1 簡 述 活 塞   

活塞是柴油機的主要運動部件之一，是燃燒室的組成部分。柴油機的活塞可分為十字頭式柴油機活塞和筒形活塞式柴油機活塞兩大類。前者由活塞頭、活塞裙、活塞環(huán)、活塞桿和活塞冷卻機、構(gòu)組成，后者由活塞本體、活塞環(huán)和活塞銷組成。   

1.1 活塞的作用      

活塞既是燃燒室部件的組成部分，又與連桿、曲軸等部件組成運動機、構(gòu)。活塞的主要作用是在保證密封的情況下完成壓縮和膨脹過程，并將氣體力經(jīng)連桿傳遞給曲軸。在筒形活塞式柴油機中，活塞承受側(cè)推力，起著滑塊的作用。在二沖程柴油機中還啟閉氣口，控制換氣。     

1.2活塞的工作條件    

在柴油機工作中，活塞受到燃氣高溫、高壓、燒蝕和腐蝕作用。它的熱負荷和機械負荷很高，而活塞材料在高溫下機械性能又有所降低，所以活塞在工作中容易發(fā)生裂紋和變形?；钊c汽缸之間，在相對運動中產(chǎn)生摩擦和撞擊。在氣缸中，活塞由于溫度很高、燃氣沖刷、往復運動等原因，它和汽缸之間不可能建立液體動力潤滑，因此摩擦損失功大，磨損嚴重。在中、高速柴油機中，活塞具有較大的往復慣性力，使得柴油機的震動加劇。 

2 檢查故障的基本方法

2.1 活塞損壞的原因        

活塞是柴油機的主要運動部件之一，是燃燒室的組成部分。活塞工作時承受著很 大的機械應力和熱應力，同時還承受摩擦。因此，在使用中活塞容易損壞，特別是高增壓柴油機的活塞。活塞的主要損壞形式有：外圓表面及環(huán)槽磨損、裂紋和破裂、頂部燒蝕等。    

2.2 活塞外圓表面的磨損原因    

一般中小型柴油機的筒形活塞裙部外表面容易發(fā)生磨損。這是由于運轉(zhuǎn)中活塞裙部起導向作用和承受側(cè)推力的結(jié)果。大型十字頭式柴油機活塞運動部件的運動是靠導板、滑塊起導向作用和承受側(cè)推力，況且活塞與氣缸套之間的間隙較大，所以正常運轉(zhuǎn)中活塞外圓表面是不會磨損的，只有在活塞運動裝置不正和拉缸等異常情況下才能發(fā)生。  活塞裙外表面磨損后，裙部直徑減小活塞與氣缸的間隙增、大，活塞橫截面產(chǎn)生圓度誤差、縱界面產(chǎn)生圓度誤差等。這些都直接影響活塞的工作性能和柴油機的功率。    

2.3 環(huán)槽磨損的原因    

活塞環(huán)槽端面磨損是活塞常見的損壞形式，尤其以鋁活塞為多。環(huán)槽端面磨損主要是由于環(huán)在環(huán)槽中的相對運動，包括環(huán)在環(huán)槽中的往復運動、環(huán)的徑向膨脹運動、環(huán)在環(huán)槽中的轉(zhuǎn)動和扭曲運動。其次是由于新氣中的灰塵硬質(zhì)顆粒、燃氣中的炭粒，尤其是燃用重油時的更大更堅硬的炭粒，這些硬質(zhì)顆粒在環(huán)與環(huán)槽端面之間形成磨粒，加速環(huán)槽端面的磨損。此外，如果燃燒室的高溫使活塞頭部和環(huán)槽變形、材料性能下降、環(huán)與環(huán)槽端面間的油膜破壞時，則環(huán)槽磨損更加嚴重。  

