柴油机气门锁夹逃逸原因分析

　　徐卫平 章金成
　　【摘 要】本文对HXn5-0046两年检机车自负荷试验时，发生柴油机L8缸气门锁夹逃逸、横臂旋转角度及凸轮轴碾伤造成的原因进行分析并提出工艺改进。从而避免此类故障再次发生造成重大的质量问题。
　　【关键词】气门锁夹；横臂；弹簧座圈；气阀
　　GEVO16柴油机采用的是带有弹簧档圈的顶置式气门旋转机构，其主要用途是以特定的速度旋转进气门和排气门，该机构可以均匀的分配燃烧过程中的热负荷、延长气门的使用寿命。该气门旋转机构及其附件也可以通过气门座圈与气门和气门弹簧配套，配合气门杆身使气门弹簧保持合适的装配高度。
　　一、故障原因分析
　　1.工作原理
　　柴油机曲轴齿轮啮合惰轮带动凸轮轴转动，凸轮轴驱动挺杆上下往复运动通过摇臂、横臂使气门开启，而气门弹簧保证了气门的关闭。GEVO16柴油机转速在1050r/min时，气门旋转机构设计的最小工作转速为4r/min，气门旋转机构在激烈的频率下工作，频率为柴油机转速的一半。
　　2.故障描述
　　HXn5-0046机车在机车自负荷试验时，柴油机L8缸气缸盖有明显异音。拆检发现L8缸一排气门锁夹逃逸，横臂旋转（如图一），气缸盖罩被打破，排气门挺杆滚轮及凸轮轴碾伤。
　　进一步拆检发现柴油机L8缸下排气门阀杆被啃伤，气门锁夹碎裂，横臂损伤，减磨环上平面内侧被啃掉一块，同时发现故障排气门下端的气门弹簧座圈接触线不连续，气门弹簧等完好，如下图所示：
　　二、原因分析
　　从配气机构工作原理分析来看，在气门被打开的过程中，在摇臂的作用力下气门阀杆顶部端面与横臂是始终接触的，此过程横臂不可能发生转动。当气门开始关闭时，配气凸轮不再向配气机构施加力，气门弹簧被压缩至最大位移量，此时气门阀杆顶部端面与横臂就会产生间隙，此時的间隙为气门间隙（进气：0.45±0.05mm排气：0.95±0.05mm）。根据图纸所示横臂卡入气阀顶部的尺寸为4mm，横臂是不可能转动的。因此可以排除横臂转动是由于气门间隙过大引起的。
　　从故障气门弹簧座圈及正常气门座圈受力点形成的接触痕迹可以看出故障弹簧座圈明显存在受力不均匀现象。而当柴油机高速运转时，气门弹簧连续的受到轴向和侧向载荷的作用。由于气门弹簧下部与弹簧座圈不完全接触导致弹簧受到的轴向力增大。使得气门弹簧轴线垂直度发生偏移，一旦弹簧发生偏移，那么需旋转机构向锁夹施加的力将会发生减小，最终横臂向气门施加力时因锁夹与气门之间的静摩擦力减小而发生相对位移。
　　此次故障的发生进行了一下几个阶段：（1）气门锁夹与气门发生相对位移；（2）横臂与气门旋转机构接触，并对气门弹簧施加轴向力；（3）气门锁夹因弹簧被压缩失去锁紧力而逃逸。
　　三、结论
　　经以上分析，可以判断GEVO16柴油机气门锁夹逃逸主要是因为气门弹簧座安装时，气门座圈与弹簧没有线性接触，导致气门弹簧受到的轴向力加大，从而使得气门锁夹受到较大的轴向冲击，而柴油机工作时气门旋转机构在激烈的频率下工作，在高频工作下气门阀杆被气门锁夹啃伤。气门锁夹逃逸，横臂转动一角度。由于横臂转动一角度后导致挺杆滚轮与凸轮轴顶死使得凸轮及挺杆滚轮碾伤。如果后期在组装工艺中增加检测气门弹簧与气门弹簧座圈接触面是否完全接触便可避免造成以上重大故障。
　　【参考文献】
　　[1]吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册（3）[M].高等教育出版社.2006.
　　[2]吴兆汉，汪长民.内燃机设计（3）[M].北京理工大学出版社.1990.