技術(shù)維修與康明斯知識(shí)

拆卸與裝配康明斯柴油機(jī)氣門(mén)座圈的方法

 

引言：柴油發(fā)電機(jī)的氣門(mén)座圈在工作中因承受了高溫、高壓氣體侵蝕和連續(xù)沖擊載荷的作用，其工作錐面容易出現(xiàn)麻點(diǎn)、凹坑、金屬剝落、磨損變寬等現(xiàn)象，從而造成氣門(mén)關(guān)閉不嚴(yán)、缸壓下降、柴油發(fā)電機(jī)動(dòng)力不足等故障。當(dāng)氣門(mén)下沉量超差或氣門(mén)底座損壞時(shí)，必須更換氣門(mén)座圈，本文為你講解正確拆卸與裝配氣門(mén)座圈的方法。

 

一、氣門(mén)座圈作用和結(jié)構(gòu)

 

      汽缸蓋上的進(jìn)、排氣道與氣門(mén)錐面相接合的部位稱(chēng)為氣門(mén)座圈。氣門(mén)座圈的錐角與氣門(mén)錐角相同，一般也是30°或45°。氣門(mén)座的錐角是與氣門(mén)錐角相適應(yīng)的，以保證二者緊密座合，可靠地密封。氣門(mén)座的錐面由三部分組成。氣門(mén)座圈與氣門(mén)頭部密封錐面配合密封汽缸，氣門(mén)頭部的熱量經(jīng)過(guò)氣門(mén)座傳出去，同時(shí)它還起到導(dǎo)向作用。

1、氣門(mén)座的錐角

      氣門(mén)座的錐角，如圖1所示。45°(或30°)的錐面是與氣門(mén)工作錐面相座合的工作面，其寬度b通常為1～3mm。過(guò)寬時(shí)，單位座合壓力減小，且易堆積雜物，密封可靠性差；過(guò)窄時(shí)，面積小，氣門(mén)頭散熱能力差。這一錐面應(yīng)與氣門(mén)工作錐面的中部附近相座合。15°和75°錐角便是用來(lái)修正工作錐面的寬度和上下位置的，以使其達(dá)到規(guī)定的要求。

2、氣門(mén)干涉角

      為了減小氣門(mén)錐角和氣門(mén)座錐角之間的接觸面積，提高單位壓力，加快磨合速度，提高密封性，一般情況下，在制造時(shí)控制氣門(mén)的錐角比氣門(mén)座的錐角小0.5°～1.0°,這個(gè)角稱(chēng)為氣門(mén)干涉角，如圖2所示，氣門(mén)干涉角還可以擠出氣門(mén)錐角和氣門(mén)座錐角之間的夾雜物，即具有自潔作用；在氣體壓力作用下產(chǎn)生彈性變形時(shí)，可趨向全錐面接觸，即隨氣體壓力的增加，單位壓力變化較小。如果干涉角相反即產(chǎn)生負(fù)干涉角時(shí)，便將起相反作用，能防止加工時(shí)出現(xiàn)負(fù)干涉角。若產(chǎn)生負(fù)干涉角，除前述相反作用外，還使氣門(mén)暴露在熾熱燃?xì)庵械氖軣崦娣e增加，使氣門(mén)的熱負(fù)荷增加。上述諸作用中，提高密封能力和加速磨合是主要的，隨著走合期的結(jié)束，干涉角也逐漸自行消除，恢復(fù)了全工作面接觸。

 

圖1  柴油機(jī)氣門(mén)座的錐角示意圖

圖2  柴油機(jī)氣門(mén)座的干涉角示意圖

 

3、氣門(mén)座圈的結(jié)構(gòu)形式

      氣門(mén)座圈的結(jié)構(gòu)形式主要分為整體式和鑲嵌式兩種。

（1）整體式

      結(jié)構(gòu)外形如圖3所示，整體式氣門(mén)座圈在缸蓋或缸體上直接鏜出，這種形式修復(fù)困難，且不經(jīng)濟(jì)。

（2）鑲嵌式

      現(xiàn)代柴油機(jī)上更多采用的是鑲嵌式結(jié)構(gòu)，外形如圖4所示。鑲嵌式汽缸套可以節(jié)省材料，提高使用壽命，便于更換修理。大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)的氣門(mén)座是用耐熱合金鋼或合金鑄鐵單獨(dú)制成座圈，然后壓入汽缸蓋(體)中。鑲嵌式結(jié)構(gòu)氣門(mén)座一般都采用較好的材料，如合金鑄鐵、奧氏體鋼等。鑲嵌式氣門(mén)座導(dǎo)熱性差，加工精度要求較高，如果裝配不當(dāng)，會(huì)發(fā)生松脫或與缸蓋配合不好。

 

圖3  整體式氣門(mén)座.