環(huán)槽端面磨損使其與環(huán)的配合間隙增、大，這將使活塞環(huán)的密封性下降，產(chǎn)生漏氣，使壓縮壓力和爆發(fā)壓力降低，同時進入環(huán)背面的燃氣增多，高壓燃氣將環(huán)壓向缸壁致使環(huán)容易折斷。環(huán)槽多面磨損使環(huán)槽截面形狀由矩形變?yōu)樘菪位虺霈F(xiàn)磨臺，且以第--、第二道環(huán)槽磨損為重為快。一般活塞環(huán)槽端面的磨損率小于0.01mm/kh為正常磨損。

2.4 活塞裂紋和破裂的原因    

活塞頭觸火面產(chǎn)生裂紋是指在活塞頂面產(chǎn)生的徑向或圓周向裂紋、起吊孔邊緣裂紋及第--道環(huán)槽根部裂紋。  

活塞頭部裂紋主要是熱應力引起的，同時還有機械應力的作用。柴油機運轉(zhuǎn)時，活塞頂部溫度分布不均勻：頂部中間或邊緣溫度高，鑄鋼活塞可達450℃；鋁活塞可達300~375℃，頂面冷卻側(cè)及第--道活塞環(huán)槽的溫度一般在200℃左右。在正常工作條件下，活塞頭部各處存在著溫差應力和高壓燃氣作用的機械應力等，而且這些應力又都是周期性的；當噴油定時不正、燃油霧化不良或火焰接觸活塞頂面時就會造成局部過熱，引起過大的熱應力；當柴油機超負荷運轉(zhuǎn)或活塞頂部冷卻不充分時也會引起熱應力。過大的熱應力會引起裂紋。柴油機頻繁起動、停車也會引起熱疲、勞裂紋。  活塞頂面裂紋還會因冷卻不充分，活塞頂面散熱不良所致。  例如水冷活塞冷卻側(cè)結(jié)垢嚴重或活塞頂面積炭嚴重時就會使活塞頂面局部過熱，導致裂紋。通常，結(jié)垢層或積炭層超過0.5mm時，就會使因過熱產(chǎn)生裂紋的可能性急劇增加。所以，為防裂紋產(chǎn)生，柴油機應定期吊缸檢修，加強冷卻水的定期處理等維修保養(yǎng)工作。  活塞頂面的起吊孔邊緣和第--環(huán)槽根部就會因應力集中產(chǎn)生裂紋。   

2.5 活塞燒蝕的原因    

首先由于活塞頂部直接與燃氣和火焰接觸，溫度很高，尤其當噴油定時不正確或噴油器安裝不良或冷卻側(cè)結(jié)垢使頂部局部過熱，溫度更高；其次，由于柴油機燃用的重油中含釩、鈉過多，就會在活塞頂部溫度高達550℃以上的部位產(chǎn)生高溫腐蝕。同時，活塞材料過熱時發(fā)生氧化、脫碳而使其化學成分變化。在以上因素綜合作用下，活塞頂部金屬產(chǎn)生層層剝落使其頂部厚度逐漸減薄，出現(xiàn)釩腐蝕的麻點或凹坑，大小、深淺不一的分布于活塞頂部，這種現(xiàn)象成為活塞頂部燒蝕。嚴重時可使頂部燒穿。  活塞頂部燒蝕使頂部厚度減薄、強度降低，甚至影響氣缸壓縮比，降低柴油機的工作性能。 

3 活塞損壞的修、復    

以上四種現(xiàn)象的出現(xiàn)，是活塞在工作中的主要損壞形式。一般在船舶上沒有條件完成重度損壞的修、復，通常視損壞情況而定是否予以換新或繼續(xù)使用。下面簡單的介紹這四種損壞的修、復。    

3.1  活塞外圓表面磨損的修、復    

活塞裙部外圓表面磨損不太嚴重時，采用光車群部外圓，消除幾何形狀誤差。光車后滿足活塞與氣缸間隙時可繼續(xù)使用。否則依活塞材料不同采用不同的對策：鋁活塞采用換新，鑄鐵活塞可采用熱噴涂、鍍鐵等工藝恢復尺寸；鑄鋼活塞采用鍍鐵、堆焊金屬等恢復尺寸；減磨環(huán)過度磨損、嚴重拉傷或松動時應換新。    

