1、1船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一項目五 氣缸蓋的拆裝與維修2船舶柴油機結構與維修3船舶柴油機結構與維修4船舶柴油機結構與維修5船舶柴油機結構與維修輪機工程學院2021年6月14日星期一簡介簡介本項目以十字頭式柴油機氣缸本項目以十字頭式柴油機氣缸蓋（如圖蓋（如圖5-15-1）和筒形活塞式柴油機氣缸蓋）和筒形活塞式柴油機氣缸蓋（如圖（如圖5-25-2）為例，在熟悉氣缸蓋組成和結）為例，在熟悉氣缸蓋組成和結構特點的基礎上，根據說明書規定的步驟和構特點的基礎上，根據說明書規定的步驟和程序，及職業能力的要求組織學生進行氣缸程序，及職業能力的要求組織學生進行氣缸蓋的拆裝、檢測與維

2、修，以恢復其技術狀態，蓋的拆裝、檢測與維修，以恢復其技術狀態，在拆檢過程中學生要能正確的對氣缸蓋拆裝、在拆檢過程中學生要能正確的對氣缸蓋拆裝、檢查，能按故障類型進行相應的維修或更換，檢查，能按故障類型進行相應的維修或更換，并記錄。本項目適用于并記錄。本項目適用于3000kW3000kW及以上船舶二及以上船舶二/ /三管輪，主要任務包括：氣缸蓋的拆裝；三管輪，主要任務包括：氣缸蓋的拆裝；氣缸蓋的檢查與維修。氣缸蓋的檢查與維修。項目描述6船舶柴油機結構與維修輪機工程學院2021年6月14日星期一任務描述任務描述 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構

3、特點，掌握氣缸蓋的拆裝步驟及注意事項。本任務要求學生互相協作完成氣缸蓋的拆裝，并能達到職業能力的要求。任務一 氣缸蓋的拆裝 學習目標學習目標 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構特點；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。7船舶柴油機輪機工程系2021年6月14日星期一 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、氣缸蓋的構造五、液壓拉伸工具的使用和管理相關知識相關知識 任務一 氣缸蓋的拆裝8船舶柴油機結構與維修1. 作用作用 (Functions)密封，與氣缸套、活塞組件共同構成密閉的氣缸空間；壓緊氣缸套，并保

4、證其正確位置；安裝附件（安裝噴油器、起動閥、示功閥、安全閥、進排氣閥等；）布置通道和腔室（內布置進排氣道和冷卻水腔；外布置氣閥搖臂機構等。）輪機工程系2021年6月14日星期一一、一、 氣缸蓋的作用和工作條件氣缸蓋的作用和工作條件9船舶柴油機結構與維修2. 型式型式（是柴油機中結構最復雜的零件之一）單體式：單體式：1個缸單獨一個缸蓋。 優：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。整體式：整體式：（46缸制成一體的缸蓋） 優：中心距小，結構緊湊，柴油機剛度 缺：易變形，密封性差，結構復雜加工不便。 用于缸徑150mm的小型高速機。組合式組合式

5、介于上述兩者之間輪機工程系2021年6月14日星期一一、一、 氣缸蓋的作用和工作條件氣缸蓋的作用和工作條件10船舶柴油機結構與維修1）氣體力Pz，高溫Tr（有的可達到400480 ）2）螺栓預緊力3）燃氣和冷卻水的腐蝕4）結構復雜，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域（稱“鼻梁區”）產生很大的熱應力。 輪機工程系2021年6月14日星期一一、一、 氣缸蓋的作用和工作條件氣缸蓋的作用和工作條件3. 工作條件工作條件11船舶柴油機結構與維修1. 要求：要求：足夠的強度和剛度，既不會因應力過大而損壞，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

6、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2021年6月14日星期一400mm以下灰鑄鐵，400mm以上球墨鑄鐵；大型低速柴油機采用鑄鋼鑄鋼或鑄鐵鑄鐵+鑄鋼組合式缸蓋鑄鋼組合式缸蓋2. 材料：材料：二、氣缸蓋的要求和材料二、氣缸蓋的要求和材料 12船舶柴油機結構與維修PS: 缸蓋與缸套的密封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，密封面發生不均勻變形 4）氣體壓力引起密封機件動態運動解決

