维修方案：活塞环的磨损量计算、规律及质量检验办法

气缸活塞组是发电机的心脏，特别是活塞环其技术情形变坏或发生损坏，不仅危害发电机的动力性和经济性，而且将缩短柴油发电机使用寿命。近年来，伴随柴油发电机的高输出容量化和高性能化，活塞环类滑动部件的使用环境越发严苛，要求具有良好的耐损伤性、抗划性的滑动部件。在操作过程中，活塞环的详细故障均是因为零配件损伤、烧蚀、结胶、积炭等缘由导致的，尤其是零配件的损伤，是造成密封性下降的具体因素。康明斯公司在本文引荐了活塞环的类别及其作用，同时总述了活塞环磨耗规律和起因详述柴油发电机维修公司，最后为此提出了改善后的活塞环装配步骤。

      活塞环是发电机曲柄连杆机构活塞连杆组中的一个零部件，活塞环的三个环具体分为两类，根据活塞环的发挥的作用及所处的位置分为气环(压缩环)和油环，其结构和用途如图1所示。

      气环功能是保证活塞与气缸壁之间的密封，防止活塞上部的高压气体漏入机油盘。当密封不良时，压缩冲程中的气体漏出较多，使压缩终了的压力降低，对于柴油发电机会造成无法启动。发热燃气漏入机油盘还会使活塞温度升高，机油因受热而氧化变质。除密封用途外，气环还起传热功用。活塞顶部所吸收的热量，大部分要通过气环传给汽缸壁（因活塞头部并不接触气缸壁），再由外部的冷却介质带走。

      如图3所示。活塞环在自由状态下，其直径比气缸直径大。当环径向压缩随活塞一起装入气缸后，便出现径向弹力F0，使之与气缸壁压紧，形成了第一密封面，其压紧力为FA 。气缸中压力为PZ的高压气体无法从次密封面下窜，便进入侧隙和背隙，功能在环侧面上的气体压力P1把活塞环压紧在环槽的下端面上，形成第二个密封面，其压紧力为FB背压力P2则使环更紧地压在汽缸壁上。燃气使环对缸壁和槽侧的压紧功用称为气环的第二次密封。有了两个密封面的密封，通常只有开口处是唯一的漏气通道。但因为开口间隙很小，并互相按一定位置错开，形成一个迷宫式封气路线，起到一个气体节流的作用。

      油环作用是将汽缸表面多余的润滑油刮下，不让它窜入燃烧室，同时使汽缸壁上润滑油均匀分布，改良活塞组的润滑条件。油环位于气环的下面，其工作温度和燃气压力相对偏低，而油环为了高效地刮油，又要求有过高的压力压向汽缸壁。因此，油环一方面本身的弹力较大，同时又尽可能地降低环与汽缸壁的接触面，以增强单位面积的接触压力。油环分为普通油环和组合油环两种。

      活塞环装入汽缸后其两端之间应有端隙（开口间隙），与环槽间应有侧隙和背隙，统称为活塞环的“三隙”。如图4所示。

      活塞环端隙是指活塞环随活塞装入气缸后，环在上止点时环的两端头的间隙。这个间隙避免环受热膨胀卡死在环槽内（第一道气环0.25—0.45mm，其余气环0.20—0.40mm）  。

      活塞环配置在环槽内上下面的间隙，这个间隙防范环卡死在环槽内（0.03—0.07mm）  。

      活塞环在工作时靠燃烧时的高压气体进入背间隙对活塞环产生压力，来加强活塞环与气缸作业面的密封功能（0—0.35mm）。

      气缸活塞环的磨耗详细是活塞环受高温高压燃气的作用，活塞往复运动的冲击和润滑不良所致，气缸活塞环的损伤速度很快，造成活塞环的弹性逐渐减弱，在正常工作因素下，活塞环与气缸套壁面之间存在一层很薄的润滑油膜，但该油膜的厚度尚未能将2个工作表面分隔开，同时在润滑油中还有磨料性质的机械杂质，因此对汽缸活塞环的损伤规律可按磨料磨损模型描述。其磨损率为

式中，K=k1k2k3，k1，k2，k3分别为材料表面特征系数、磨粒特性系数和区域形状系数；

      因此该类汽缸活塞组在正常工作条件下的磨损率计算式为：

      活塞环是柴油发电机中的一个重要部件，主要用于密封气缸和控制汽缸内压力。为确保发电机正常运行，活塞环的检测是必不可少的。活塞环的检修项目如下：

     如图6（a）所示。将活塞环平正地放入气缸内，用活塞顶部把它推平，在汽缸下部放置一发亮的灯泡，在活塞环上 放一直径略小于汽缸内径、能盖住活塞环内圆的盖板，然后从汽缸上部观察漏光处及漏光处对应的圆心角。通常要求活塞环局部漏光度每处不大于25°；较大漏光缝隙不大于0.03mm，每环漏光处不超过两个，每环总漏光度不大于45°；在活塞环开口处30°范围内不允许有漏光状况。

