船用柴油机拉缸故障及分析

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1、船用柴油机拉缸故障及分析　　一、拉缸简述　　拉缸现象是船用柴油机在生产、运行工作中一种危害性很大也很常见的发动机故障。拉缸时候产生的磨损量很大，可达到正常磨损的几十甚至几百倍。柴油机的拉缸根据损伤的程度轻缓不同可以分为擦伤、划伤和咬死等几种故障。前两者是属于轻微的拉缸行为，通常可自行修复。若及时发现情况，排除故障，可以避免大的漏洞和损失。若拉缸逐步严重，造成活塞与汽缸壁粘连，轻者损坏活塞和汽缸，重者咬死活塞，活塞卡死在缸套里，柴油机熄火，摇转曲轴不动。而拉断活塞或连杆、打坏机器、以致造成重大事故。因

2、此对柴油机拉缸故障的形成机理进行分析，找出早期预报和正确的应对措施，对柴油机正确管理使用，提高可靠性和延长使用寿命，以及提高管理人员对故障的排除应变能力，都有很重要的意义。　　二、拉缸表现迹象　　所谓拉缸现象就是在柴油机的运转过程中的故障，发生拉缸现象的时候，外部迹象表现为：　　1.发动机声音沉闷、异常，有哒哒哒或吭吭吭地异常声响。　　2.发动机有震动现象。　　3.缸套和活塞拉伤，在压缩和作功行程时汽缸中发生串气现象、串机油严重、油消耗量增加。　　4.温度异常。排气温度上升、冷却水温度升高、润滑油温

3、度明显提高，转速不稳定、启动困难，曲柄箱出口冒烟，运转无力，功率不足，柴油机功率下降。　　拉缸产生后，应将活塞连杆取下，观察活塞?环?汽缸壁工作表面沿活塞运动方向出现的片状或者条状的兰色条纹，形成一定面积的拉毛，其表面硬度比原基体组织有所增高。并伴随有变色(暗红或发蓝)的现象，甚至活塞环折断、卡死、拉断活塞或连杆、打坏机器。　　三、发生拉缸现象的机理　　众所周知，船用柴油机是一种热能动力机械，工作条件十分恶劣，承受着较高的热负荷和机械负荷。燃烧室是柴油燃烧和工质膨胀的场所，活塞、缸套及汽缸盖等是构成

4、燃烧室的主要零部件，其所处的工作环境是高温、高压以及带有化学腐蚀性的混合油气直接作用于燃烧室组件。若维护保养不好，则拉缸故障时有发生。　现代研究表明，柴油机活塞(环)?缸套的润滑状态处在混合润滑模型状态，即有时处于流体润滑状态、有时处于边界润滑状态。拉缸故障产生的内部机理笼统地说是汽缸内壁与活塞环、活塞之间的工作表面具有一定的硬度和表面粗糙度，在一定温度条件下相互配合工作，机油起着润滑、冷却、清洗和密封的作用。　　若由于某种原因，油膜变薄或遭到破坏，因润滑不良出现干摩擦或半干摩擦，造成局部高温粘附磨

5、损的过程。而活塞与缸套之间的润滑油膜恶化中断是产生拉缸的必要前提。由于活塞与缸套之间的润滑油膜一旦中断，则两者表面的金属由原来的液体摩擦变成固体间的干摩擦或半干摩擦，由于摩擦副表面的高速运动产生的摩擦热，这样的热量积累的高温会超过金属的熔点，引起活塞或活塞环与缸套表面发生显微熔化、撕脱并最终焊接在一起。活塞运动时两表面熔焊点又被该力扯断拉开随之冷却，这样就出现了一个表面的材料转移黏附在另一滑动面上形成坚硬层或脱落为磨料。如果油膜能及时得到补救恢复，可起到清洗和冷却作用，则温度下降，微小熔着部分脱落而

6、不会扩展，如果油膜恢复迟缓，熔着扩展将导致大范围异常磨损，缸壁、活塞，活塞环急速受到严重损伤，在缸壁表面上呈现熔融流动状态，显出不均匀、不规则边缘的沟痕和褶皱，持续发展而产生拉缸。另外，从发动机机油和空气管路进入摩擦区的硬质微粒造成的损坏，也会促进拉缸情况的发生。　　另一些学者则认为“摩擦界面温度升高导致粘着，摩擦副表面的强烈摩擦导致硬化表面的强烈摩擦导致硬化相的破裂甚至折断等因素是产生拉缸的根本原因。拉缸首先在接触载荷较大的局部区域发生，再进一步扩展，从磨损机理来看是从正常磨损到严重磨粒磨损的突变

7、。”　　四、影响拉缸的其他有关因素　　影响拉缸产生的因素很多，很复杂，而各种因素之间往往存在着相互影响和相互制约的关系，具有不确定性。但根本原因就是润滑不良和局部负载过大。大的方面可以概括起来为：活塞组和汽缸套的结构设计问题；工艺水平问题；安装质量问题；磨合运转程序问题；润滑油的选择；燃油的处理以及使用和维护等方面的问题。而每一个方面的原因都有很多，例如：仅其中之一活塞组方面的原因就可能有：(1)活塞材料选择或热处理不当；活塞表面对硬度对拉缸有极大的影响，如果活塞热处理过程中升温速率、淬火温度和保温

8、时间等某一参数稍有偏差，则会产生表面硬度低，活塞的内应力不能完全消除，使活塞金相组织处于不稳定状态，当活塞质软，热膨胀系数大、高温时强度差，发动机在高速运转、机器温度升高、机油稀薄的情况下，活塞受力面的合金很容易熔化，使摩擦阻力增大，导致发动机自动熄火，熄火瞬间可能形成粘缸，如果熄火频繁，汽缸很快就会被粘积的铝合金层破坏，形成串气，串烟，最后形成拉缸。　　(2)活塞结构设计不合理；由于活塞在工作中受热变形，所以为了使活塞在工作中能有一个合理的形状，有理想的贴合面，所以