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故障检修与技术维护 |
柴油机的气门挺杆、推杆和弹簧的质量维修 |
摘要：配气机构由气门传动组和气门组两组组成，其中气门传动组包括曲轴正时齿轮、凸轮轴正时齿轮、凸轮轴、挺柱、推杆、摇臂、气门间隙调整螺钉及锁止螺母、摇臂轴；而气门组包括气门、气门导管、气门弹簧、气门弹簧座、气门油封、气门座等组成。为了保证柴油机工作过程的正常进行，在大修后和使用柴油机时必须对配气机构进行调整或检修。
一、配气机构工作原理和组成
1、工作原理
配气机构是柴油机中的一个重要部件，它的作用是控制气门的开闭，使燃油和空气按照一定的时间和顺序进入燃烧室，从而实现燃烧过程。配气机构的工作原理是通过凸轮轴和气门杆等部件的配合，使气门在适当的时候打开和关闭，从而控制气体的进出。
配气机构的核心部件是凸轮轴，它是由一根长条形的轴和一系列凸起的凸轮组成。凸轮轴的转动是由发动机的曲轴带动的，凸轮的形状和数量决定了气门的开闭时间和顺序。当凸轮轴转动时，凸轮的凸起部分会推动气门杆，使气门打开，当凸轮转动到凸起部分离开气门杆时，气门就会关闭。
除了凸轮轴，配气机构还包括气门杆、气门弹簧、气门座等部件。气门杆是连接凸轮轴和气门的部件，它的长度和形状也会影响气门的开闭时间和顺序。气门弹簧的作用是使气门回到关闭位置，防止气门在高速运动时失控。气门座则是气门的支撑部件，它的材料和形状也会影响气门的密封性和耐磨性。
配气机构的工作原理（如图1所示）是通过凸轮轴和气门杆等部件的配合，使气门在适当的时候打开和关闭，从而控制气体的进出。在发动机的工作过程中，配气机构的工作状态会受到多种因素的影响，如发动机转速、负荷、温度等。因此，为了保证发动机的正常工作，需要对配气机构进行定期检查和维护，以确保其正常运转。
2、结构组成
配气机构的结构组成主要包括凸轮轴、凸轮、气门、气门弹簧、推杆、滑块、气门导杆、摇臂、气门座、气门盖等，如图2所示。
（1）凸轮轴
凸轮轴是配气机构的核心部件，它通过传动系统与曲轴相连，以固定的转速带动凸轮旋转。凸轮的形状根据气门的开启和关闭时间、升程和延迟等要求而设计。凸轮轴上通常有多个凸轮，每个凸轮对应一个气门，通过凸轮轴的旋转，气门可以按照事先设定的时序精确地开启和关闭。
（2）气门
气门是配气机构中最重要的部件之一，它负责控制气缸内气体的流动。气门通常由气门头、气门杆和气门座组成。气门头位于气缸盖上方，可以通过气门弹簧和凸轮轴的作用实现开启和关闭。气门杆与气门头相连，通过气门导杆传递凸轮轴的旋转力矩，使气门能够按照既定的规律开启和关闭。气门座位于气缸盖上，起到固定气门的作用。
（3）气门弹簧
气门弹簧是配气机构中非常重要的部件，它负责将气门头与气门座连接在一起，并提供足够的弹力使气门能够恢复到关闭位置。气门弹簧通常采用螺旋形状，具有一定的弹性和抗疲劳性能。气门弹簧的刚度和自由长度需要根据气门的质量和运动速度来设计，以确保气门能够在高速运动时依然可靠地关闭。
（4）推杆
推杆是凸轮轴和气门之间的传动部件，它的作用是将凸轮轴上的旋转运动转化为线性运动，推动气门的开启和关闭。推杆通常由钢材制成，具有足够的强度和刚度以承受高速运动和较大的载荷。推杆的形状和长度需要根据气门的位置和运动轨迹来设计，以确保气门能够按照既定的规律开启和关闭。
（5）滑块
滑块是配气机构中的传动部件之一，它通常由铸铁或铸钢制成，具有一定的强度和耐磨性。滑块与凸轮轴相连，通过滑动接触的方式将凸轮的旋转运动转化为推杆的线性运动。滑块的表面通常涂有一层润滑剂，以减少摩擦和磨损，并保持良好的工作状态。
（6）气门导杆
