5、項目五氣缸蓋的拆裝與維修

輪機工程系17九月2023項目五氣缸蓋的拆裝與維修輪機工程學(xué)院17九月2023〖簡介〗本項目以十字頭式柴油機氣缸蓋（如圖5-1）和筒形活塞式柴油機氣缸蓋（如圖5-2）為例，在熟悉氣缸蓋組成和結(jié)構(gòu)特點的基礎(chǔ)上，根據(jù)說明書規(guī)定的步驟和程序，及職業(yè)能力的要求組織學(xué)生進行氣缸蓋的拆裝、檢測與維修，以恢復(fù)其技術(shù)狀態(tài)，在拆檢過程中學(xué)生要能正確的對氣缸蓋拆裝、檢查，能按故障類型進行相應(yīng)的維修或更換，并記錄。本項目適用于3000kW及以上船舶二/三管輪，主要任務(wù)包括：氣缸蓋的拆裝；氣缸蓋的檢查與維修。項目描述輪機工程學(xué)院17九月2023〖任務(wù)描述〗

通過對氣缸蓋的拆裝，了解缸蓋的功用、類型、工作條件、要求和材料，熟悉氣缸蓋的組成和結(jié)構(gòu)特點，掌握氣缸蓋的拆裝步驟及注意事項。本任務(wù)要求學(xué)生互相協(xié)作完成氣缸蓋的拆裝，并能達到職業(yè)能力的要求。任務(wù)一氣缸蓋的拆裝

〖學(xué)習(xí)目標〗

1．能掌握氣缸蓋的作用、工作條件、要求和材料；2．能描述氣缸蓋的組成和結(jié)構(gòu)特點；3．能對氣缸蓋進行正確拆裝；4．能掌握氣缸蓋拆裝過程的注意事項。輪機工程系17九月2023一、氣缸蓋的功用、工作條件二、氣缸蓋的要求與材料

三、氣缸蓋類型四、氣缸蓋的構(gòu)造五、液壓拉伸工具的使用和管理〖相關(guān)知識〗

任務(wù)一氣缸蓋的拆裝1.作用(Functions)①密封，與氣缸套、活塞組件共同構(gòu)成密閉的氣缸空間；②壓緊氣缸套，并保證其正確位置；③安裝附件（安裝噴油器、起動閥、示功閥、安全閥、進排氣閥等；）④布置通道和腔室（內(nèi)布置進排氣道和冷卻水腔；外布置氣閥搖臂機構(gòu)等。）輪機工程系17九月2023一、氣缸蓋的作用和工作條件2.型式（是柴油機中結(jié)構(gòu)最復(fù)雜的零件之一）①單體式：1個缸單獨一個缸蓋。優(yōu)：密封性好；拆裝以及檢修均較方便缺：氣缸中心距↑，柴油機長度和重量↑——用于大功率中、低速柴油機。②整體式：（4～6缸制成一體的缸蓋）優(yōu)：中心距小，結(jié)構(gòu)緊湊，柴油機剛度↑缺：易變形，密封性差，結(jié)構(gòu)復(fù)雜加工不便?！糜诟讖?lt;150mm的小型高速機。③組合式介于上述兩者之間輪機工程系17九月2023一、氣缸蓋的作用和工作條件1）氣體力Pz，高溫Tr（有的可達到400～480℃）2）螺栓預(yù)緊力3）燃氣和冷卻水的腐蝕4）結(jié)構(gòu)復(fù)雜，金屬分布不均，在各閥孔之間、閥孔與噴油器孔之間的狹窄區(qū)域（稱“鼻梁區(qū)”）產(chǎn)生很大的熱應(yīng)力。輪機工程系17九月2023一、氣缸蓋的作用和工作條件3.工作條件1.要求：足夠的強度和剛度，既不會因應(yīng)力過大而損壞，也不會因變形而漏泄（包括氣閥密封面的漏泄）。足夠抵御熱負荷能力；采用較薄的底板厚度；加強冷卻降低壁面溫度和溫差；各種閥孔之間的金屬堆積處和高溫部位，需進行良好的冷卻，力求各部位的溫度合適且均勻；減小對底板熱膨脹的約束。氣缸蓋上各種閥件的拆裝、維護方便。輪機工程系17九月2023400mm以下灰鑄鐵，400mm以上球墨鑄鐵；大型低速柴油機采用鑄鋼或鑄鐵+鑄鋼組合式缸蓋2.材料：二、氣缸蓋的要求和材料PS:缸蓋與缸套的密封密封難度1）高溫、高壓2）氣缸蓋和氣缸體在螺栓之間的剛度并非均勻一致3）不同部位熱膨脹不同，密封面發(fā)生不均勻變形4）氣體壓力引起密封機件動態(tài)運動解決方法2）氣缸套頂面上車制出不同形狀的環(huán)槽3）氣缸蓋底面制出凸緣4）兩者之間安裝環(huán)形密封墊片輪機工程系17九月2023PS:缸蓋與缸套的密封密封形式：加密封墊并以足夠的接觸壓力來保證可靠密封。

