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活塞组的工作条件

发布时间:2018-11-6 11:29:03 / 作者:比斯克

  活塞组的工作条件可以概括为“三高”。
  高温:活塞顶直接与温度高达2000度左右的燃气接触,使活塞温度升高。16V240ZJB型柴油机铝活塞顶最高温度可达335度,第一道环槽的温度可达197度。所以,活塞顶部与第一道活塞环槽的热负荷十分严重。受热使活塞材料强度下降;各部位特别是活塞头部受热膨胀变形;环槽内机油烧结,导致活塞环卡死、密封能力下降等。
  高压:16V240ZJB型柴油机在输出功率2427KW时的爆发压力达11.96MPA,作用到活塞顶面上的气体力达562.2KN,而且带有冲击性;使活塞顶部、环岸、活塞销座都受到强烈的机械负荷,活塞销会发生弯曲和椭圆变形;此外,活塞还受往复惯性力与侧压力的作用,使活塞各部位都受到交变的应力作用。
  高速:16V240ZJB型柴油机在标定转速1000r/min 时活塞平均速度为9.167 m/s,最高瞬时速度约为14.76m/s。由于活塞在汽缸中作如此高速的往复运动,加上因燃烧室的高温、活塞运动速度的急剧变化、燃气的下窜等造成汽缸内表面上部很难保持连续的润滑油膜,在活塞侧压力的作用下。气缸套与活塞之间产生强烈摩擦,磨损较大。
  活塞组与柴油机其他部件一起构成了内部燃烧作功的、可变容积的工作场所,活塞顶面的凹穴造型及容积对燃烧的经济性有较大影响;活塞组密封汽缸的下部,使燃烧室与曲轴箱隔开。活塞组承受燃气压力 ,并传递给曲轴,使往复运动转换成旋转运动,将汽缸内的热能转变为机械能。二冲程柴油机的活塞组还兼有控制配气相位的作用。
  活塞组在柴油机中所处的位置和承担的任务决定了它如下的工作特点:
  1.在严重的热负荷下工作
  活塞顶面接触高温气体,有很多热量通过活塞顶传入体内,其中一部分经活塞环及裙部散逸给气缸,另一部分通过活塞体内油道传给冷却油,其余的剩热使活塞体温升高。当受热升高到一定程度时,活塞材质的机械强度明显下降,同时由于活塞各部存在较大的温度梯度,所以又形成温差应力(热应力)。温差应力过大,会在活塞顶部形成热裂纹。
  第一道活塞环槽的温度状态是表征活塞热负荷的另一重要部位,如果此环槽的温度较高,则槽内机油就易结胶,使环失去活动性,导致燃气下窜,冲刷缸壁上的油膜。这些除使柴油机功率下降,出现拉缸故障外,还会使曲轴箱升温升压,甚至产生爆炸。
  活塞的温度通常以顶面中央和燃烧室边缘外表面为最高,铝合金活塞可达300-350度,铸铁活塞可达400-450度,第一道活塞环槽表面可达180度以上,顶与背最大温差(同一纵截面)可达100-130度。
  2.承受较大的机械负荷
  随着缸径的加大和高压技术的应用,气缸内最高爆发压力P值已达很高,运动零件的尺寸和重量相应增加,使得活塞承受巨大的气体力和往复惯性力的合力。
  气体力和往复惯性力的合力为周期性瞬变作用力,具有冲击和交变性质,使活塞组的一些薄弱部位可能出现疲劳裂纹。活塞环对环槽的高频交变冲击,可能使活塞环与环岸折断。
  3.剧烈地摩檫与磨损
  机车柴油机活塞组沿气缸镜面高速滑动平均速度9-11.5m/s,最大瞬时速度达14-18.5m/s,使柴油机消耗很多摩擦功率。
  特别是第一、二道气环接触高温、高压燃气,缸壁上的油膜受燃气和燃油的冲刷而局部破裂,气缸壁面具有进气带入的尘埃及机油中的机械杂质等磨粒,因此在上止点附近的壁面高温少油,加上活塞环转换运动方向等情况,使气缸壁面、活塞环及环槽的磨损加速。在摩擦发热及缺油的情况下,活塞环和气缸壁面很容易产生表面熔粘磨损(即拉缸)现象。
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