活塞的故障问题与原因研究

尚星良

摘要：活塞又被称之为内燃机的心脏，其是内燃机的重要组成部分，且由于活塞常在高温以及高压的燃气作用下，进行高速的往复运动，其需要长时间承受高温高压的负荷。而活塞在内燃机中具有十分重要的作用，但由于其实际工作的条件恶劣，极易在工作过程中出现故障，严重影响实际的工作进展。活塞作为各个发动机内的关键零件，其需要承受较大跌打燃气作用，并为主体提供运动动力，进而完成发动的作用。所以，针对活塞发生故障问题进行分析，并发现实际的发生原因，具有较高的价值。

关键词：活塞;故障问题;原因

中图分类号：TK4                                        文献标识码：A                                文章编号：1674-957X（2020）24-0133-02

0  引言

通常活塞是一个圆柱形物体，其根据各个发动机的工作要求以及工作条件不同，其实际的组成构造也存在着显著的不同之处，且种类较为繁多。通常活塞常是由头部、活塞销座以及裙部共同组成。并且，活塞作为内燃发动机的主要运动铝制零件，发动机内与任意一个与活塞相关的部位或者工作条件出现故障问题，都会导致活塞受到损害或发生碎裂的情况。因此，发动机存在的故障常会直接反应在活塞上。因此，本文将主要针对活塞故障问题以及原因进行分析，帮助大家根据实际情况合理处理。

1  活塞拉缸

活塞、活塞销与活塞环在发动机的气缸内进行相对运动时，常会由于部分因素发生干擦的情况，导致活塞与缸套出现拉毛的情况[1]。当干擦、拉毛发展为一定程度的时候，气缸的表面会出现金属熔着，且发动机常会发出轻微的敲缸声音。当此种情况十分严重时，活塞与气缸的表面都会出现沟槽或者活塞与汽缸套出现抱死的情况。拉缸作为一种十分常见的问题，需要加大预防力度，而其实际的发生因素较多，常包含以下几个方面：

1.1 配缸间隙

当配缸间隙较大的时候，活塞在实际运动的过程中，常会出现偏摆的情况，且在往复运动时碰撞缸套，进而损坏润滑油膜，出现干摩擦的情况，最终拉缸。而配缸间隙比较小的时候，润滑油也无法形成完整的润滑油膜对缸套进行保护，活塞与其出现干摩擦，极易导致活塞裙部出现拉缸现象[2]。

1.2 发动机冷却

当发动机内的冷却系统出现异常，无法对其产生冷却作用的时候，极易导致发动机的温度较高，润滑油随之变稀或失去原本的功效。此时，润滑油无法形成润滑油膜，进而发生干擦，且与配缸间隙较小时一样，均导致活塞裙部发生拉缸。

1.3 润滑油

当发动机选择的润滑油不当时，不能对其形成润滑油膜，或润滑油膜极易出现破裂，发生干擦，活塞裙部拉缸。

1.4 其他

当装配活塞不当的时候，像将销孔偏心的活塞反向安装，且装配清洗的力度不够，其没有清洗干净，都会导致活塞裙部出现拉缸情况。此外，对发动机的“三滤”进行维护不恰当或者失效，一些异物进入气缸内部，极易出现活塞裙部拉缸的情况[3]。另外，发动机超过原本的负荷程度进行运作，或者调整的不恰当，极易出现发动机爆震或者爆燃等情况，显著升高气缸温度，致使活塞头部拉缸。当活塞环发生折断、活塞销卡簧掉落、活塞销窜出或者活塞环发生倾斜的运动时，都会在拉伤缸套的同时，导致活塞发生拉伤的情况。