3.2  環(huán)槽磨損的測量和修、復    

環(huán)槽磨損程度是利用樣板和塞尺測量環(huán)槽高度的變化來確定。樣板是以新活塞的環(huán)槽高度為準制作的，也可用一只新活塞環(huán)作為樣板。測量時，將樣板水平插入環(huán)槽并緊貼環(huán)槽下端面，用塞尺測量環(huán)與環(huán)槽上端面之間的距離，即環(huán)與環(huán)槽的配合間隙，稱為平面間隙或天地間隙。測量值與說明書或標準比較，當測量值超過極、限值時，說明環(huán)槽嚴重磨損，應予以修、復。根據(jù)環(huán)槽端面的磨損情況可選用以下方法修、復。 （1）修理尺寸法。光車或磨削環(huán)槽端面，以加工后的修理尺寸配制相應加大尺寸的活塞環(huán)，保證平面間隙符合原有要求。例如，MAN型柴油機活塞環(huán)磨損后光車使環(huán)槽高度較原設計槽高大0.6mm以上，就可配一加大尺寸的活塞環(huán)（最多加大1.0mm）。采用此法將會使槽脊厚度（環(huán)槽之間的軸向高度）減小，強度降低。為了不使槽脊過分減薄，要求槽脊減薄量不得超過原槽脊設計厚度的20%~25%；同時要求同一活塞上不得有兩個環(huán)槽采用此法修、復。因為如果同一活塞上各道環(huán)槽均采用此法修、復時，由于各環(huán)槽的修理尺寸不同，新配制的各道活塞環(huán)尺寸不同。一只活塞上有多種規(guī)格的活塞環(huán)將給備件供應和管理帶來麻煩。（2）恢復尺寸法。光車環(huán)槽端面后采用噴焊、堆焊、鍍鉻等工藝恢復環(huán)槽原有尺寸。例如MAN  B&W  L60MC/MCE型柴油機的活塞環(huán)與環(huán)槽的最、大平面間隙超過0.7mm時，可采用恢復尺寸的方法修、復環(huán)槽端面，使平面間隙值恢復到0.4~0.45mm。  

（3）鑲套修理。環(huán)槽端面鑲墊環(huán)恢復原有尺寸。低速柴油機鋼質(zhì)活塞的環(huán)槽端面嚴重磨損時，可采用鑲墊環(huán)的方法修、復：首先光車環(huán)槽端面，消除幾何形狀誤差，然后在環(huán)槽下端面鑲耐磨墊環(huán)來恢復環(huán)槽原有尺寸和平面間隙，這就是環(huán)槽鑲墊環(huán)法。  采用焊接工藝將墊環(huán)焊在環(huán)槽下端面上，形成永久性連接 ，這種墊環(huán)稱為死環(huán)，這種方法稱為鑲死環(huán)法。此法連接牢固，使用中墊環(huán)不會脫落，但墊環(huán)磨損后則難以修、復。  采用過盈配合將墊環(huán)鑲在環(huán)槽下端面上，稱為鑲活環(huán)法。由于墊環(huán)不固死在環(huán)槽下端面上，便于再度磨損后更換墊環(huán)，但墊環(huán)容易松動脫落到氣缸內(nèi)引發(fā)事故。   

 3.3  活塞裂紋的修、復    

活塞頂面冷卻側(cè)、筒狀活塞的活塞銷座處產(chǎn)生裂紋是很常見的，主要是由于過大的機械應力引起的，同時還會由于設計不良、材質(zhì)不佳和毛坯制作缺陷等在這些部位存在應力集中而加速裂紋的產(chǎn)生。  活塞裂紋可通過觀察或著色探傷進行檢查。鋼質(zhì)、鋁質(zhì)活塞的頂部裂紋較輕，可采用焊補工藝修理，鋼質(zhì)活塞頂部裂紋嚴重時采用局部更換?；钊h(huán)槽根部裂紋、活塞上穿透性裂紋及無法修理的冷卻側(cè)裂紋則應將活塞報廢換新。    

