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德國FESTO費斯托氣缸原理
點擊次數：2662 發(fā)布時間：2018-10-12
德國FESTO費斯托氣缸原理源于大炮。
1680年，荷蘭科學家霍因斯受到大炮原理的啟發(fā)，心想如將炮彈的強大力量用來推動其它機械不是挺好嗎？他一開始仍用作燃燒爆炸物，將炮彈改成“活塞”，把炮筒作“氣缸”，并開一個單向閥。他在氣缸內注入當點燃后，猛烈地爆炸燃燒，推動活塞向上運動，并產生動力。同時，爆炸氣巨大的壓力還推開單向閥，排出廢氣。而后，氣缸內殘余廢氣逐漸變冷，氣壓變低，氣缸外部的大氣壓又推動活塞向下運動，以準備進行下一次爆炸。當然，由于行程過長，效率太低，他終沒有取得成功。但是，正是霍因斯首先提出了“內燃機”的設想，后人在此基礎上才發(fā)明了汽車用的發(fā)動機。
早期汽車使用單缸機
汽車*卡爾·奔馳和戴姆勒在當年設計制造汽車時，他們不約而同地只用了一個氣缸的發(fā)動機。就像我們認為一輛汽車不可能使用兩臺或更多臺發(fā)動機一樣，估計當時的人們也不會想象出還會用兩個氣缸或更多氣缸的發(fā)動機。然而現在不同了，先別說發(fā)達國家，看看國內汽車廣告就會發(fā)現，不少廠家總拿發(fā)動機的氣缸數目和排列形式來說事，賣微型車的極力吹鼓他的車用的是四缸機而非三缸，用v6發(fā)動機的一定要把v字弄得醒目惹眼，廣告宣傳確實起到了很大效果，不少車迷已認同了 “4缸比3缸好”、“6缸比4缸好”、“v型比直列好”、“v型發(fā)動機是發(fā)動機”等概念。國產車中已有近20種車裝配了v6或v8型發(fā)動機。
單缸發(fā)動機的曲軸每轉兩周才能產生一次燃燒做功，這樣它的聲音聽起來也不連續(xù)順暢，聽一聽小排量摩托車的聲音就知道了。為不能讓人接受的是它的運轉極不平穩(wěn)，轉速波動較大，而且單缸發(fā)動機的外形也不適合裝在汽車上。為此，汽車上已見不到單缸發(fā)動機上，兩缸機也不好找了，少是3缸發(fā)動機。國內生產的華利面包車、老款夏利車、吉利豪情和奧拓、福萊爾上，裝的都是3缸機。
1升以下的微型車上多用3缸機，1升至2升的發(fā)動機一般采用4缸或5缸機。2升以上的發(fā)動機大多為6缸，4升以上的發(fā)動機使用8缸的占絕大多數。
在相同排量的情況下，增加氣缸數可以提高發(fā)動機的轉速，從而可以提高發(fā)動機的輸出功率。另外，增加氣缸數可以使發(fā)動機運轉更平穩(wěn)，使其輸出扭矩和輸出功率更加穩(wěn)定。增加氣缸數可以使氣車更容易起動，加速響應性更好。為了提高氣車的性能，必須增加氣缸數。因此，豪華轎車、跑車、賽車等高性能氣車的氣缸數都在6缸以上，多者已達到16缸。
但是，氣缸數的增加不能無限制。因為隨著氣缸數的增加，發(fā)動機的零部件數也成比例地增加，從而使發(fā)動機結構復雜，降低發(fā)動機的可靠性，增加發(fā)動機重量，提高制造成本和使用費用，增加燃料消耗，并使發(fā)動機的體積變大。因此，氣車發(fā)動機的氣缸數都是根據發(fā)動機的用途和性能要求，在權衡各種利弊之后做出的合適選擇。
直列發(fā)動機（line engine），它的所有氣缸均肩并肩排成一個平面，它的缸體和曲軸結構簡單，而且使用一個氣缸蓋，制造成本較低，穩(wěn)定性高，低速扭矩特性好，燃料消耗少，尺寸緊湊，應用比較廣泛。其缺點是功率較低。“直列”可用l代表，后面加上氣缸數就是發(fā)動機代號，現代汽車上主要有l(wèi)3、l4、l5、l6型發(fā)動機。