輪機工程系17九月2023判斷：哪種較好？PS:缸蓋密封墊要求：材料耐熱、耐蝕和抗壓，且足夠高的塑性與彈性。一般密封墊的型式：圖a）：兩層銅（或鋼）皮包敷橡膠－石棉板；圖b）：合成橡膠－石棉內(nèi)嵌鋼質(zhì)爪形骨架密封墊片；圖c)：密封孔口用鋼絲環(huán)或卷邊加強，使密封孔口具有較高的比壓，保證密封可靠。輪機工程系17九月2023氣缸蓋采用的密封墊：多采用紫銅或鍍銅低碳鋼環(huán)形密封墊片，如圖d）～f)所示。(小型機采用紫銅墊、大型低速機采用低碳鋼墊，或不用。)輪機工程系17九月2023彎流掃氣缸蓋三、氣缸蓋的類型整體單體式缸蓋特點：孔1安裝噴油器，2、3分別是排氣和進氣通道，孔4裝起動閥孔，孔5接示功閥、安全閥。采用雙層底式結(jié)構(gòu)，加強對氣缸蓋底板的冷卻（即在缸蓋內(nèi)部鑄出水平中隔板，將冷卻水腔分隔成上、下兩部分）。冷卻水從排氣道下方水孔引入下層冷卻水腔，下層水腔容積和水流通道面積較小，水流速較高，底板冷卻加強。輪機工程系17九月2023組合單體式缸蓋——大型低速柴油機采用組合式特點：缸蓋高度較大；缸蓋與缸套結(jié)合面下移；冷卻水沿周向進入缸蓋，冷卻均勻。輪機工程系17九月2023組合式彎流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系17九月2023直流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系17九月2023大型低速機缸蓋特點分析1）薄壁強背2）錐形燃燒室有利于換氣和燃燒。3）對稱的噴油器有利于油霧化和燃燒室形狀的配合4）缸蓋和缸套的接合面下移使接合面不直接受火焰沖擊5）缸套冷卻水沿周向均布，冷卻均勻。輪機工程系17九月2023四、氣缸蓋的構(gòu)造中速柴油機氣缸蓋的構(gòu)造特點：尺寸小、閥件多，結(jié)構(gòu)比大型機更復(fù)雜。輪機工程系17九月2023高速柴油機氣缸蓋的構(gòu)造（兩個缸合一個氣缸蓋）輪機工程系17九月2023缸蓋中的進氣道輪機工程系17九月2023輪機工程系17九月2023缸蓋中的進氣道輪機工程系17九月2023缸蓋中的進氣道輪機工程系17九月2023五、液壓拉伸工具的使用和管理輪機工程系17九月2023A.拉伸接頭B.帶螺紋的工具C.帶孔螺釘D.液壓活塞E.圓柱F.密封圈G.隔離環(huán)H.撬棒I.氣缸螺母J.螺栓S.間隙U.用于塞尺測量的凹槽五、液壓拉伸工具的使用和管理輪機工程系17九月2023輪機工程學(xué)院17九月2023〖任務(wù)實施〗

任務(wù)一活塞的拆裝、測量與維修

任務(wù)一氣缸蓋的拆裝與檢查任務(wù)二安全閥和示功閥的拆裝與檢修輪機工程學(xué)院17九月2023〖任務(wù)描述〗

使用中的缸蓋常因熱疲勞、機械疲勞或腐蝕疲勞產(chǎn)生裂紋；缸底因受高溫的燃氣作用而引起燒蝕。為保證柴油機可靠的工作，根據(jù)保養(yǎng)計劃和工作情況對缸蓋進行檢查與維修。學(xué)生應(yīng)能通過對缸蓋的檢查與測量，提出正確的修理方法。任務(wù)二氣缸蓋裂紋的檢查與維修

