活塞环的多见磨耗形式、间隙和弹力检测策略

 摘要：活塞环在过热高压和高速的要素下工作，第一道活塞环的作业要素较为困难，持久以来，活塞环一直是发电机组上使用年限较短的零件。 活塞环工作时受到汽缸中发热高压燃气的功用，温度很高，第一道活塞环的温度高达600K；活塞环在气缸内随活塞一起作高速运动，加上发烫下机油可能变质，使环的润滑条件变坏，难以保证良好的润滑，如果使用、维护及装配错误，常造成活塞环事故，直接危害柴油发电机的使用可靠性和寿命。

      由两个活塞环迭合在一起构成的组合式活塞环，两活塞环的各自截面分别为梯形，其斜面处迭合后的整体截面为方形，两活塞环的开口错位迭合；其一表面镀铬处理改进耐磨性能，另一个由于不断磨耗且可补偿损伤造成的侧隙变化，从而延长活塞环的使用寿命。

      活塞环的组合结构如图1所示，在强化发电机组中特别重要，一般要求如下：

（1）第一环要加倍强化，由于它工作条件较差，对窜气、窜油均有重大危害。第一环要求防范产生逆倒角的情形。

（2）中间环的情形在二冲程和四冲程柴油发电机中是不同的。二冲程柴油发电机的第二环，甚至全部压缩环与第一环都是相似的。这是由于二冲程的活塞环经过气口时弗列加空气滤芯官网，工作条件不利。四冲程柴油发电机的第二环的作业条件不很厉害，尺寸多较第一环薄一些。在高速发电机组上主要还是防窜油的功用，端面要求贴合承压，为此，多要求扭曲环，对高增压高平均高效压力的发电机组上，第二环有采用高强度材料的趋向。

（4）在目前强化发电机组中不论油环、或压缩环，均要起密封和刮油双重功能，所以在组合时要考虑它们之间的配合。

      不一样结构和功能的活塞环通过适当的结合，装配在活塞各环槽内，以适应不一样的功用。活塞环数目实际上是按照发电机组的型式，缸径大小和转速高低等不同情形来确定。

      四冲程发电机组，有压缩环（气环）和油环。绝大多数都放在活塞销座以上的位置，压缩环在上，油环在下。有时为了加强刮油效果，也常把一个油环放在活塞销座以下的裙部上。气环在自由状态下的外圆直径略大于汽缸直径，随活塞装入气缸后便产生弹力而紧贴在汽缸壁上，形成第一密封面，使气体无法从活塞环外圆表面与缸壁之间通过，因而当少量气体窜入环槽内，形成背压力用途在活塞环的背面，加强了第一密封面的密封用途。同时，将活塞环向下压紧环槽下端面，形成第二密封面，使其密封性能显着提升(图2)。汽缸内的燃气漏入机油盘的详细通路是活塞环的切口。一般将2～3道气环的切口相互错开形成“迷宫式”封气机构，用以对气缸中的高压燃气进行有效的密封。

      环肩（岸）厚度就是活塞环径向厚度，在铝合金活塞中大都和活塞环的高度相等，如图3所示。在铸铁或钢活塞中取值1～1.2mm，高速发电机组通常为3～5mm。为保证活塞环槽间隙壁的静力强度和疲劳强度，环肩槽根部的圆角半径R不应小于0.4～0.5mm。活塞环槽隔壁的外圆边沿圆角R=0.2～0.3mm。活塞环背上必须制出倒角(1.2～0.4)mm×45°，以保证和环槽的正确配合。

      油气环具有双重作用，一般按气环选购背隙。背隙位置如图4所示。

      刮油环与气环一般按相同的侧面间隙，侧隙位置如图4所示。

      铝合金活塞的环槽，特别是第一环槽，因为承受发热高压气体的作用，其材料硬度显着减少，变得不耐磨。为了提高环槽的耐磨性，可在第一环槽（有时包括第二环槽）上镶嵌上各种形状的耐热护圈。为了防范环槽镶圈在运动时产生松动，以及避免中间发生龟裂、剥落，要求使用热膨胀系数与合金相近的材料。一般采用镍奥氏体铸铁或锰奥氏体铸铁。