      如图6（b）所示。将活塞环压缩至一定程度后检测其压缩强度，以判定其耐久性。详细对策是在活塞环开口的垂直方向施加压力，使开口达到规定的端隙时在活塞环直径方向施用的功用力。活塞环的弹力也可用活塞环检验仪检查。

      使用硬度计检测活塞环的硬度，以确定其材质是否合格。

注意：整体铸铁油环不宜测量硬度值，由于油槽油孔的结构，引起无法准确测出硬度值。对于环高低于1.5mm的铸铁环，测量硬度的作业台面中心不能有凹坑，如有凹坑则测量时应添加一定刚度的垫片，将环样放置在垫片上测试(垫片应有较好的平行度，其表面粗糙度在Ra0.8μm以下)，否则测定的硬度值会偏低，可能低 1~2个HRB单位，甚至环被压断。

      将活塞环装配在一个模拟汽缸的测试机上，通过测定活塞环在运动流程中的磨损量来预判其寿命。

      以上是活塞环检查项目的一些基础内容，具体检测项目和措施还需根据不同的活塞环分类和使用因素进行调整。

      因为活塞环与缸壁长久摩擦，容易造成损伤，导致间隙过度，进而危害气缸的密封性，减少发电机的压缩比，致使动力不足，燃油消耗增加。

      活塞环弹性较大，但长久操作后会逐渐失去弹性，使其易受冷热变形影响，致使断裂。此时，活塞环无法充分贴合缸壁，从而危害气缸的密封性，致使漏气、燃烧不充分等问题。

      在发电机发烫高压环境下，活塞环容易因积碳或者油膜破裂而卡死，引起活塞环与缸壁摩擦增大，损伤加剧，进而危害发电机的正常运转。

      当发电机长期高速运行或者机油不及时更换时，活塞环容易产生烧蚀现状康明斯柴油发电机故障图标，引起活塞环与缸壁之间发生过度的间隙，进而影响汽缸的密封性，使发电机的输出无力。

      缸套、活塞配合的间隙不符合标准 ，使缸套与环之间出现早期磨耗 ，而使环的边间隙和端间隙加大 ，密封效果变差。活塞环开口邻近或开口重迭 ，特别是油环口的重迭 ，致使机油上窜外溢柴油机故障灯一览表。

      活塞环失效致使的多发损坏状况如图7所示，当然活塞环的选定对事故危害也很重要。气环应该选定密封效果较好的扭曲环和耐损伤的镀铬环 ，油环尽量选型组合环 （形状如图8所示），除增强密封性 ，还加强了布油和刮油能力 ，减轻烧排机油的现象。

      活塞环在安装时，必须使用专业工具（如图9所示）。应注意其装配方向，环开口方向印有标记（圆点、字母）的方向，装配时此环面朝上（活塞顶部）方向，如图10所示。

      在实际使用 ，将三道气环的开口呈 180°装配 ，使第一道环口与第三道环口在同一直线上 ，但三道气环开口位置都与活塞销垂直。因为第二道气环的密封功能 ，不会使第一道气环口进入的气体直接进入到第三道气环口处 ，这就是活塞环口呈 180°安装的优势。

      同样的道理 ，在装配油环时也是遵循这一机理 ， 可高效地避免缸壁上机油上窜 ，从而高效地防范柴油发电机烧排机油的现状。

      根据这个活塞班安装步骤的改进 ，在修复过程中 ，通过对比试验 ，柴油发电机持续工作 1500～2000h 没有发现烧排机油的现象 ，可使活塞环的使用时限提升 2～3 倍 ，效果是很理想的。

      气缸活塞组由于损伤引起的一些故障，在不拆卸要素下是很难进行直接测定的，一般做法是采用一些诊断指标，通过相应的排除办法来判定其技术情形的变化。主要评价指标有通过异响来预判气缸活塞组磨损过度而引起的声响指标、反映气缸密封性的气缸压缩压力、油底壳窜气量、气缸漏气率、进气管真空度及论述曲轴箱内润滑油中金属颗粒的含量等。其中对发电机汽缸压力的检测和解读是较基础的手段之一，从气缸压力的浅述中几乎可得到有关气缸活塞组磨耗的全部信息。