气门导杆是配气机构中的传动部件之一，它通常由合金钢制成，具有较高的强度和耐磨性。气门导杆的作用是将凸轮轴上的旋转运动传递给摇臂，使摇臂能够带动气门的开启和关闭。气门导杆的长度和直径需要根据摇臂和气门的位置来设计，以确保气门能够按照既定的规律开启和关闭。
（6）摇臂
摇臂是配气机构中的传动部件之一，它通常由铸铁或铸钢制成，具有较高的强度和刚度。摇臂的作用是将气门导杆的线性运动转化为气门的开启和关闭，通过摇臂的杠杆原理，可以放大气门的运动幅度和力量。摇臂的形状和长度需要根据气门的位置和运动轨迹来设计，以确保气门能够按照既定的规律开启和关闭。
（7）气门座和气门盖
气门座和气门盖是配气机构中的固定部件，它们分别位于气门和气缸盖上，起到固定和密封的作用。气门座通常由铸铁或铸铜制成，具有一定的强度和耐磨性，能够承受气门的开启和关闭力量。气门盖通常由铝合金制成，具有较小的质量和良好的散热性能，能够有效保护气门和气门座。
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图1 柴油机配气机构原理图 |
图2 柴油机配气机构结构图 |
二、气门挺杆检修方法
1、工作质量：
（1）柴油发电机组的气门挺杆不允许有严重擦伤、磨损和疲劳剥落；
（2）推杆弯曲度不允许过大；
（3）气门弹簧应具
2、维修方法：
（1）挺杆内部球形凹坑磨损量过大时，一般应更换新件。
（2）若底面磨损不大时，可用研磨的方法将其磨平。
（3）若磨损量较大，则需在磨床上磨平。
（4）杆身的磨损若较大时，可将挺杆进行多孔镀路，加大直径。
（5）普通挺杆修理方法：
轻微的伤痕或麻点，用油石修整。裂纹、严重刮伤或偏磨，更换。
（7）对于弯曲度过大的推杆必须校直；若推杆两端接头磨损严重，应予更换。
（8）若推杆是整体的，可对其上、下端面用堆焊的方法修复。
3、技术要求：
（2）杆身与导向孔的配合间隙
（3）推杆是一根钢管，两端有球座和球头，分别凸焊在钢管两头。由于推杆较长，使用中容易弯曲，技术要求规定推杆全跳动必须小于0.38mm，否则应进行校正。
（4）密封性检查：用液力挺杆检验仪，如图4所示，检查挺杆压力、时间、长度关系。
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图3 气门挺杆导向孔示意图 |
图4 液力挺杆检测仪 |
三、气门弹簧检修方法
气门弹簧经常遇见故障问题是因为长期受压缩，造成塑性变形而影响到自由长度变短、弹力减弱、簧身歪斜，严重的话可能出现弹簧折断。气门弹簧的检测关键是观察有无裂纹或折断，测量弹簧自由长度和垂直度，测量弹簧弹力，气门弹簧不可以修理，必要时只能更换；
（1）气门弹簧的气门弹簧垂直度可用直角尺实行测量（如图5所示），气门弹簧的垂直度大多数应不大于1.5～2.0mm，若气门弹簧的垂直度不符合标准，应更换气门弹簧；
（2）气门弹簧的弹力应在专用弹簧检验仪上实行检测（如图6所示），用检验仪对气门弹簧施加压力，在限定压力下的气门弹簧高度，或限定气门弹簧高度下的压力，应符合标准不然应更换气门弹簧。
（3）旧气门弹簧的自由长度小于同一型号新弹簧约4mm时，必须更换新件。
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图5 气门弹簧倾斜度检查 |
图6 气门弹簧质量检测器 |
四、摇臂检修方法
1、工作质量：
（2）摇臂轴
2、维修方法：
（2）摇臂与气门
（3）若出现凹坑时，可用堆焊的方法
（5）若在检查中发现衬套与轴磨损量较小时，可将轴转过180°装复使用。
（6）检查摇臂球面部位，轻微的磨损沟痕用油石或磨光机修磨，磨损严重时更换摇臂。