      环槽护圈大部分都用于铸铝活塞中。通常运用A1-Fin法的结合工艺，其工艺流程是：将环槽护圈喷丸、清洗、去油迹锈斑及烘干后，放入加热铝槽中渗铝，渗铝厚度约为0.001～0.005mm，然后放在铝活塞铸模中与铝活塞一起浇铸。预先渗铝，使护圈和活塞材料依靠互相扩散形成金属分子结合（中间层系多种化合物，其主体为FeAl，中间层厚度约为0.02～0.03 mm），防范两种金属接合面剥离。

      采用铸铝活塞的强化柴油发电机，也可以采用护圈，但需将护圈表面做得粗糙，形成许多坑，以使活塞在铝合金和护圈之间形成牢固的机械结合。缸径大于100mm的高速柴油发电机已被广泛采用，环槽寿命可提升3～10倍。

      活塞环上下端面与环槽的损伤较小，单侧或在圆周面上有厚度不均匀磨损；活塞环滑动面上因粘着损伤而发生纵向划痕；活塞环与活塞顶部有窜气的痕迹。

      活塞在气缸中的位置不正。其具体危害要素有：新机或大修后的柴油发电机磨合不足；汽缸套因受热不均而局部变形以及汽缸套装入缸体位置不正；连杆弯曲、扭曲严重；曲轴轴向间隙过量等。

      活塞环上下端面有周向划伤且磨耗严重，活塞环发乌；滑动面四周有细小的纵向划痕；油环及活塞环槽回油孔周围有大量油泥。

      造成活塞环过量磨耗的直接起因是运转管理以及维保、维护不当。主要影响条件有：空气过滤器滤清品质差；润滑油类型不合要求、严重污染，润滑不好；燃料中有水或杂质较多；喷油器喷油质量差；柴油发电机经常在大负载、低温状态下作业。

      活塞环单侧或周向接触面上有纵向沟槽；接触面发生金属剥离以及纵向大面积严重划伤。工作面擦伤与粘环情形往往同时存在。

      造成活塞环擦伤的直接缘由是活塞环与气缸间的油膜遭到破坏，详细危害要素有：活塞与汽缸配合间隙过小；柴油发电机持久在高温状态下工作；安装汽缸套或紧定缸盖的策略“非法”而导致气缸套变形；润滑油不足或污染严重；柴油发电机异样燃烧。  

      第一道气环以及油环断裂较多；活塞环工作面有条纹状拉痕现象；断口经常发生在开口两侧的高位区。

      造成活塞环断裂有环本身质量的原因，也有其他原由。详细影响条件有：柴油发电机工作过热，因热膨胀引起开口端相碰造成折断；过大损伤、偏磨；选用的机油粘度过小或过大；活塞环选配、安装手段不正确；活塞环与气缸之间的配合间隙过小。

      活塞环与活塞环槽处有大量的油泥、积炭和胶质、活塞环滑动面上呈现擦亮的光泽；活塞环弹力不足，尤其是气环更为严重；活塞环滑动面上有纵向严重划痕。

      造成粘环的直接原因是活塞环被油泥堆积物、积炭黏结、以及活塞环变形卡滞所致，其主要危害要素有；活塞环及环槽严重变形，活塞环侧隙、背隙过小，使环卡死在环槽内；柴油发电机过热或经常超载工作，使润滑油发生高温胶质；润滑油污染严重、润滑油质量差、润滑油上窜；喷油器喷油品质差及经常爆燃等。