3.4 活塞燒蝕測量與修、復    

活塞頂部燒蝕的程度可用活塞頂部樣板和塞尺進行測量。測量時，將樣板置于活塞頂部，用塞尺測量樣板與活塞頂部之間的最、大間隙。測量時，還應使樣板繞活塞軸線運動，每轉(zhuǎn)45°角測量一次，取其中最、大值。當超過15mm時應換新活塞。在缺乏備件或應急情況下可采用以下措施。  

（1）改變活塞的裝置位置。當燒蝕尚不太嚴重而且活塞結(jié)構(gòu)又允許的情況下，改變活塞安裝角度。例如，B&W型柴油機活塞頂部燒蝕部位對應于噴油器方向，燃油在此部位集中燃燒和采用冷卻效果不良的油冷，致使該部位產(chǎn)生燒蝕。由于活塞結(jié)構(gòu)允許，在產(chǎn)生不太嚴重的燒蝕時將活塞安裝部位轉(zhuǎn)過90°角，使燒蝕部位避開噴油方向繼續(xù)使用。  

（2）焊補修理。燒蝕嚴重時（最、大厚度接近規(guī)定值時）可采用堆焊工藝進行修補、焊后進行機械加工恢復活塞頂部形狀。  

（3）換新。當活塞頂部最、大燒蝕厚度超過說明書規(guī)定值或使活塞頂部厚度減至設計厚度的一半時應將活塞報廢換新。

4 修、復后活塞的檢驗    

輪機工程是一個系統(tǒng)工程，主機是船舶的動力源，活塞又是該動力的直接承受和傳遞者，就好比人的各種舉動都需要心臟提供的能量來支撐一樣，船舶的任何動作都要落實到主機的活塞上來完成。主機活塞出現(xiàn)了問題，就好比一個人得了心臟病，隨時都可能出現(xiàn)可怕的后果。所以在活塞出現(xiàn)上述問題時，及時進行活塞的修復工作，在裝機前必須進行檢驗，確保質(zhì)量合格和裝機后的正常運轉(zhuǎn)。  輪機員除對活塞尺寸、形狀和表面粗糙度做一般性檢驗外，還應對活塞的位置精度進行平臺檢驗，活塞的尺寸、形狀、位置精度和表面粗糙度等均應符合設計圖紙的要求。 

活塞位置精度的技術要求及其檢驗方法如下：  

（1）活塞銷孔中心線和活塞中心線垂直，垂直度要求不大于0.025mm/100mm。檢驗時，將活塞置于平臺上，則活塞中心線垂直于平臺。當活塞銷孔中心線與平臺平行時，表明活塞銷孔中心線與活塞中心線垂直，測量長度內(nèi)百分表的讀數(shù)差即為垂直度誤差。  

（2）活塞銷孔中心線應與活塞中心線相交，其位置要求：活塞直徑<200mm時應不大于0.10mm，活塞直徑>200mm時應不大于0.20mm。檢驗時，將銷孔插有心軸的活塞垂直平臺放置，用內(nèi)經(jīng)千分尺分別測量立式直角平板緊貼活塞左、右側(cè)時與心軸的距離。兩側(cè)距離平均值差的一半即為位置度誤差。  

（3）活塞環(huán)槽平面應與活塞中心線垂直，垂直度應不大于0.02mm。檢驗時，用百分表沿環(huán)槽端面轉(zhuǎn)一周，其平面跳動量即為環(huán)槽平面與活塞平面與活塞中心線垂直度誤差。  

（4）活塞頂面形狀的檢驗。用樣板和塞尺檢驗活塞頂面形狀，要求符合圖紙要求。