活塞组件主要损伤原因分析

陈平

1．活塞顶面主要损伤分析

(1)活塞顶面的烧蚀

活塞烧蚀呈现在活塞顶部，轻者有疏松状麻坑，重者有局部烧熔现象。活塞顶面烧蚀将导致高温燃气窜入曲轴箱，加速润滑油的氧化变质、气缸密封性变差、压缩比下降、燃油燃烧过程变坏、发动机的动力性和经济性下降；严重时活塞开裂破碎，损坏缸套、连杆、曲轴、机体等零部件。

活塞顶部烧蚀的原因主要是不正常燃烧造成的，使顶部接受过多热量或者是活塞环卡死和断环故障之后再大负荷情况下运转而烧顶的。当活塞冷却不良时，在活塞顶上如喷嘴油束对应区域，以及顶部突出的形状如活塞顶部W形凹坑等处产生局部过热，当温度超过一定值后，金属表面出现烧蚀。烧蚀较轻的活塞，允许继续使用，烧蚀严重时必须更换。

(2)活塞顶面出现裂纹

活塞顶面裂纹的方向一般与活塞销孔的轴线方向垂直，主要是热应力引起的疲劳裂纹。其原因：发动机超负荷运转，导致活塞变形量过大，而造成活塞顶面的疲劳开裂。燃烧系统工作不正常或发动机负荷过大时，导致活塞顶面的温度梯度增大，从而造成活塞顶面的热开裂。活塞材质不合格，导致高温强度降低。燃料中含有硫、钒等元素，则会引起高温腐蚀，从而加速裂纹的发展。

2．活塞头部主要损伤分析

(1)活塞环槽侧壁磨损

在活塞上下运动时，活塞环随气缸的形变要做径向伸缩，尤其第l道环槽处温度高，且受到燃气的“冲击”和油楔的作用，因此环在环槽里发生摩擦和振动，引起磨损。有时机油或燃气中含有微粒杂质会引起磨料磨损和机油或燃气的腐蚀作用，加剧了环槽的损坏。活塞环槽的磨损通常发生在高度方向上，第一道活塞环槽磨损最严重。活塞环槽磨损后使活塞环侧隙增大，如不及时修理或更换活塞，会导致发动机工作时烧机油和气缸压力下降等后果。

活塞环槽侧壁磨损程度可通过活塞环侧隙的检查来确定。活塞环侧隙是指活塞环与活塞环槽在高度方向上的配合间隙。测量时，将一新活塞环放入环槽，用塞尺测量环的侧隙。若更换新活塞环后侧隙过小，可将活塞环平放在细砂布上研磨；若侧隙过大，说明环槽磨损，可将活塞环与活塞一起更换。

(2)活塞环在环槽内结焦卡住

活塞环结焦是因润滑油氧化沉积造或环在槽内失去活动自由的结果，这种故障的危害极大。主要原因：柴油机过热或长期超负荷工作，使润滑油产生胶质，活塞环、气缸严重热变形；润滑油污染严重，润滑油品质差；曲轴箱通风装置工作不良，引起负压过大或气缸气密性差，造成机油上窜。因此，必须保证使用合格的机油，防止柴油机过热。

3．活塞销孔和销座部位损伤分析

(1)活塞销在销孔中卡住

若在选配时，孔与销尺寸配合不当，使局部接触比压过高，润滑油膜遭到破坏，会立即引起活塞销咬住。

(2)销座部位裂纹

由于活塞销弯曲、刚度不足或销座顺应性不良，将在销座内端出现应力集中，引起疲劳裂纹。裂纹从销孔上表面开始，并沿着销座的纵向平面延展。在使用中出现这种损伤，往往是由于活塞和销的材质、制造或装配不当造成的。

(3)活塞裙部拉伤或断裂

当发动机处于超载、过热、气缸中进入异物或活塞与气缸配合间隙过小等情况下工作，将导致发动机出现严重故障。轻者出现拉缸，活塞被拉伤；重者活塞环或活塞裙部咬死在缸壁上。这时，当惯性力小时，发动机会立即停止工作；若惯性力大且为多缸机，会因咬缸所产生的拉伸应力使活塞销座部位引起脆性断裂。所产生的裂纹逐渐延伸到整个活塞断面，形成一条明显的裂缝。

4．活塞裙部磨损分析

活塞裙部是起导向作用的，活塞裙部与缸壁间的磨损是不可避免的，随着使用时间的增长，二者间隙不断增大，当大到一定程度，将出现敲缸现象。磨损原因就是材质不好，热膨胀系数太高，高温的情况下造成涨缸。这个部位是飞溅式润滑的，机油好坏也是关键。长时间高温高速的情况下应该让发动机适当地休息冷却。

在选配活塞销时，若销与销孔配合过盈太大，活塞在气缸里工作时会出现反椭圆现象，同样会引起敲缸和窜机油等现象的发生。

5．活塞环磨损与折断分析

(1)活塞环磨损及弹力下降造成折断

活塞环沿气缸套内表面作往复滑动，由于二者间的摩擦，缸径不断扩大，而环会因磨损而变薄，造成活塞环弹力下降；环开口间隙增大，密封性能下降，从而使窜气和窜油变得严重。特别是第l道活塞环更易磨损与折断。

(2)发动机使用或维修装配不当

如柴油机长时间在过热状态下工作，造成活塞环卡住而引起活塞环断裂；加注的润滑油粘度过大；活塞环选配不合理或安装方法不正确等。

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