2  环岸断裂

活塞环岸主要是从槽底过度到圆弧部位出现断裂，且常发生的活塞主推里面的一侧：发动机实际燃烧不好的时候，极易导致环槽内蓄积碳增多，进而诱发活塞环出现粘着，且活塞环的开口一端出现上下震动的情况，进而与活塞环岸出现撞击情况，最终导致环岸发生断裂。活塞环与环槽之间的间隙较大，极易在实际工作中出现颤震或者撞击的情况，进而发生活塞环岸断裂的情况[4]。活塞构成材料不合格，且材料的强度无法满足设计的标准，致使活塞环岸极易出现疲劳断裂的情况。通常这一情况下，活塞的断裂部位常会出现显著的铸造缺陷，但活塞表面并不会出现高温变色的情况。当发动机异常的时候，其实际温度显著升高，致使活塞环岸的强度显著下降，活塞环岸受力作用较大的主推面常会出现断裂的情况。当發动机出现超负荷运作之后，活塞环岸强度降低的同时，活塞环与活塞环槽之间的碰撞力度显著增大，极易导致活塞环岸发生疲劳断裂。当发动机缸套发生磨损出台阶的时候，台阶部位极易与第一环出现碰撞，进而诱发活塞环岸损坏的情况[5]。

3  活塞顶面与气门或缸盖出现撞击

发动机气门与缸盖之间的凹陷数值无法实现规定要求，或者气门之间的间隙出现变化的时候，极易导致气门显著下降的情况，最终出现气门撞击活塞顶面的情况。对活塞齿轮进行调整出现误差的时候，极易导致配气相位不准的时候。当活塞以及气门二者在实际运动的时候，极易出现相互干涉的情况，导致活塞顶面与气门之间发生撞击的情况。当凸轮轴与轴套之间的间隙较大的时候，极易导致相对的位置被曲轴正时齿轮显著升高，进而加大气门下移的距离，极易出现气门撞击活塞的顶面的情况。曲轴经过磨削之后的回旋半径误差较大的时候，会增加活塞的运动行程，导致活塞顶面与气门或者缸盖出现撞击的情况。当轴瓦与轴颈、活塞销与销座以及活塞销连接小头衬套之间的间隙较大的时候，极易让活塞与缸盖或气门由于惯性出现撞击的情况[6]。活塞进行反向的安装，且避气门穴与气门的实际位置不符，极易出现气门对活塞顶面发生撞击的情况。当气门的弹簧发生断裂情况，且气门无法正常回位的时候。

4  挡圈槽损坏

挡圈槽损坏具体指的是活塞挡圈槽的外侧位置出现了裂纹现象或者断裂的现象，引起挡圈槽损坏的原因主要包括以下四点：第一点，在连杆弯曲作用的影响下，会给予活塞销一定的推进力，进而使得活塞销开始向着挡圈槽外部持续推进，给挡圈槽造成了一定的损伤。第二点，活塞销刚性水平不符合标准的时候，会导致其弯曲量超过原有的承受范围，在活塞销端面位置的推力会对挡圈进行反复的作用，进而引发损伤。第三点，当缸套、活塞销等不同零件出现问题时，均有可能会使得卡簧槽的外侧受到撞击作用而断裂。第四点，如果活塞销装配温度不够，或者装配的过程中方法不合理，均有一定的可能会导致挡圈槽损坏，使其外侧出现裂纹[7]。

5  活塞烧灼

当出现活塞烧灼的问题之后，活塞的表面会出现梨树皮状的纹路，颜色为暗灰色，出现烧灼问题的主要原因包括五点：第一点，在对发动机喷油提前角进行调整的过程中出现了误差，导致活塞出现非常态的燃烧现象，进而导致活塞的顶部会出现各种因烧灼而形成的小凹坑，或者环岸边缘烧灼问题。如果爆震控制不合适也会引起该问题的出现。第二点，当喷油器无法正常工作的时候容易导致发动机出爆震的问题，活塞的顶面也会因此出现烧灼现象和裂纹问题，如果较为严重，甚至会出现击穿的问题。第三点，喷油嘴无法正常工作的过程中会使燃油出现雾化问题，因此而产生的二次喷射现象、滴油现象，会使得活塞的温度上升，因过热导致烧蚀现象。第四点，发动机散热功能较差，或发动机燃烧之后温度急剧上升，热量无法及时散发出去也会引起活塞烧灼。第五点，活塞本身在生产过程中没有使用合格的材料进行制作，会导致活塞材料内的化学成分异常，金相组织不符合有关标准[8]。

