柴油机拉缸现象及分析

柴油机拉缸现象及分析

钟雯丽

广西玉柴机器股份有限 公司广西玉林市537000

摘要：本文详细阐述了拉缸故障产生的机理、原因以及预防拉缸产生的措施，并以某柴油机为研究对象，对其拉缸故障进行了原因分析，顺利完成柴油机拉缸现象所产生的故障进行总结，并完成质量改进。

关键词：拉缸；活塞；裙部

前言

柴油发动机是一种高效率的动力机械，随着人类社会的不断进步和发展，其应用范围越来越广，在整个社会的经济发展中起着不可替代的作用。近十几年来，随着发动机的强化程度和热负荷水平的大幅度提高，发动机缸套及活塞的工作温度也越来越高，工作条件也越来越恶劣，从而导致柴油发动机拉缸故障常易出现。

柴油机拉缸是一种常见的恶性故障，轻者出现发动机功率下降、漏气量增大、机油消耗增加、异响等等现象；重者甚至出现活塞破裂、击穿缸体等重大事故。因此，柴油发动机的拉缸问题的分析与研究是柴油发动机设计人员的一项重要课题。

本文详细阐述了拉缸故障产生的机理、原因以及预防拉缸产生的措施，并以某四缸柴油机为研究对象，对其拉缸故障进行了分析研究。

1拉缸

1.1拉缸现象

拉缸是在发动机活塞环与缸套之间或活塞与缸套之间发生的一种严重磨损损伤。它是试车及运行中常易出现的故障，特别是强载发动机更为严重。拉缸多发生在磨合阶段，但也有在长期运转后发生。

拉缸的主要特征是在工作表面上沿活塞运动方向出现呈条纹状的磨痕，且常伴有暗红或发蓝颜色。拉缸时，根据严重程度不同，发动机常伴有如下一些表现：

1）曲轴箱通气口或加油口冒白烟，严重时甚至冒黑烟；

2）发动机转速不稳，严重时，转速自动下降，甚至停车；

3）发动机振动加剧，伴随着不正常声音，如咄咄声或哒哒声；

4）排气、冷却水及润滑油温度显著升高。

拉缸情况可分为以下两类：

（1）气缸套与活塞环之间发生拉缸

拉缸最初发生于油膜最难建立和保持的部位，即上止点附近。随活塞上下运动和活塞环的转动，拉缸会蔓延开，并出现纵向条纹。气缸套和活塞环发生的拉缸一般限于运转初期，一旦磨合完毕，这一类拉缸几乎不再发生。

（2）气缸套与活塞或活塞裙部发生拉缸

由于活塞裙部润滑不足，筒形活塞裙部往往发生拉伤而烧伤。这类拉伤也将是本文分析与研究的重点。

发生拉缸后，上述零部件的相应部位有丝状或条状拉毛，严重的有互相熔着和材料转移现象。此外，还呈现一定颜色（新的拉缸痕上有暗红或发蓝颜色，老的痕迹由于嵌入污油和积碳而呈褐色），以此可以区别一般的磨粒擦伤，后者不伴有变色现象。

磨合过程中拉缸区损伤的表面上有时也会出现白色层，这是表面塑性流变后形成的。局部塑性流动产生一个瞬时高温，该温度足以引起奥氏体转变并随后冷却硬化，使表层硬化。

1.2拉缸机理

拉缸实质上就是严重的粘着磨损。当缸套和活塞环或缸套与活塞之间油膜太薄或没有形成油膜时，摩擦副两滑动表面易发生直接的金属接触，在高压和快速滑动作用下，产生非常高的摩擦热量，以致两者接触处发生显微熔接，然后又被拉扯开，出现一个滑动面上的材料转移粘附在另一个滑动面上或磨屑脱落的现象。轻微的拉缸与磨粒擦伤难以区别，而当出现较严重的拉缸时，由于表面接触负荷较大（例如超过表面硬度HB的1/3时），各塑性区域迅速扩展并互相作用形成大面积的粘着塑性区，而发生高热、软化、熔融，在拉开时撕裂脱落，而在滑动表面上留下伤痕。这些伤痕由几条细纹以至发展为越来越多且越来越大。当十分严重时就发生咬缸。