7、方法2）氣缸套頂面上車制出不同形狀的環槽3）氣缸蓋底面制出凸緣4）兩者之間安裝環形密封墊片輪機工程系2021年6月14日星期一13船舶柴油機結構與維修PS: 缸蓋與缸套的密封缸蓋與缸套的密封 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2021年6月14日星期一判斷：哪種較好？14船舶柴油機結構與維修PS:缸蓋密封墊要求：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：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）：合成橡膠石棉內嵌鋼質爪形骨架密封墊片；圖c) ：密封孔口用鋼絲環或卷邊加強，使密封孔口具有較高的比壓，保證密封可靠。輪機工

8、程系2021年6月14日星期一氣缸蓋采用的密封墊：氣缸蓋采用的密封墊：多采用紫銅或鍍銅低碳鋼環形密封墊片，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。)15船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一彎彎流流掃掃氣氣缸缸蓋蓋三、氣缸蓋的類型三、氣缸蓋的類型16船舶柴油機結構與維修整體單體式缸蓋整體單體式缸蓋特點特點：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。采用雙層底式結構，加強對氣缸蓋底板的冷卻（即在缸蓋內部鑄出水平中隔板，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

9、道面積較小，水流速較高，底板冷卻加強。輪機工程系2021年6月14日星期一17船舶柴油機結構與維修組合單體式缸蓋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； 缸蓋與缸套結合面下移； 冷卻水沿周向進入缸蓋，冷卻均勻。輪機工程系2021年6月14日星期一組合式18船舶柴油機結構與維修彎流掃氣柴油機氣缸蓋彎流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系2021年6月14日星期一19船舶柴油機結構與維修直流掃氣柴油機氣缸蓋直流掃氣柴油機氣缸蓋輪機工程系2021年6月14日星期一20船舶柴油機結構與維修大型低速機缸蓋特點分析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

10、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2021年6月14日星期一四、氣缸蓋的構造四、氣缸蓋的構造21船舶柴油機結構與維修中速柴油機氣缸蓋的構造特點：尺寸小、閥件多，結構比大型機更復雜。輪機工程系2021年6月14日星期一22船舶柴油機結構與維修高速柴油機氣缸蓋的構造高速柴油機氣缸蓋的構造（兩個缸合一個氣缸蓋）輪機工程系2021年6月14日星期一23船舶柴油機結構與維修缸蓋中的進氣道缸蓋中的進氣道輪機工程系2021年6月14日星期一24船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一缸蓋中的

11、進氣道缸蓋中的進氣道25船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一缸蓋中的進氣道缸蓋中的進氣道26船舶柴油機輪機工程系2021年6月14日星期一五、液壓拉伸工具的使用和管理27船舶柴油機輪機工程系2021年6月14日星期一 A. 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 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28船舶柴油機輪機工程系2021年6月14日星期一29船舶柴油機結構與維修輪機工程學院2021年6月14日星期一任務實施任務實施 任務一 活塞的拆裝、測

12、量與維修 任務一 氣缸蓋的拆裝與檢查任務二 安全閥和示功閥的拆裝與檢修30船舶柴油機結構與維修輪機工程學院2021年6月14日星期一任務描述任務描述 使用中的缸蓋常因熱疲勞、機械疲勞或腐蝕疲勞產生裂紋；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，根據保養計劃和工作情況對缸蓋進行檢查與維修。學生應能通過對缸蓋的檢查與測量，提出正確的修理方法。任務二 氣缸蓋裂紋的檢查與維修 學習目標學習目標 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的維修或更換，并記錄。31船舶柴油機輪機工程系2021年6月14日星期一 一、零件的疲勞破壞