〖學(xué)習(xí)目標〗

1．能掌握檢查缸蓋裂紋的方法并正確指出裂紋位置；2．能掌握氣缸蓋底面燒蝕檢驗的方法；3．能按故障類型進行相應(yīng)的維修或更換，并記錄。輪機工程系17九月2023一、零件的疲勞破壞二、高溫疲勞和熱疲勞

三、氣缸蓋裂紋〖相關(guān)知識〗

任務(wù)二氣缸蓋裂紋的檢查與維修一、概念零件材料長時間在交變載荷作用下產(chǎn)生裂紋和斷裂的現(xiàn)象稱為疲勞破壞。大小和方向隨時間發(fā)生周期性變化的載荷稱為交變載荷，所引起的應(yīng)力稱為交變應(yīng)力。疲勞斷裂時具有以下特征：

輪機工程系17九月2023(1)零件是在交變載荷作用下經(jīng)過較長時間的使用；(2)斷裂應(yīng)力小于材料的抗拉強度σb，甚至小于屈服強度σs；(3)斷裂是突然的，無任何先兆；(4)斷口形貌特殊，斷口上有明顯不同的區(qū)域；(5)零件的幾何形狀、尺寸、表面質(zhì)量和表面受力狀態(tài)等均直接影響零件的疲勞斷裂。輪機工程系17九月2023二、疲勞破壞的種類(1)按零件所受應(yīng)力大小和循環(huán)周數(shù)分類：高周疲勞、低周疲勞(2)按零件工作環(huán)境和接觸情況分類：大氣疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞、接觸疲勞、微動磨損疲勞和激冷疲勞等。(3)按應(yīng)力狀態(tài)分類:有彎曲疲勞、扭轉(zhuǎn)疲勞、軸向拉壓疲勞和復(fù)合疲勞等。

輪機工程系17九月2023三、疲勞破壞的機理1.疲勞斷裂的斷口特征：疲勞源、裂紋擴展區(qū)、最后斷裂區(qū)域輪機工程系17九月2023三、疲勞破壞的機理2.疲勞斷裂的過程：零件在交變載荷作用下首先在表面缺陷處產(chǎn)生微裂紋，隨后裂紋時而擴展，時而停滯，以致最終斷裂。1)疲勞裂紋的形成2)疲勞裂紋的擴展3)疲勞斷裂輪機工程系17九月2023輪機工程系17九月2023根據(jù)斷口形貌定性分析(1)疲勞源大多分布于零件表面，一般有1～2個。(2)疲勞裂紋擴展呈貝紋狀時，貝紋細密、間距小，表示材料抗疲勞性能好，疲勞強度高貝紋稀疏、間距大，表示材料疲勞強度低。(3)最后斷裂區(qū)所占面積很大，甚至超過斷面的一半以上，說明零件產(chǎn)重過載；若所占面積較小或小于斷面一半時，說明零件無過載或過載很小。輪機工程系17九月2023影響零件疲勞強度的因素材料的疲勞強度或稱疲勞極限是材料經(jīng)受無限次循環(huán)應(yīng)力的作用而不破壞的最大應(yīng)力，用符號σr表示。零件材料的疲勞強度除與材料本身的成分、組織和表面應(yīng)力狀態(tài)等有關(guān)外，還與零件的形狀、尺寸、表面粗糙度和使用條件等有關(guān)。輪機工程系17九月2023影響零件疲勞強度的因素1)應(yīng)力集中：應(yīng)力集中是引起疲勞破壞的首要因素，零件表面上缺口引起的應(yīng)力集中使其疲勞強度降越低，缺口越尖銳，降低得越厲害。2)表面狀態(tài)和尺寸因素：3)使用條件：輪機工程系17九月2023一、高溫疲勞高溫疲勞是指零件在高于材料的0.5Tm(用絕對溫度表示的熔點)或高于再結(jié)晶溫度時受到交變應(yīng)力的作用所引起的疲勞破壞。具有以下特點：(1)高溫疲勞的疲勞曲線無水平部分，疲勞強度隨循環(huán)周次N增加不斷降低。(2)高溫疲勞總伴隨蠕變發(fā)生，溫度越高蠕變所占比例越大，疲勞和蠕變交互作用也越強烈。(3)材料的高溫疲勞強度與高溫強度(蠕變極限和持久極限)的關(guān)系輪機工程系17九月2023輪機工程系17九月2023材料的蠕變極限隨溫度變化曲線1與疲勞極限隨溫度變化曲線2相交于一點，說明當(dāng)材料溫度低于此點對應(yīng)溫度時，材料以疲勞破壞為主；高于此點對應(yīng)溫度則以蠕變破壞為主。二、熱疲勞1)熱應(yīng)力：零件材料產(chǎn)生變形的金屬與變形小的金屬或末產(chǎn)生變形的金屬相互約束和牽制而產(chǎn)生由溫差引起的應(yīng)力高溫面(或處)產(chǎn)生壓應(yīng)力，低溫面(或處)產(chǎn)生拉應(yīng)力。定常熱應(yīng)力和不定常熱應(yīng)力高頻熱應(yīng)力和低頻熱應(yīng)力

