船用气缸套裂纹产生的原因及应对措施

邓春华

（武汉船舶职业技术学院，武汉 430050）

0 引言

近年来由于柴油机机型的改型，柴油机燃油价格不断上涨，为节约成本，使用重油越来越普遍，因此气缸套发生裂纹及断裂的情况反映较多，不仅增加了维修和轮管的工作量，而且给客户造成较大的经济损失，并且对企业长期以来具有的良好产品质量和信誉带来一定影响。

使用重油和改型缸体发生裂纹及断裂现象较多。缸套大头凸肩部位是发生裂纹最多的地方[1]。另外，在气阀坑附近以及过度圆角处也常见。某些应力集中处，即圆柱面和凸肩交界处等，有时也会产生裂纹[2]。

1 气缸套裂纹的产生原因

首先从各个方面分析了气缸套裂纹的产生原因[3]。

1.1 机械负荷

机械负荷影响缸套变形的主要有缸盖螺栓预紧力、缸内爆发压力及主轴承座载荷。在正常工作工况下，受到预紧力、爆发压力、往复惯性力以及活塞侧击力等机械载荷的影响，气体会直接作用在缸套上。气体作用在缸盖上，通过缸盖螺栓传递到机体从而影响缸套的应力及变形。气体作用在轴系上，通过轴系影响产生应力及变形，使得缸套受到影响。由气体力而产生的机械应力都和最高爆发压力成正比。螺栓预紧力数值应与拉应力、弯曲应力、以及剪应力成正比。柴油机部件承受振动冲击、惯性力、最高燃烧压力等容易产生裂纹。

1.2 热负荷

热负荷包括热应力和热疲劳。由温差形成的应力称为热应力。在交变热应力作用下出现的破坏现象称为热疲劳。热应力过大，容易产生疲劳破坏，所以热应力应与温差成正比。热疲劳对燃烧室部件破坏的主要表现是裂纹。热负荷过大会使承载能力下降；使受热部件产生较大的塑性变形，各部件正常间隙被改变；使材料的机械性能下降；热应力过大容易产生疲劳破坏，使有些燃烧室部件出现裂纹。热负荷增大，缸套的热应力也会增加，长时间持续这样的状况会使缸套产生裂纹。

1.3 铸造和机加工

制造厂的铸造缺陷在探伤工序未被检验出来的细小裂纹。另外在机加工过程中各定位尺寸的公差超标，致使装配时精度达不到规定值要求，相关部位受力不均，造成缸套的单边磨损或过度磨损。主机如长时间在这种状态下运行，易造成缸套裂纹。

1.4 运输和安装维修

1）缸套属薄壁件，如在运输途中没有正确安放（横放），加上运输颠簸，容易造成变形（变椭）。

2）缸套在运输装卸过程中摔下车，或已摔裂，装机时未仔细检查。

3）正确选择配件。如错用了气缸垫，在更换气缸套时没有注意到这一点，因而将气缸套挤裂。

4）在装机前对没有彻底清除气缸体上定位面的毛刺、脏污或者锈斑，气缸体与气缸套的定位面配合不好，使定位孔轴线与装配面垂直度超差，致使气缸套斜装在气缸体中，活塞在气缸套里往复运动时会产生侧压力。

5）由于气缸套台肩的厚度超差，装机时没有进行及时调整，使气缸套其突出气缸体上平面的高度超差，造成气缸套台肩处整圈断裂。

6）在装机压气缸套时，使用铁锤直接敲击，安装气缸盖螺栓时没有均衡拧紧，或强行压入，造成气缸套破裂。

1.5 使用方法

1）启动柴油机时经常采用错误的方法，没有按操作规程正确操作。

2）装机试车磨合期未到，强行加大负荷。

3）柴油机大油门、满负荷作业后，立即熄火，并且排放冷却液。

2 防止及延缓裂纹的应对措施

防止及延缓裂纹的应对措施有以下几点：

1）应选用正规厂家的气缸套，在生产过程中能严格执行技术规范，保证气缸套的材质和加工精度，使其机械性能和抗拉强度符合规定值，提高气缸套的使用寿命。

2）在装配过程中应先对气缸套外观进行检查（是否有夹渣、缩孔和严重划伤等），对配合尺寸部位进行测量，必须达到规定要求。注意气缸垫的厚薄选择，防止气缸套台肩的高度误差超过规定值（过高），保证各气缸套装入后凸出机体高度一致。装机应用铜棒或木锤四周均衡轻击，安装气缸盖螺栓时均衡拧紧（用测力搬手），保证按规定压力收紧，消除工作中的附加应力。

3）在装机前对机体、机架垂直度的检查，保证符合装配要求。

4）经常更换或补充冷却水，控制合理冷却水温度，冷却水温度保持稳定，定期化验和处理冷却水以确保质量，防止穴蚀的产生，这是减少缸套裂纹的有效途径。

5）保证与气缸套配合的活塞、活塞环、连杆及曲轴等组件的精度和质量，减轻惯性力、振动等的强烈冲击，减小气缸套的振动频率和振幅，最大程度减少机械负荷。

6）经常检查柴油机的排气温度来判断热负荷的高低，避免主机热负荷过大、甚至超负荷运转。柴油机工作时要时时观察各热力参数，分析判断柴油机各缸负荷是否正常，如发现问题马上调整。

7）经常检查和调整推力轴承的间隙，因轴系工作中会产生不均匀推力，对气缸套振动频率和振幅有较大的影响，所以要控制静平衡达到规定值。

8）要使用品质较好的油，保证气缸总供油量，检查各个注油点上的供油状况，注油量要及时适当调整，减轻缸套的磨损，保证缸套能长时间使用。

3 结论

柴油机缸套裂纹的问题较为复杂，多方面的原因都会引起，如材料、设计及制造等方面。如果轮管和安装维修人员能够科学管理，按照操作规程认真仔细地工作，发现问题采取正确的方法及时给予解决，控制和避免裂纹的产生，就能使缸套的使用寿命尽量延长。

[1]编辑委员会.柴油机设计手册(上册)[M].北京: 中国农业机械出版社, 1984.

[2]中华人民共和国工业和信息化部.船用柴油机铸铁气缸套技术条件: CB702-92[S].2011.

[3]张敬国, 崔可润, 龚齐清, 等.船舶柴油机气缸套裂纹的研究[J].武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2000,24(2): 155-159.