13、 二、高溫疲勞和熱疲勞 三、氣缸蓋裂紋相關知識相關知識 任務二 氣缸蓋裂紋的檢查與維修32船舶柴油機結構與維修一、概念 零件材料長時間在交變載荷作用下產生裂零件材料長時間在交變載荷作用下產生裂紋和斷裂的現象紋和斷裂的現象稱為稱為疲勞破壞疲勞破壞 。 大小和方向隨時間發生周期性變化的載荷大小和方向隨時間發生周期性變化的載荷稱為稱為交變載荷交變載荷，所引起的應力稱為，所引起的應力稱為交變應交變應力。力。 疲勞斷裂時具有以下特征：疲勞斷裂時具有以下特征： 輪機工程系2021年6月14日星期一33船舶柴油機結構與維修 (1)零件是在交變載荷作用下經過零件是在交變載荷作用下經過較長時間較長時間的使用；的

14、使用； (2)斷裂應力小于材料的斷裂應力小于材料的抗拉強度抗拉強度b，甚至，甚至小于屈服強度小于屈服強度s； (3)斷裂是斷裂是突然的突然的，無任何先兆；，無任何先兆； (4)斷口形貌特殊，斷口上有斷口形貌特殊，斷口上有明顯不同的區明顯不同的區域；域； (5)零件的零件的幾何形狀、尺寸、表面質量和表幾何形狀、尺寸、表面質量和表面受力狀態面受力狀態等均直接影響零件的疲勞斷裂。等均直接影響零件的疲勞斷裂。輪機工程系2021年6月14日星期一34船舶柴油機結構與維修二、疲勞破壞的種類 (1)按零件所受應力大小和循環周數分類按零件所受應力大小和循環周數分類 ：高周疲勞高周疲勞 、低周疲勞、低周疲勞 (

15、2)按零件工作環境和接觸情況分類按零件工作環境和接觸情況分類 ：大：大氣疲勞、腐蝕疲勞、熱疲勞、接觸疲勞、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微動磨損疲勞和激冷疲勞等 。 (3)按應力狀態分類按應力狀態分類: 有彎曲疲勞、扭轉疲勞、軸向拉壓疲勞有彎曲疲勞、扭轉疲勞、軸向拉壓疲勞和復合疲勞等。和復合疲勞等。 輪機工程系2021年6月14日星期一35船舶柴油機結構與維修三、疲勞破壞的機理三、疲勞破壞的機理 1.疲勞斷裂疲勞斷裂的斷口特征：的斷口特征：疲勞源疲勞源 、裂、裂紋擴展區紋擴展區 、最后斷裂區最后斷裂區域域 輪機工程系2021年6月14日星期一36船舶柴油機結構與維

16、修三、疲勞破壞的機理三、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生微裂紋，隨后下首先在表面缺陷處產生微裂紋，隨后裂紋時而擴展，時而停滯，以致最終斷裂紋時而擴展，時而停滯，以致最終斷裂。裂。 1)疲勞裂紋的形成疲勞裂紋的形成 2)疲勞裂紋的擴展疲勞裂紋的擴展 3)疲勞斷裂疲勞斷裂 輪機工程系2021年6月14日星期一37船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一38船舶柴油機結構與維修根據斷口形貌定性分析根據斷口形貌定性分析 (1)疲勞源大多分布于零件表面，一般有疲勞源大多分布于零件表面，一般有12個。個。 (2)

17、疲勞裂紋擴展呈貝紋狀時，貝紋細密、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，表示材料疲勞強度高貝紋稀疏、間距大，表示材料疲勞強度低。度低。 (3)最后斷裂區所占面積很大，甚至超過斷最后斷裂區所占面積很大，甚至超過斷面的一半以上，說明零件產重過載；若所面的一半以上，說明零件產重過載；若所占面積較小或小于斷面一半時，說明零件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。無過載或過載很小。輪機工程系2021年6月14日星期一39船舶柴油機結構與維修影響零件疲勞強度的因素影響零件疲勞強度的因素 材料的疲勞強度