      活塞环的三隙是指端隙、侧隙和背隙。通常来讲，活塞环的三隙是上环大于下环，柴油发电机环大于柴油机环。在检查活塞环的三隙前，应先检查其包装情形以确定其装配的部位，由于有的发电机组的活塞环是以包装的纸色标记辨识，有的则以每一缸的活塞环按顺序包装，即使结构相同的活塞环也不能弄混，因为环的装配位置不一样，其三隙也不相同。

      活塞环端隙是指活塞环置于的气缸内，在环的开口处呈现的间隙，也就开口间隙。端隙过量，影响气缸的密封性；端隙过小，活塞环受热膨胀易卡死在气缸内。检查步骤有两种，详细如下：

（1）如图5所示，将活塞环从柴油发电机气缸内拆除出来，然后用游标卡尺两卡爪分别卡在活塞环两端口进行检测。

（2）测量活塞环端隙时，用活塞将活塞环推入汽缸内，使活塞环的平面与汽缸口面平行，然后用塞尺检测活塞环的端隙，如图6所示。若端隙大于规定值，应另选活塞环；若小于规定值，可对环口一端加以锉修。锉削时应注意只能锉修一端环口，环口应平整，并应边锉边量。然后去掉毛刺，以防范刮伤气缸。

      活塞环侧隙即活塞环在环槽内的上下间隙。侧隙过度将危害活塞环的密封用途；过小则可能使活塞环卡死在环槽内，造成拉缸现状。检验时，将活塞环放入环槽内，用塞尺按图7所示的措施测量。其经验方法是∶活塞环在其槽内柴油发电机拆解图，能沿槽转动自如，且无松旷感觉为宜。侧隙过度需重新更替；侧隙过小，可将活塞环放在平板的砂布上研磨。

      活塞环背隙是指活塞环装入汽缸后，活塞环背面与活塞环槽底部之间的间隙。为了测量方便，一般以槽深和环宽之差表示。背隙的功能是建立背压，储存积炭和预防活塞工作时膨胀过大挤断活塞环而设置的。测定时，将环落入环槽底，再用深度游标卡尺测出环外圆柱面沉入环岸的数值，该值通常为0～0. 35mm。背隙过小，应更替活塞。

      检测活塞环平面度具体靠目测，可持高倍放大镜观测活塞环的上、下平面（尤其是下平面）是否与活塞环槽有均匀贴合的印迹。如贴合极不均匀，存在明显断线或有断断续续现象，应予更替。若条件具备，可将活塞环放置在玻璃板上，持磁性百分表测头搁置在活塞环一平面上。百分表不动，将活塞环作顺时针或逆时针方向的缓慢转动，此时注意观察百分表指针的数值，若在0.02 mm以内，基本合格。倘若超过0.03 mm，则说明活塞环翘曲严重，是活塞环与环槽接触不均匀的具体缘由，可在平板上研磨或更替新环。

      弹力测定仪由测量缸，被测活塞环，千分表，触头，触针，外加载荷，触针支架结构，其特点是被测活塞环安装在测定缸内，且被测活塞环的两个断面垂直测量缸的内圆面，触头与千分表组成一体，触头靠住被测活塞环的内圆面，以能加减载荷的触针靠住被测活塞环的外圆，一旦触头受被测活塞环内圆面挤压时千分表指针会摆动，此时在保持被测活塞环的变位量为定值的条件下，测量外加载荷的大小即表示被测活塞环上该点弹力的大小。

      没有专用测量仪测量环弹力时，可将在用活塞环（或新环）握在手掌心，并反复向里握，使环的两端口靠近数次后，如其自由开口间隙与试验前对比没有变化，即可判断合格。若相差10％以上，说明其弹力下降，应更换。

      活塞环是柴油发电机的关键零部件之一，密封作用是活塞环的作用之一，密封不好发生燃油泄漏，导致压缩不足，动力不佳，导致热动力无劲，严重状况下漏气破坏了缸套与活塞之间的油膜，使之干摩擦易引起发电机组拉缸故障，而活塞环间隙是危害活塞环密封程度好坏的关键因素之一，因此控制合理的活塞环的间隙是非常重要的。