σ=-kaE(T-T0)輪機工程系17九月2023熱疲勞熱疲勞是零件在循環(huán)熱應(yīng)力反復(fù)作用下產(chǎn)生的疲勞破壞。在溫度梯度最大處造成塑性應(yīng)變集中熱疲勞裂紋是在受熱表面熱應(yīng)變最大區(qū)域形成，一般有幾個疲勞裂紋源特有的龜裂裂紋為特征熱疲勞裂紋與循環(huán)溫差、零件表面缺口狀態(tài)和材料有關(guān)輪機工程系17九月2023影響熱疲勞強度的因素溫度：高溫使得材料的熱疲勞抗力下降。溫度循環(huán)和高溫保持時間：快速加熱、快速冷卻的熱疲勞壽命最低，高溫保持時間越長，熱疲勞壽命下降愈多。零件形狀和材料腐蝕輪機工程系17九月2023提高材料熱疲勞抗力的途徑:(1)盡可能地減少甚至消除零件上的應(yīng)力集中和應(yīng)變集中；(2)提高材料的高溫強度；(3)提高材料的塑性；(4)降低材料的熱膨脹系數(shù)。輪機工程系17九月2023三、氣缸蓋的疲勞破壞1.氣缸蓋底面裂紋：運轉(zhuǎn)過程中氣缸蓋底面在其工作條件下可能產(chǎn)生高溫疲勞、蠕變和熱疲勞破壞。底面裂紋可能是熱疲勞裂紋，也可能是高溫疲勞裂紋或蠕變裂紋，或者是三者共同作用產(chǎn)生的裂紋。但是當(dāng)發(fā)現(xiàn)龜裂裂紋時，則可斷定為熱疲勞裂紋。輪機工程系17九月2023三、氣缸蓋的疲勞破壞2.氣缸蓋冷卻面裂紋：是氣體力、熱應(yīng)力和腐蝕共同作用產(chǎn)生裂紋。是氣缸內(nèi)最大爆發(fā)壓力引起的周期性脈動應(yīng)力作用的結(jié)果。是腐蝕疲勞破壞。氣缸蓋裂紋產(chǎn)生的影響因素：除熱應(yīng)力、機械應(yīng)力和腐蝕外，設(shè)計、結(jié)構(gòu)上的原因，材料、工藝上的原因，操作管理和裝配質(zhì)量上的輪機工程系17九月2023輪機工程系17九月2023結(jié)構(gòu)特點壁厚不均孔道較多結(jié)構(gòu)復(fù)雜工作條件螺栓預(yù)緊力冷卻面觸火面一、氣缸蓋裂紋的檢修

輪機工程系17九月20231、氣缸蓋裂紋的部位（1）氣缸蓋底面裂紋：（2）氣缸蓋冷卻側(cè)裂紋：一般發(fā)生在過渡圓角處和孔之間，即應(yīng)力集中處。多發(fā)生在冷卻水道環(huán)形筋的根部應(yīng)力集中處，并沿圓周方向和向深處（即