18、或稱疲勞極限是材料經受無限次材料的疲勞強度或稱疲勞極限是材料經受無限次循環應力的作用而不破壞的最大應力，用符號循環應力的作用而不破壞的最大應力，用符號r表示。表示。 零件材料的疲勞強度零件材料的疲勞強度除與材料本身的成分、除與材料本身的成分、組織和表面應力狀態組織和表面應力狀態等有關外，還與零件等有關外，還與零件的形狀、尺寸、表面粗的形狀、尺寸、表面粗糙度和使用條件等有關。糙度和使用條件等有關。 輪機工程系2021年6月14日星期一40船舶柴油機結構與維修影響零件疲勞強度的因素影響零件疲勞強度的因素 1)應力集中：應力集中是引起疲勞破壞的首應力集中：應力集中是引起疲勞破壞的首要因素要因素 ，零

19、件表面上缺口引起的應力集中，零件表面上缺口引起的應力集中使其疲勞強度降越低，缺口越尖銳，降低使其疲勞強度降越低，缺口越尖銳，降低得越厲害得越厲害 。 2)表面狀態和尺寸因素表面狀態和尺寸因素 ： 3)使用條件：使用條件：輪機工程系2021年6月14日星期一41船舶柴油機結構與維修一、高溫疲勞一、高溫疲勞 高溫疲勞是指零件在高于材料的高溫疲勞是指零件在高于材料的0.5Tm(用絕用絕對溫度表示的熔點對溫度表示的熔點)或高于再結晶溫度時受到或高于再結晶溫度時受到交變應力的作用所引起的疲勞破壞。交變應力的作用所引起的疲勞破壞。 具有以下特點具有以下特點 ：(1)高溫疲勞的疲勞曲線無水高溫疲勞的疲勞曲線

20、無水平部分，疲勞強度隨循環周次平部分，疲勞強度隨循環周次N增加不斷降增加不斷降低。低。(2)高溫疲勞總伴隨蠕變發生，溫度越高高溫疲勞總伴隨蠕變發生，溫度越高蠕變所占比例越大，疲勞和蠕變交互作用也蠕變所占比例越大，疲勞和蠕變交互作用也越強烈。越強烈。 (3)材料的高溫疲勞強度與高溫強度材料的高溫疲勞強度與高溫強度(蠕變極限和持久極限蠕變極限和持久極限)的關系的關系 輪機工程系2021年6月14日星期一42船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一材料的蠕變極限隨溫材料的蠕變極限隨溫度變化曲線度變化曲線1與疲勞與疲勞極限隨溫度變化曲線極限隨溫度變化曲線2相交于一點，說明相交于一點，說

21、明當材料溫度低于此點當材料溫度低于此點對應溫度時，材料以對應溫度時，材料以疲勞破壞為主；高于疲勞破壞為主；高于此點對應溫度則以蠕此點對應溫度則以蠕變破壞為主。變破壞為主。 43船舶柴油機結構與維修二、熱疲勞二、熱疲勞 1)熱應力熱應力 ：零件材料產生變形的金屬與：零件材料產生變形的金屬與變形小的金屬或末產生變形的金屬相互變形小的金屬或末產生變形的金屬相互約束和牽制而產生由溫差引起的應力約束和牽制而產生由溫差引起的應力 高溫面高溫面(或處或處)產生壓應力，低溫面產生壓應力，低溫面(或處或處)產生拉應力。產生拉應力。 定常熱應力和不定常熱應力定常熱應力和不定常熱應力 高頻熱應力和低頻熱應力高頻熱應

22、力和低頻熱應力 =-kaE(T-T0)輪機工程系2021年6月14日星期一44船舶柴油機結構與維修熱疲勞熱疲勞 熱疲勞是零件在循環熱應力反復作用下熱疲勞是零件在循環熱應力反復作用下產生的疲勞破壞。產生的疲勞破壞。 在溫度梯度最大處造成塑性應變集中在溫度梯度最大處造成塑性應變集中 熱疲勞裂紋是在受熱表面熱應變最大區熱疲勞裂紋是在受熱表面熱應變最大區域形成，一般有幾個疲勞裂紋源域形成，一般有幾個疲勞裂紋源 特有的龜裂裂紋為特征特有的龜裂裂紋為特征 熱疲勞裂紋與循環溫差、零件表面缺口熱疲勞裂紋與循環溫差、零件表面缺口狀態和材料有關狀態和材料有關 輪機工程系2021年6月14日星期一45船舶柴油機結構

