对柴油机配气机构异常磨损的改进

梁丹

摘 要：为了有效地提高配气机构的可靠性，该文针对现如今柴油机配气机构存在的异常磨损问题，从设计、材料等几个方面入手加以计算分析，旨在寻找一个有效的优化设计，以期解决柴油机配气机构存在的问题，确保柴油机的运行安全。

关键词：柴油机；配气机构；磨损

中图分类号：TK42 文献标志码：A

0 前言

柴油机的配气机构是按照发动机气缸工作循环、点火的实际顺序，开启并关闭气缸的进气门与排气门，使气缸之内能够及时地涌入新鲜的空气，排出废气。因此一旦柴油机的配气机构出现问题，不仅运转会受到影响，还会导致燃烧不充分，甚至会造成活塞溶顶、缸套出现破裂的问题。所以，确保配气机构的安全稳定运行就显得尤为重要。为此以下笔者即结合个人实践工作经验与相关参考文献，从理论与实践2个方面入手，提出配气机构异常磨损的原因及其改进优化措施，以供参考。

1 柴油机配气机构异常磨损现象及其原因排查

目前市场上销售的某一型号的柴油机，其铁柱存在较为严重的异常磨损问题，并且出现了推杆折弯、推杆球头边缘异常磨损等情况。为了更好地分析造成该问题的原因，拆解检查了故障发动机，挺柱磨损十分严重，与正常挺住底部高度几乎相差了一半以上，推杆球头边缘的磨损也是如此，而造成这一问题很有可能是因为零件本身存在质量问题。

为了能够更好地解决这一问题，找到解决方法，笔者从设计、工艺、材料等几个方面入手查找原因。挺柱正处于凸轮轴和推杆之间，起到了传递凸轮轴推力到摇臂的作用，同时还能够起到固定推杆球所在球窝中心线位置的作用。并且通过弹簧机构本身的压紧力作用，能够使推杆球头运动到同一个固定轨迹上。所以出现异常磨损故障很有可能是由于自身的设计刚度不足，或者是表面的硬度不足造成的。而结合该柴油机配气机构总体布置情况，通过校核计算可知，如果设计刚度满足基本要求，那么原设计不存在任何的问题。

2 柴油机配气机构故障零件的校核计算与材料风险分析

刚度是指材料或者是结构遭受到外力时抵抗弹性变形的一种能力，是材料弹性变形难易程度的一种表征。所以在故障零件的校核计算上要明确推杆、挺柱本身的刚度是否达到设计要求。为此可以利用以下公式进行计算：

K=EA/l （1）

式中：E为弹性模量；A为横断面积；l为杆长。

通过查表我们得知推杆材料的弹性模量为E1=210 kN/mm2，横断面积A1=78.5 mm2，推杆的长度l1=316.6 mm。

将上述数据带入（1）中，可知：

K1=5.21×104 N/mm

弹簧的最大弹力合力为1.032 kN，由于我们可以认为弹簧的全部弹力都作用在推杆挺柱之上，所以推杆刚度并不存在問题，排除了由于推杆强度不足而造成故障问题的可能性。

通过查表我们得知挺柱材料的弹性模量E=1.4×105 N/mm2，横断面积A 2=803.84 mm2，挺柱底部的长度l 2=8.5 mm。

将上述数据带入（1）中，可知：

K2=1.324×106 N/mm

同样可以近似地认为弹簧的全部作用力都作用在了推杆挺柱上，也排除了由于挺柱底部强度不足而造成变形的可能性。

由于挺柱、推杆刚度都不存在问题，也就排除了由于相关构件刚度不足而造成的推杆弯曲、挺柱异常磨损的问题，设计失误这种情况也就排除了。

此外，该柴油机的挺柱、凸轮接触面使用的是冷激铁柱工艺，但是因为缺乏有效的无上检测手段，所以可能会出现材料风险。

3 柴油机配气机构异常磨损的改进优化建议

鉴于当前各个厂家在冷激铸铁工艺上存在的检测问题，笔者建议可以利用与凸轮轴表面硬度相同的YG11C材料，采用层纤焊接方法将其焊接在挺柱盘的底部，取消原本底部的冷激铁柱工艺。在出厂的时候采取超声波检查方法，既保证了挺柱的可靠使用，又解决了冷激铸铁的工艺风险。而经过了8 000 h的可靠性验证，该方案不仅解决了材料质量可能存在的风险问题，也保证了发动机本身的性能要求。

在推杆头部异常磨损问题的改进优化上，应先对推杆球头的疲劳情况进行分析，通过Pro/E Mechanica软件对推杆建模进行材料、受力定义，结合产品的特性导入Mechanica疲劳分析组建，再进行疲劳分析，随后输出日志寿命，如图1所示。可见推杆球头的边缘存在疲劳断裂风险。而推杆球头边缘一旦出现了疲劳断裂问题，势必会影响到推杆运动轨迹，从而影响发动机的可靠运行。

结合CAE的分析结果，可以将推杆球头边缘的锐角修改成为圆角，同时提高球头最大位置的深度。修改后推杆球头边缘容易遭受疲劳损害的位置已经得到了明显的改善。此时我们再利用Pro/E进行建模，并且导入Pro/E Mechanica之中展开疲劳分析，其计算结果如图2所示。从图2中可以清楚地看到推杆球头的边缘，其寿命明显要大于107，因此也有效地解决了推杆球头的疲劳断裂风险。

4 结语

综上所述，该文笔者就柴油机挺柱的异常磨损情况、推杆的弯曲情况、头部的磨损情况等进行了简要分析，并对此质量问题展开了深入的研究，通过计算与分析对配气机构异常磨损问题提出了相应的改进优化建议，旨在进一步提高柴油机配气机构的运行可靠性，最大限度地提高差柴油机的实际使用寿命。

参考文献

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