“恒发”轮柴油机拉缸的原因分析及预防

福建 方小明

柴油机拉缸，是指在活塞环的运动范围内气缸内壁出现明显的纵向机械划痕和刮伤，严重时发生活塞脱顶或“胀缸”事故。拉缸是柴油机的一种重大事故，应引起驾驶和维修人员的高度重视。

1 拉缸的磨损机理

柴油机拉缸的机理，直观地说是由于两个摩擦表面之间没有油膜存在而产生的一种局部金属熔着现象，这种形式的金属表面损坏是粘着磨损。气缸与活塞组在润滑不良的情况下滑动时，两者有微小部分金属面直接接触，两种金属由原来的液体摩擦变成固体间的干摩擦或半干摩擦，产生局部高温，导致接触点处发生组织变化、软化，甚至熔融、撕脱，逐步扩展造成粘着磨损。熔着扩展将导致大范围异常磨损，气缸壁、活塞、活塞环快速受到严重损伤，在气缸壁表面上呈现熔融流动状态，显出不均匀、不规则边缘的沟痕和皱褶，就会形成拉缸。

2 柴油机拉缸的原因分析

产生拉缸的原因很多，总的来说有三个方面：使用因素、装配因素、制造加工因素。

2.1 使用因素

(1)不按规定进行磨合，柴油机运行初期(包括大修后)，由于零件加工表面较粗糙，加工后的形状和装配位置都存在一定的误差，配合间隙也较小，因此零件磨损和机械损失很大。因此在磨合期内运转时，必须严格遵守磨合规定，以保证磨合的质量。主要规定包括：减轻负载、限制运行转速、选择优质燃润料，及加强磨合维护等。

(2)润滑油使用不当，一般船用柴油机热负荷大、温度高、工作条件苛刻，应按规定选用合适的润滑油。如果不按规定要求选用润滑油或粘度不合适，将会导致柴油机拉缸。这是因为润滑油粘度过大，其流动性差，特别是在低温起动时，不易快速到达摩擦表面，加速了柴油机的磨损；润滑油的粘度过小，易造成润滑油自摩擦面流失，不能形成可靠的润滑油膜，也会加剧气缸的磨损。因此，要求润滑油的粘度选择要恰当。

(3)柴油机水温过高，柴油机工作时，冷却水的正常温度应保持在80℃～90℃，此时柴油机可输出最大功率，燃油消耗最经济，机件磨损也不大。如果冷却水的温度过高，柴油机金属零件长时间在高温作用下，强度、弹性和耐磨性会下降；同时高温使活塞热膨胀量超过限值，将配缸间隙完全消除，造成活塞在气缸内卡死。此外，润滑油在高温下粘度变小，使气缸壁上不能形成可靠油膜，使活塞环与气缸壁间形成干摩擦或半干摩擦而拉缸。造成柴油机水温过高的主要原因有：冷却系中水量不足、海淡水热交换器和水套内壁水垢过多、水泵泵水效能欠佳等。

(4)严重超负荷，如果船舶超载航行，就要求柴油机输出功率增大，气缸内平均指示压力增加，易引起水温、油温升高，气缸油粘度下降，气缸壁上的油膜因缸壁温度的升高和气缸油的变稀而受到破坏，从而加剧气缸的磨损。因此柴油机应避免长时间超负荷运转，以免发生拉缸事故。

2.2 装配因素

(1)活塞选用不当，在选配活塞时，如果选用的活塞硬度与气缸壁硬度配合不当，就容易引起拉缸事故的发生。如果活塞质软，热膨胀系数大，高温时强度差，当柴油机在高速运转、温度升高、气缸油稀薄的情况下，活塞受力面的合金极易熔化而形成粘缸，最后发生拉缸。

(2)活塞装配间隙过小，活塞与气缸的装配间隙有严格规定，间隙小，热车时可能会“拉缸”。因此装配活塞时应严格控制其配缸间隙。检测配缸间隙时，可将不装活塞环的活塞放置在气缸内，用规定厚度、长度、宽度的塞尺塞在活塞与气缸壁之间，在规定点处测得间隙值，应在许用范围内。

(3)活塞环的搭口间隙太小，活塞环在气缸内受到高温影响会膨胀，而环的膨胀受气缸限制不能自由伸展，只有向活塞环的搭口间隙处伸展。如果活塞环的搭口间隙太小，便会发生轧环或断环的现象，最后形成拉缸。装配活塞环时要注意检查其搭口间隙是否符合技术要求。从一些柴油机拉缸的实际情况看，环的搭口间隙过小是造成拉缸的不可忽视的原因。

(4)活塞销卡环漏装或弹力不足漏装活塞销卡环的作用是卡住活塞销，防止活塞销轴向窜动。若装配时忘记装此卡环，则工作中活塞销就会因轴向位移而刮伤气缸壁，形成拉缸。另外，如果活塞销卡环失去弹力后继续使用，卡环就不能靠其弹力紧紧贴合在卡环槽内，容易脱落，最终导致活塞销损伤气缸套而拉缸。

2.3 制造加工因素

(1)活塞椭圆度的影响，活塞在工作中由于金属分布不均匀和受热、受力等原因，造成活塞在活塞销轴线方向膨胀量大。因此，在制造加工时预先将活塞制成椭圆形，其短轴方向为销座孔轴线方向。这样在全负荷工作时，活塞裙部将变成圆形，以保证活塞与气缸周围间隙接近均匀。如果椭圆度不足，可能会导致活塞在气缸中卡死；若椭圆度过大，将使活塞与缸壁的实际接触面积减小，也使磨损和拉缸的倾向增大。

(2)活塞锥度的影响，活塞在工作中受热变形，为了使活塞在工作中能有一个合理的形状，与气缸壁保持均匀的间隙，柴油机活塞都制成上小下大的锥体。通过对一些柴油机拉缸活塞的分析，裙部锥度在0．04 mm以下容易拉缸。拉痕为三角形和八字形的拉缸活塞，可能与锥度过小有关。

(3)活塞表面硬度的影响活塞表面硬度对拉缸有极大的影响。通过对一批拉缸和不拉缸活塞表面硬度进行测量，发现发生拉缸的活塞表面硬度普遍比不拉缸活塞的硬度低HBl0～HB30。活塞热处理过程中升温速率、淬火温度和保温时间等某一参数稍有偏差，则会产生表面硬度低，活塞的内应力不能完全消除，使活塞金相组织处于不稳定状态，在大负荷中遇到高温，容易产生异常膨胀变形现象，造成拉缸。

3 拉缸的主要预防措施

(1)对新的和大修后的柴油机，一定要先经过磨合，即在保持良好润滑的条件下，按照转速从低到高，负荷由小到大的原则，认真按照规定的磨合程序操作，然后才能投入正式的负荷运转。

(2)按照使用说明书的要求，正确选配活塞裙部与气缸套之间的间隙、活塞环的搭口间隙。同时要保证气缸套的尺寸精度。

(3)保持冷却水正常工作温度，避免柴油机过热。低温下柴油机启动前应采取暖缸措施。

(4)合理操作使用柴油机，不要超负荷作业，不要迅速加速。

(5)维护好润滑系统，气缸油选用符合要求，防止机械杂质和积炭混入气缸油内而加剧气缸磨损。