数小的优点，但高温下疲劳强度、 硬度均较低，而且存在耐磨性差，环槽易磨损，容易产生裂纹等缺点，所以不能满足现代大功率柴油机高 强度的要求． 第二代合金铸铁、可锻铸铁整体活塞虽然能满足现代大功率柴油机高强度的要求，但由于铸造及模锻 技术要求高，成本高，质量难于保证，大量使用受到限制． 第三代钢顶组合活塞有钢顶铝裙组合和钢顶铁裙组合两种型式． 钢顶铝裙组合活塞具有整体铝合金活塞及合金铸铁、可锻铸铁整体活塞的优点．采用耐热、耐磨的合 金钢解决了活塞顶部热强度和磨损问题，液态模锻铝裙强度高、重量轻，既可提高销座比压又可减少活塞 惯性力，故在大功率柴油机上得到了广泛的应用． 钢顶铁裙组合活塞是目前国际上高强度机车柴油机必威体育精装版结构设计的高承载活塞．它综合了钢顶铝裙活 塞和整体球铁活塞的优点，充分利用不同材料的特性来满足柴油机对活塞不同部位的特殊要求，使其不仅 具有优良的使用性能，而且工作可靠、使用寿命长． 2 大功率柴油机活塞主要失效形式及原因 2.1 环槽的不正常磨损 收稿日期：2010-01-15 作者简介：杜子文（1968-），男，四川阆中人，南充职业技术学院机电工程系讲师，高级汽修工． -114- 重庆三峡学院学报 钢顶铝裙活塞在运行中经常出现活塞环槽严 塞顶应力的增加，在这一增大的交变载荷作用下， 重磨损的情况，尤其是货运车更加突出，其原因主 活塞顶火力岸周向薄壁处产生疲劳裂纹． 要有：首先是活塞环与缸套的匹配不好，故寿命太 2.2.2 钢顶热裂、烧穿 短．随着大修间隔时间的延长，特别是激光淬火缸 活塞钢顶是在高温燃气的冲击下工作的．过高 套的使用，使与之配对的活塞环更不耐磨，活塞环 的活塞温度也是一个破坏因素，这在燃烧室较深及 后期已进入剧烈磨损阶段，活塞环组已不能正常封 冷却较差的活塞中最常见．气缸中的燃气温度最高 气、控油，机油消耗明显上升，这样就会使活塞环、 可达 2 500 K 以上，在这样高的温度下工作的活塞 活塞环槽及缸套剧烈磨损．另外，空气及机油滤清 除本身应具有足够的机械强度外，还必须具有良好 器的滤清效果不佳，机油没有按规定更换，机油内 的冷却性能，使活塞顶部温度及第一道气环温度严 磨料过多，大修