2柴油机产生拉缸的机理中小型柴油机，气缸壁与活塞之间的润滑是靠飞溅来实现的，工作条件不够理想，故有时不能形成油膜保护其摩擦表面，易产生干摩擦。由于摩擦副表面的高速运动，又产生很高的摩擦热，这种热量积累使其局部温升高，当达到金属熔点时，在两接触处产生金属显微熔接，相当于焊熔在一起。因活塞运动又会被该力拉开随之冷却，这样就出现了一个表面的材料转移粘附在另一滑动面上，形成坚硬层或脱落为磨料。若形成的是坚硬层时，其表面的粗糙组织会继续刮伤其摩擦表面，使拉伤范围继续扩大，深度也加深，当发展一定程度时至使柴油机停车，两摩擦表面金属烧熔到一起，就形成咬缸现象。拉缸从金属微观形态上分析，可认为是摩擦副双方原子键的熔接和分离过程。如果摩擦副之间没有产生油膜，势必发生金属与金属直接接触，在界面上会形成粘着结点。当摩擦副运动时，这种原子键的联接又会脱开，其结果使材料从一方转移到另一方上去，形成材料转移过程，在这个过程中常常也会形成磨粒脱落。拉缸实质就是这种粘着磨损发展到比较严重的结果。

3影响拉缸的几方面因素分析

3．1润滑情况的影响活塞头部温度很高，油膜易被烧损。若刮油环刮油作用过甚，也会使表面难以形成油膜导致干摩擦。故有些刮油环上开有纵向槽，保证刮油不过量，可有效防止拉缸现象。

3．2工作条件的影响柴油机在磨合期磨合质量对拉缸产生有很大关系，未经磨合或磨合不好时，其磨合表面没有形成有利的工作状态，此时若投入全负荷工作易产生拉缸；经过磨合的气缸，当工况变化过于剧烈：如处于低速空载时加载到满负荷的时间过于短促，也易引起拉缸；柴油机在散热不良或缺水状态下工作时，当气缸工作产生的热量多于散出的热量时，热平衡被破坏，温升加快，温度增高，气缸表面油膜烧坏而产生拉缸；在装配柴油机时，若活塞与缸壁间隙过小或活塞连杆组件的对中性不好时，均易产生摩擦热继而形成拉缸。

3．3材质及结构设计方面的因素发动机气缸套的材质对拉缸的产生有直接的关系，据研究如基体铁素体过多时易产生拉缸。在结构设计方面，如气缸及活塞的刚性主要影响在瞬时冲击力作用下其裙部与缸套的接触状态，特别是在长期高负荷工况下工作，活塞处于高温膨胀状态，其受热变形后的轮廓形状及此时与缸套的配合情况更为重要。

4拉缸的应急处理及预防对策柴油机在使用过程中对有经验的操作者来说，可根据拉缸的种种迹象采取应急措施。一般正确的操作方法是：先减速运行，然后逐渐卸去负荷，再过渡到停车状态。停车后还应在未完全冷却前盘一两次车，防止气缸被咬死。

根据前面分析影响拉缸的各种因素，也不难找出预防拉缸的措施。

4.1对大修后的发动机一定要正确履行磨合工艺，其中包括冷磨合、空载热磨合等等，这对预防拉缸和防止过快磨损、延长柴油机使用寿命都有重要的意义。

4.2要注意保证柴油机的润滑及冷却。在润滑方面应注意定期更换润滑油并保证一定的液面高度。注意检查刮油环的情况，从而保证能在缸壁上形成油膜。在冷却方面应注意清理冷却系统中的污垢，保证冷却效果良好。

4.3在维修装配时除要检查缸壁间隙外，还应检查活塞在气缸中的对中性，防止由于活塞的倾斜而拉伤缸壁。

4.4如果条件允许，也可采取一些表面处理工艺。

4.4.1经磷化处理的缸套，由于表面形成一层较软的多孔性的保护膜，这种膜具有良好的吸附能力，良好的贮油性及工作时的自润性，提高了发动机磨合效果及抗拉缸能力。

4.4.2高磷合金铸铁缸套，在浇铸时由于内壁冷却速度较慢，往往析出较粗大的石墨，石墨剥落后形成针孔状，这种多孔性有利于表面的自润能力，有利于提高抗拉缸能力。气缸套有时采用多孔性镀铬也是出于同样目的。

结束语

综上所述，柴油发动机拉缸现象的出现是严重的质量事故，甚至会导致安全事故，为了针对性的解决拉缸故障，要求技术人员明确发动机拉缸故障的主要成因和原理，文章结合理论和实现进行拉缸原因分析，明确发动机拉缸现象出现的主要原因是发动机温度过高、润滑不足导致干摩擦加剧，之后技术人员提出包括预先准备、定期检查、严格遵守操作流程等解决方案，为后续故障诊断研究提供参考。

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