hxn5机车活塞环槽异常磨损分析

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1、HXN5机车活塞环槽异常磨损分析乔云杰肖静岚常州中车柴油机零部件有限公司摘要：针对HXN5机车活塞环槽异常磨损，对活塞磨损尺、j外观轮廓、活塞环环高及轮廓进行了调查，分析了活塞顶化学成分、环槽金相、环的闭口间隙、缸套内孔尺寸和积碳的化学成分。通过对比分析及推理论证，发现活塞环槽的异常磨损与产品本身的质量无关，主要是由使用环境中的沙尘导致的。根据分析，提出了避免类似情况发生的建议措施。关键词：活塞环槽;异常磨损;沙尘;积碳;作者简介：乔云杰（1983-）,男，山东青岛人，工程师。0引言2013年期间，

2、丙北地区某机务段多次反馈HXN5机车活塞环与活塞环槽的间隙大，受某主机厂的委托，我司对间隙大的活塞组件进行了系统分析，帮助査找导致间隙大的根本原因。1现状调查1.1活塞环槽尺寸情况用专用环槽止通规进行检测发现:三道环槽中第三环槽全部合格，第二环槽少数存在部分止规进入的情况，第一环槽普遍存在喇叭门情况，且每只活塞顶情况不一致。后对341机车（运行时间约1年半）共16只活塞顶采用三坐标测量仪针检测第一环槽尺寸，对其进行统计汇总结果见表1。从数据可以看出，同一柴油机上的16只活塞顶环槽磨损严重程度不一致，但

3、均超过了设计上限值，严重的磨损量超过0.3mm，同时检测中发现磨损量严重的，喇叭U最明显。1.2活塞环槽截面轮廓为了进一步观察环槽的磨损情况，另取一只磨损非常严重的活塞进行解剖，其宏观照片见阁1，从阁1可以看到，第1环槽下侧面磨损严重，己经产生台阶，后采用线切割的方式将第一环槽打开，用马尔轮廓仪对环槽的上下表面进行测量，其结果见图2、图3、表2。阁1活塞环槽磨损情况下载原阁图2第一环槽上侧面磨损情况（右侧为外圆处）下载原图图3第一环槽下侧面磨损情况（右侧为外圆处）下载原图表2环槽上下侧面磨损情况对比数

4、据下载原表可见，环槽两侧面均发生了异常磨损，但是环槽下侧面比上侧面磨损程度严重得多。1.3活塞环环高尺寸及轮廓在测量环槽的尺1*吋发现，第一道活塞环端面磨损严重，在镀铬外圆和端面相交处有明显的台阶，挑出一根目测严重的环用马尔轮廓仪测量，结果如图4,抽取1台份的第一道气环用千分尺测量，发现内外部环高差超过0.11mm，最大的在0.30mm以上。2原因分析一般来讲，造成活寒环槽异常磨损主要有两大方面原因，一是产品本身的缺陷，如活塞环与环槽的匹配副设计不合理、工艺未达到设计要求、产品材料不合格等;另一方面

5、是使用方面的原因，如使用环境恶劣、保养不当、由其它故障引起等。阁4活塞环端面磨损情况（右侧为外圆处）下载原阁2.1环槽匹配副分析由于该机型为引进国外产品，且在我国东北地区己经运用2年以上，从未发生过类似情况，所以环槽匹配性设计是合理的。接下来主要分析材料及工艺是否合格。2.1.1活塞顶的化学成分在活塞顶本体上取样采用化学法进行成分分析，结果见表3,按照GB/T3077《合金结构钢》中42CrMo的技术要求，该活塞顶的化学成分符合要求。2.1.2活塞环槽的分析在抽检的16只活塞顶屮抽取1只环槽磨损0.2

6、mm的活塞顶进行金相分析，依据JB/T9204-2008《钢件感应淬火金相检验》，采用Observer.Aim型金相显微镜和FEM-7000型显微硬度计对环梢淬火情况进行检测，淬硬层宏观照片见图5，基体组织为马氏体，具体结果见表4。阁5活塞顶环槽淬硬层宏观照片（左侧靠近燃烧室侧）下载原阁表4活塞环槽淬火检测结果下载原表根据检测结果，结合环槽磨损量，淬硬层最薄的B处使用前深度应该在0.5mm以上，该环槽的工艺达到了设计要求。2.1.3活塞环的分析对活塞环的化学成分、木体硬度以及弹力进行了复查，均达到了设

7、计要求，且与进门产品一致。可见，在环梢匹配副各项点均达到了设计要求，不存在导致环梢异常磨损的因素。2.2使用方面分析由于活塞、活塞环属于柴油机里面的关键零部件，其寿命不仅受到本身及匹配副零件的影响，更受到燃气系统、冷却系统、润滑系统的影响，鉴于我司收到的信息有限，仅能够对接触的信息进行分析。2.2.1活塞头部积碳分析与中修的南方某机务段的240活塞相比，环槽磨损严重的HXN5活塞燃烧室积碳明显多，采用iCAP6300电感耦合等离子体发射光谱仪对积碳的化学成分进行对比分析，结果见表5。表5燃烧室积碳成分

8、对比分析下载原表从化学成分来看，HXN5活塞积碳中的A1和Si两大元素的含量比240活塞的整体高一个数量级，结合机车的使用环境，判定这些成分主要来自空气屮的沙尘，而沙尘是导致环槽磨损的重要因素。2.2.2活塞环及缸套磨损情况如果沙尘导致了活塞环槽的磨损，在活塞环外圆及缸套内孔也会出现异常磨损情况，因此对活塞环和缸套进行了尺寸检査。分别抽查国产和进口环组各一台份,闭门间隙情况见表6，数据显示一环和三环闭门间隙超差多，即外阅磨损量大；二环闭口间隙在上差左右，