6  环槽磨损

活塞环会在环槽中进行持续性的上下冲击运动，进而导致活塞环槽的平面以及侧面出现了碰撞和摩擦的现象，而第一环槽受到的磨损程度最大，从该环槽向下不断减轻，部分时候因异常原因也会导致环槽和活塞环之间出现异常磨损问题，主要原因包括以下七点：第一点，当因为特定的原因导致活塞环运动出现颤振的问题时会存在环槽磨损问题。第二点，第一环槽余隙位置出现过多的积炭，会使得环槽侧面的磨料出现磨损问题。第三点，当活塞环和环槽之间的润滑出现问题之后，则活塞环和环槽之间会出现金属接触，最终出现粘着磨损的问题，导致铝材料逐渐向活塞环的表面移动。第四点，当燃烧情况较差时也容易出现过多的积碳，导致环粘着磨损问题，在此之后，活塞环的开口位置出现上下方向的颤震问题，进而导致活塞环开口的位置也存在严重磨损问题。第五点，活塞的材料不符合质量要求，活塞组织疏松或者活塞组织硬度较差均会出现磨损。第六点，无法发挥三滤效果，会有灰尘这一类杂质进入到气缸的内部，导致活塞环槽出现磨料磨损的现象，其中第一道环槽极其严重。第七点，当活塞环出现断裂的情况之后，活塞环槽的局部位置会产生一定的磨损问题。

7  销孔开裂

销孔开裂问题一般来讲会出现在活塞销孔的上方位置，具体出现原因包括以下五点：第一点，当活塞正在工作的过程中，活塞销的刚性水平较差，不符合正常的标准，会导致活塞销承受较大的力，进而导致活塞销出现变形的问题，在销座位置出现了应力集中的现象，最终出现了销孔开裂的问题。第二点，活塞和活塞销之间存在的配合间隙大于标准要求，在工作过程中活塞销和销座孔之间则会出现碰撞的现象，进而增加了销座的疲劳度，长期以往出现了开裂的问题。第三点，活塞的材料质量无法达到之前的设计标准和要求。第四点，在活塞外部周围存在拉毛现象或者抱缸现象时，也会出现活塞销销孔开裂的现象。第五点，当发动机运转超出原有的符合时，会让活塞销的销孔位置承担过大的压力，容易增加活塞销销孔疲劳程度，进而因此而开裂。

8  结束语

综上所述，活塞作为发动机的主要组成零件，一旦活塞出现异常情况，发动机的工作状态随之改变。比如，发动机出现异常的响动、冒出蓝色烟雾、发动机的动力降低等。因此，当发动机出现异常情况时，需要注意检查活塞，且根据活塞发生故障问题的原因进行分析，以此判断到底哪个部位出现异常，进而出现故障。并且，当发动机出现异常情况时，还需向专业的人员寻求帮助，对其进行科学的判断，切忌盲目判断、自行处理，以免出现严重后果。

参考文献：

[1]邵利民，徐慧峰.某重型柴油机活塞销裂纹故障原因分析[J].装备制造技术，2020（08）：143-144，149.

[2]韩烺钊，李俊雅.威金斯转炉煤气柜活塞倾斜故障分析与处理[J].冶金动力，2020（02）：36-38.

[3]邓志奇，周克家，李自辉.航空活塞发动机排故基本原则与常见故障分析[J].科学技术创新，2020（05）：22-23.

[4]梁建国.活塞式压缩机故障分析与处理[J].当代化工研究，2019（17）：88-89.

[5]马守原，张拓，高云巍.某型柴油机活塞销油堵脱落故障计算与分析[J].铁道机车与动车，2020（01）：47-48，8.

[6]张群杰.某型航空活塞发动机台架试车的滑油压力摆动故障分析[J].成都航空职业技术学院学报，2019，35（04）：55-57.

[7]李文娟.氫气压缩机活塞组件和气阀故障原因分析与对策[J].湖南理工学院学报（自然科学版），2019，32（04）：42-46.

[8]苗润泽.活塞压缩机检修中常见故障及处理措施[J].科技资讯，2018，16（34）：116-117.