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1、賀園玲：柴油機活塞燒蝕失效分析41柴油機活塞燒蝕失效分析AnalysisandImprovementoftheMeltedPistonsofDieselEngine賀園玲(濰柴動力揚州柴油機有限責任公司)[摘要]我公司某款新開發(fā)的柴油機，在臺架耐久試驗過程中，出現(xiàn)功率突降，曲軸箱竄氣量突增的異?，F(xiàn)象，拆機檢查后發(fā)現(xiàn)活塞頂部出現(xiàn)了燒蝕開裂現(xiàn)象。本文采用故障樹，同時借助理化和試驗兩種手段對失效件進行分析，最終找出失效產(chǎn)生原因并提出相應改進措施。[關(guān)鍵詞]活塞燒蝕分析試驗Abstract：Thenewd
2、ieselenginedevelopedbyourcompanyappearspowerfellingsharplyandcrankcaseblow—bygasincreasingsuddenlyduringthebenchdurabilitytest，andWefoundtheablationcrackingphenomenonatthetopofpistonaftertheteardowninspection．ThispaperUSeSthefaulttreewiththephysicoche
3、micalandtestmeanssimultaneouslytoanalyzethefailureparts，andfinallyfindsoutthecauseofthefailurethenputsforwardtheappropriatemeasurementstoimprove．Keywords：PistonMeltedonthetopAnalysisExperiment0引言柴油機作為一種動力強勁、燃油經(jīng)濟性優(yōu)良的動力裝置，被廣泛應用在汽車、工程機械等領域。作為其心臟部件的活塞，由于它
4、在氣缸內(nèi)以高速做往復運動，且又承受高溫、高機械負荷的條件下進行工作，其環(huán)境相對比較復雜，一旦失效，可能會引起氣缸套和活塞環(huán)的開裂破碎，從而造成柴油機在工作過程中出現(xiàn)重大故障。活塞燒蝕是柴油機活塞損壞較多的形式之一，其大多發(fā)生在活塞頂部和一、二環(huán)槽處，一般表現(xiàn)為活塞頂部的熔化和穿孔?；钊臒g將導致柴油機工作異常，使大量高溫燃氣進入機體的曲軸箱，加速潤滑油的裂化變質(zhì)，降低柴油機的動力性和經(jīng)濟性。1故障現(xiàn)象我公司某型號的4缸柴油機在熱沖擊試驗運行至120小時左右時出現(xiàn)功率突降，曲軸箱竄氣量突增的異?，F(xiàn)
5、象。拆機檢查發(fā)現(xiàn)活塞頭部延伸到銷座處出現(xiàn)開裂穿孔，裙部也出現(xiàn)了拉缸痕跡(見圖1)。圖1活塞失效照片}設計不當：燃燒室設計不合理，J過渡圓角過小：銷座比壓設計過盧刻善蘭@G每惘車薹k呵／／H_—塑L一豳業(yè)塑
6、_、、＼jh_1—麗磊菊■瓦禾i]圖2故障樹2失效原因分析2．1綜述42內(nèi)燃機與配件2014年第11期引起活塞燒蝕有多方面的原因，既有活塞本身的設計和質(zhì)量問題，也有發(fā)動機自身的機械負荷過高和冷卻方面的問題。為保證新品開發(fā)的順利進行，有必要找出活塞燒蝕失效的原因，從而采取相應的預防措施。失效件原因
7、分析按圖2所列故障樹進行。2．2活塞燒蝕原因分析線交點為疲勞源，位于燃燒室圓弧底此處已燒蝕放大圖I(旋轉(zhuǎn)180度)裂紋面靠燃燒室穿孔部位圖4活塞斷面放大圖I銷孔內(nèi)側(cè)未見疲勞源放大崮II(旋轉(zhuǎn)180度)裂紋面靠銷7L內(nèi)側(cè)部位圖5活塞斷面放大圖Ⅱ按照圖2所列對相關(guān)零部件：活塞冷卻噴嘴、活塞環(huán)、噴油器和噴油泵進行測量或試驗分析，其結(jié)果如下：a)活塞冷卻噴嘴經(jīng)流量、擴散率等相關(guān)性能試驗和零部件的質(zhì)量檢測，證實其空間尺寸、流量、開啟和關(guān)閉壓力點滿足設計要求；b)活塞環(huán)外圓面磨損未見異常，其磨損值在允許的公差
8、范圍內(nèi)；c)噴油器霧化良好，未見滴油現(xiàn)象。經(jīng)試驗測試，氣缸內(nèi)最大爆壓為124bar，小于140bar的設計值。從以上的分析結(jié)果來看，相關(guān)零部件活塞冷卻噴嘴、活塞環(huán)和噴油器未見異常，非失效源頭，因而分析的重點應從活塞自身出發(fā)，對材料、強度及所承受熱負荷方面著手分析。2．2．1活塞理化檢驗與斷口分析a)理化檢驗我公司質(zhì)量部從倉庫隨機抽取與失效件同一批次的活塞進行金相、化學成分等方面的理化檢驗分析。從檢驗結(jié)果來看，活塞材料的化學成分和金相滿足產(chǎn)品設計要求。b)斷口分析從斷面看，疲勞源在燃燒室底部擊穿部位
9、。由于疲勞源在燃燒室，已被破壞，無需作進一步的掃描電鏡分析。2．2．2活塞溫度場測量在工作過程中，活塞由于承受燃燒產(chǎn)生的高溫、高壓氣體使頂部乃至整個活塞溫度很高，且溫度分布很不均勻，因而易導致活塞產(chǎn)生熱應力和熱變形。而隨著內(nèi)燃機在強化程度和熱負荷水平上的大幅度提高，使活塞的熱負荷問題更加突出。為進一步評估項目機型活塞選用材料是否合理，有必要對典型工況下的活塞溫度場進行試驗測量。試驗時活塞測溫點布置如圖6所示，所有測量點處裝配硬度一致的溫度塞。圈6活星溫廈場測量點進行活塞表面溫度場試