圖4  鑲嵌式氣門(mén)座圈

 

 

 

二、氣門(mén)座圈常見(jiàn)磨損原因

 

1、磨損原因

（1）承受力過(guò)大

      在發(fā)動(dòng)機(jī)工作中，氣門(mén)座承受較大的往復(fù)沖擊負(fù)荷，氣門(mén)與氣門(mén)座圈貼合的地方受到了持續(xù)性大量的碎屑或粉塵的撞擊磨損導(dǎo)致氣門(mén)座圈磨損直至消失。經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的使用，就會(huì)出現(xiàn)氣門(mén)下陷量增大、密封不嚴(yán)等現(xiàn)象。當(dāng)氣門(mén)座圈工作錐面上邊緣低于缸蓋平面（頂置氣門(mén)）或低于氣缸體平面1.50mm，或裝入的氣門(mén)頂平面低于氣門(mén)座頂面0.50mm時(shí)，即應(yīng)更換。

（2）高溫、高壓及干摩擦

      當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)工作時(shí)，氣門(mén)座圈與氣門(mén)始終處于高溫、高壓、干摩擦狀態(tài)中，氣門(mén)座圈還要受到氣門(mén)工作錐面的長(zhǎng)期撞擊，氣門(mén)座圈工作錐面會(huì)出現(xiàn)裂紋、殘缺、斑點(diǎn)、腐蝕、孔洞和嚴(yán)重的燒損。這些缺陷不能修復(fù)時(shí)，應(yīng)重新鑲換氣門(mén)座圈。

（3）氣門(mén)座圈松動(dòng)

      氣門(mén)座圈與其座孔配合不當(dāng)時(shí)，座圈就會(huì)松動(dòng)，在它本身重量的作用下自然脫落。座圈脫落后如發(fā)現(xiàn)較遲，脫落的座圈破碎后導(dǎo)致氣門(mén)頭部折斷，致使活塞破裂和氣缸蓋燃燒室開(kāi)裂而報(bào)廢。因此，一經(jīng)發(fā)覺(jué)，即應(yīng)更換。 

（4）進(jìn)氣道有異物

 

三、氣門(mén)座拆卸

 

1、拆卸工具

（1）氣門(mén)座拆卸器

      一種康明斯公司生產(chǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)專(zhuān)用工具，用于從缸蓋中拆卸氣門(mén)座而不會(huì)損壞缸蓋氣門(mén)座。工具號(hào)：排氣門(mén)為3376617（如圖2）；進(jìn)氣門(mén)為3377396（如圖3）。

 

圖2 排氣門(mén)座拆卸器（工具號(hào)3376617）

圖3 進(jìn)氣門(mén)座拆卸器（工具號(hào)3377396）

 

（2）采用拉拔器

      氣門(mén)座拆除前，應(yīng)對(duì)進(jìn)氣門(mén)座的軸向高度進(jìn)行測(cè)量（如圖4所示）；如不符合規(guī)定，需要拆除氣門(mén)座圈再進(jìn)行檢查或更換。

      氣門(mén)座圈拉拔器是一種專(zhuān)用工具，如圖4所示，可自制。它拆卸效率高、不會(huì)損壞缸蓋。

      先在氣門(mén)座圈內(nèi)圓面上攻制螺紋，然后將相應(yīng)尺寸的螺紋桿旋入氣門(mén)座圈，在確保氣門(mén)座圈和螺紋桿垂直的情況下，用鐵錘輕輕敲擊螺紋桿，直至拔出氣門(mén)座圈。采用拉拔法基本上都會(huì)改變氣門(mén)座圈底孔尺寸，尺寸改變量取決于拉拔工具的拉拔方式及其用力方式。

 

圖4  氣門(mén)座圈測(cè)量工具

圖5  氣門(mén)座圈拉拔器示意圖

 

 

2、拆卸方法

（1）砸出法

      如用專(zhuān)業(yè)工具仍不能取出座圈，則可采取下述方法取出：將舊氣門(mén)頭部用砂輪磨得比氣門(mén)座略小，然后將氣門(mén)和座圈焊接在一起，最后用錘子將氣門(mén)和座圈一起打出。

（2）加熱法

      如銹蝕嚴(yán)重或沒(méi)有專(zhuān)用工具時(shí)，可采取直接加熱座圈（如使用乙炔焊加熱座圈或直接在座圈上堆焊一層金屬等方法使其升溫，待其自然冷卻收縮后撬出。