23、與維修影響熱疲勞強度的因素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：高溫使得材料的熱疲勞抗力下降。 溫度循環和高溫保持時間：快速加熱、溫度循環和高溫保持時間：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。時間越長，熱疲勞壽命下降愈多。 零件形狀和材料零件形狀和材料 腐蝕腐蝕輪機工程系2021年6月14日星期一46船舶柴油機結構與維修提高材料熱疲勞抗力的途徑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力盡可能地減少甚至消除零件上的應力集中和應變集中；集中和應變集中； (2)提高材料的高溫強度；

24、提高材料的高溫強度； (3)提高材料的塑性；提高材料的塑性； (4)降低材料的熱膨脹系數。降低材料的熱膨脹系數。輪機工程系2021年6月14日星期一47船舶柴油機結構與維修三、氣缸蓋的疲勞破壞三、氣缸蓋的疲勞破壞 1.氣缸蓋底面裂紋氣缸蓋底面裂紋 ：運轉過程中氣缸蓋：運轉過程中氣缸蓋底面在其工作條件下可能產生高溫疲勞、底面在其工作條件下可能產生高溫疲勞、蠕變和熱疲勞破壞蠕變和熱疲勞破壞 。底面裂紋可能是熱。底面裂紋可能是熱疲勞裂紋，也可能是高溫疲勞裂紋或蠕疲勞裂紋，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生的裂變裂紋，或者是三者共同作用產生的裂紋。但是當發現龜裂裂紋時，則可斷定紋。

25、但是當發現龜裂裂紋時，則可斷定為熱疲勞裂紋。為熱疲勞裂紋。 輪機工程系2021年6月14日星期一48船舶柴油機結構與維修三、氣缸蓋的疲勞破壞三、氣缸蓋的疲勞破壞 2.氣缸蓋冷卻面裂紋氣缸蓋冷卻面裂紋 ：是氣體力、熱應：是氣體力、熱應力和腐蝕共同作用產生裂紋。是氣缸內力和腐蝕共同作用產生裂紋。是氣缸內最大爆發壓力引起的周期性脈動應力作最大爆發壓力引起的周期性脈動應力作用的結果。是腐蝕疲勞破壞。用的結果。是腐蝕疲勞破壞。 氣缸蓋裂紋產生的影響因素：除熱應力、氣缸蓋裂紋產生的影響因素：除熱應力、機械應力和腐蝕外，設計、結構上的原機械應力和腐蝕外，設計、結構上的原因，材料、工藝上的原因，操作管理和因，

26、材料、工藝上的原因，操作管理和裝配質量上的裝配質量上的 輪機工程系2021年6月14日星期一49船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一結構結構特點特點壁厚不均壁厚不均孔道較多孔道較多結構復雜結構復雜工作條件工作條件螺螺栓栓預預緊緊力力冷冷卻卻面面觸觸火火面面一、氣缸蓋裂紋的檢修一、氣缸蓋裂紋的檢修 50船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星期一1、 氣缸蓋裂紋的部位氣缸蓋裂紋的部位（1）氣缸蓋底面裂紋：）氣缸蓋底面裂紋：（2）氣缸蓋冷卻側裂紋：）氣缸蓋冷卻側裂紋：一般發生在過渡圓角處和孔之間，一般發生在過渡圓角處和孔之間，即應力集中處。即應力集中處。多發生在冷卻水道環形筋的根部應多發生在冷卻水道環形筋的根部應力集中處，并沿圓周方向和向深處力集中處，并沿圓周方向和向深處（即觸火面）擴展，以至使氣缸蓋（即觸火面）擴展，以至使氣缸蓋裂穿漏水或者在孔壁上產生裂紋。裂穿漏水或者在孔壁上產生裂紋。一、氣缸蓋裂紋的檢修一、氣缸蓋裂紋的檢修 51船舶柴油機結構與維修輪機工程系2021年6月14日星