（7）带气门间隙调整螺钉的摇臂，检查调整螺钉、锁紧螺母和摇臂上的螺孔，损坏时更换，
（8）带轴承的浮动摇臂，若轴承磨损严重或损坏应更换摇臂。
（9）有摇臂轴的，检查摇臂与轴配合间隙，间隙超过允许极限，应更换零件或总成。
（10）检查摇臂轴弯曲变形，超过允许极限，应校正或更换摇臂轴。
3、技术要求：
（2）摇臂轴的磨损量超过
（3）气门摆臂孔径的检查
测量气门摇臂的孔径，当摇臂轴与摇臂孔径配合间隙超过规定值时，应更换新件。配合间隙：>0.10mm。
（4）气门摇臂轴直线度误差在100mm长度上≤0.03mm
（5）摇臂支座孔检查
测量摇臂支座孔，当孔经超过使用极限时，应更换新摇臂支座。
（6）摇臂轴磨损量检查
测量摇臂轴的直径，当摇臂轴磨损后的尺寸超过使用极限时，应更换新的摇臂轴。ø22（-0.020~-0.040）mm；
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图7 柴油机摇臂裂纹或穴蚀现象. |
图8 检查摇臂支架有无裂纹或损坏 |
五、配气机构检查与调整
1、气门间隙的检查与调整
在冷态下的柴油机，当气门处于关闭状态时，气门驱动机构与气门之间必须有一定的间隙，这个间隙通常称为气门间隙。由于气门受热不均匀，排气门温度高于进气门温度，故排气门间隙要大于进气门间隙。康明斯柴油机使用说明书规定：冷态时的进气门间隙为0. 35 mm，排气门间隙为0. 45 mm。气门间隙是在组装调整配气机构时预先留定的，柴油机的结构不同，气门间隙的数值也不相同。
因为柴油机工作时，气门和气门驱动机构都会因受热膨胀而伸长。如果不留气门间隙或气门间隙留得太小，则必将导致气门关闭不严而漏气，造成柴油机动力性和经济性下降；还可能由于高温燃气的泄漏而出现气门杆卡住及气门烧损等事故。但如果气门间隙过大，一方面加剧了气门传动机件的冲击和磨损，另一方面使气门晚开早关影响进气量和排气量，使柴油机功率下降，严重时还会将气门烧损。因此，柴油机总装后要对气门间隙进行仔细地检查和调整，如图9所示。
2、配气正时的检查与调整
配气正时是指柴油机每个气缸的进、排气门的开启、关闭符合配气相位图的要求（如图10所示），各个气缸进、排气门开启和关闭顺序，均按柴油机发火顺序的规定。如果柴油机配气不正时，将会影响到新鲜空气的吸入和废气排放的完全，从而影响柴油机的动力性和经济性，甚至会使柴油机不能启动或造成活塞撞击气门的严重事故。当柴油机经长期运转，齿轮、凸轮、轴承、轴等有关零部件发生较大的磨损和变形之后，一般均应检查其配气正时。在调换有关零部件或进行修理之后，也要检查其配气正时。
所谓柴油机的配气正时，也就是凸轮相对于活塞在气缸中所处的位置而处于对应相位，以便准时地控制气门的启闭。凸轮轴通过正时齿轮传动装置与曲轴联系，要达到以上的要求，必须使凸轮轴与曲轴之间符合一定的相位关系，所以柴油机配气正时的调整和校验，归根到底就是准确调整凸轮轴相对于曲轴的相位。
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图9 柴油机气门间隙两次调整法 |
图10 柴油机配气相位图 |
总结：
发动机配气机构的结构组成包括凸轮轴、凸轮、气门、气门弹簧、推杆、滑块、气门导杆、摇臂、气门座、气门盖等。这些部件通过精确的设计和配合，实现了气门的准确控制和运动，保证了柴油机的正常工作。配气机构的结构组成是柴油机工作原理的重要体现，对于提高柴油发电机组的效率和性能具有重要意义。
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