① 電焊加熱法

      即采用電焊設(shè)備用焊條對(duì)氣門(mén)座圈加熱，以達(dá)到破壞氣門(mén)座圈與氣門(mén)座圈底孔過(guò)盈配合的目的。通常的做法是用焊條沿氣門(mén)座圈的內(nèi)表面連續(xù)均勻點(diǎn)焊，當(dāng)氣門(mén)座圈被加熱發(fā)紅時(shí)，立即在氣門(mén)座圈上澆上冷水，此時(shí)氣門(mén)座圈通常會(huì)斷裂。采用此法不宜對(duì)氣門(mén)座圈加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，一般以氣門(mén)座圈被加熱到發(fā)紅為止。

② 感應(yīng)加熱法

      感應(yīng)加熱是利用電磁感應(yīng)原理將工頻電源變換成特定頻段的電源從而加熱金屬材料的一種方法。感應(yīng)加熱系統(tǒng)主要由感應(yīng)線(xiàn)圈、交流電源和工件組成。感應(yīng)線(xiàn)圈中的交變電流使氣門(mén)座圈產(chǎn)生電渦流，從而達(dá)到加熱氣門(mén)座圈的目的。試驗(yàn)證明，采用感應(yīng)加熱設(shè)備對(duì)氣門(mén)座圈加熱3—6s，可輕松將氣門(mén)座圈從氣缸蓋中取出，氣門(mén)座圈底孔尺寸及周?chē)T鐵的金相組織沒(méi)有任何變化。采用此法也不宜對(duì)氣門(mén)座圈加熱時(shí)間過(guò)長(zhǎng)，否則可能會(huì)改變氣門(mén)座圈底孔周?chē)T鐵的金相組織。

（3）切削法

      即在機(jī)床上用刀具將氣門(mén)座圈切削掉。由于氣門(mén)座圈被切削到較薄時(shí)，氣門(mén)座圈收縮并與氣門(mén)座圈底孔失去過(guò)盈配合，在切削力的作用下氣門(mén)座圈與刀具一起回轉(zhuǎn)，結(jié)果可能會(huì)導(dǎo)致氣門(mén)座圈底孔的尺寸變化，圓度不滿(mǎn)足技術(shù)要求。因此，采用此法拆除氣門(mén)座圈時(shí)，為確保氣門(mén)座圈與氣門(mén)座圈底孔良好的過(guò)盈配合，一般都需要用刀具擴(kuò)大氣門(mén)座圈底孔尺寸，同時(shí)采用相應(yīng)加大外徑尺寸的氣門(mén)座圈與之配套使用。

 

三、裝配

 

      在裝配新氣門(mén)座圈時(shí)，要測(cè)量確認(rèn)座圈孔與座圈之間的配合是否符合要求。一般情況下，進(jìn)氣門(mén)座圈與座圈孔的過(guò)盈量為0.075～0.12mm，排氣門(mén)的為0.10～0.16mm。鑲?cè)胱蟮亩嗣娴陀诟咨w平面的尺寸也應(yīng)符合要求，否則應(yīng)修整座圈高出部分。氣門(mén)座圈的材料為耐熱鑄鐵，如直接安裝，往往會(huì)將座圈砸裂或鑲不到位，損傷座孔。為避免機(jī)件損壞，可采取以下兩種方法。

1、冷縮法

      有條件的可將座圈放入-196℃的液氨中保持15～20s，而后迅速放入座圈孔內(nèi)。如無(wú)條件，則可將座圈置于-30℃的冷柜內(nèi)保持2h以上，取出后迅速裝入座圈孔即可。

2、加熱法

      可加熱座圈孔到100～180℃，再墊以軟金屬迅速將座圈壓入座圈孔內(nèi)。加熱時(shí)最好對(duì)缸蓋整體加熱，以防缸蓋受熱變形。

 

圖6  氣門(mén)座圈外形圖

圖7  氣門(mén)座圈安裝位置圖

 

 總結(jié)：

      氣門(mén)座圈一旦磨損就會(huì)有不同程度的發(fā)動(dòng)機(jī)故障問(wèn)題出現(xiàn)，所以想要成功避開(kāi)故障，而且能夠保持良好的施工狀況，那么平時(shí)挖掘機(jī)的保養(yǎng)工作一定不能懈怠，尤其是對(duì)濾芯這類(lèi)保養(yǎng)件，更換一定要及時(shí)，另外也要注意選用有質(zhì)量保障的保養(yǎng)件。

 

 

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