問題
汽缸是鑄造而成的，汽缸出廠后都要經過時效處理，使汽缸在住鑄造過程中所產生的內應力*消除。如果時效時間短，那么加工好的汽缸在以后的運行中還會變形。
汽缸在運行時受力的情況很復雜，除了受汽缸內外氣體的壓力差和裝在其中的各零部件的重量等靜載荷外，還要承受蒸汽流出靜葉時對靜止部分的反作用力，以及各種連接管道冷熱狀態(tài)下對汽缸的作用力，在這些力的相互作用下，汽缸易發(fā)生塑性變形造成泄漏。
汽缸的負荷增減過快，特別是快速的啟動、停機和工況變化時溫度變化大、暖缸的方式不正確、停機檢修時打開保溫層過早等，在汽缸中和法蘭上產生很大的熱應力和熱變形。
汽缸在機械加工的過程中或經過補焊后產生了應力，但沒有對汽缸進行回火處理加以消除，致使汽缸存在較大的殘余應力，在運行中產生變形。
在安裝或檢修的過程中，由于檢修工藝和檢修技術的原因，使內缸、汽缸隔板、隔板套及汽封套的膨脹間隙不合適，或是掛耳壓板的膨脹間隙不合適，運行后產生巨大的膨脹力使汽缸變形。
使用的汽缸密封劑質量不好、雜質過多或是型號不對；汽缸密封劑內若有堅硬的雜質顆粒就會使密封面難以緊密的結合。
汽缸螺栓的緊力不足或是螺栓的材質不合格。汽缸結合面的嚴密性主要靠螺栓的緊力來實現的。機組的起?；蚴窃鰷p負荷時產生的熱應力和高溫會造成螺栓的應力松弛，如果應力不足，螺栓的預緊力就會逐漸減小。如果汽缸的螺栓材質不好，螺栓在長時間的運行當中，在熱應力和汽缸膨脹力的作用下被拉長，發(fā)生塑性變形或斷裂，緊力就會不足，使汽缸發(fā)生泄漏的現象。
汽缸螺栓緊固的順序不正確。一般的汽缸螺栓在緊固時是從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧大處或是受力變形大的地方緊固，這樣就會把變形大的處的間隙向汽缸前后的自由端轉移，后間隙漸漸消失。如果是從兩邊向中間緊，間隙就會集中于中部，汽缸結合面形成弓型間隙，引起蒸汽泄漏。 [3]
原因
氣缸出現內、外泄漏，一般是因活塞桿安裝偏心，潤滑油供應不足，密封圈和密封環(huán)磨損或損壞，氣缸內有雜質及活塞桿有傷痕等造成的。所以，當氣缸出現內、外泄漏時，應重新調整活塞桿的中心，以保證活塞桿與缸筒的同軸度；須經常檢查油霧器工作是否可靠，以保證執(zhí)行元件潤滑良好；當密封圈和密封環(huán)出現磨損或損環(huán)時，須及時更換；若氣缸內存在雜質，應及時清除；活塞桿上有傷痕時，應換新。
氣缸的輸出力不足和動作不平穩(wěn)，一般是因活塞或活塞桿被卡住、潤滑不良、供氣量不足，或缸內有冷凝水和雜質等原因造成的。對此，應調整活塞桿的中心；檢查油霧器的工作是否可靠；供氣管路是否被堵塞。當氣缸內存有冷凝水和雜質時，應及時清除。
氣缸的緩沖效果不良，一般是因緩沖密封圈磨損或調節(jié)螺釘損壞所致。此時，應更換密封圈和調節(jié)螺釘。
氣缸的活塞桿和缸蓋損壞，一般是因活塞桿安裝偏心或緩沖機構不起作用而造成的。對此，應調整活塞桿的中心位置；更換緩沖密封圈或調節(jié)螺釘。
解決方案
1.汽缸變形較大或漏汽嚴重的結合面，采用研刮結合面的方法
如果上缸結合面變形在0.05mm范圍內，以上缸結合面為基準面，在下缸結合面涂紅丹或是壓印藍紙，根據痕跡研刮下缸。如果上缸的結合面變形量大，在上缸涂紅丹，用大平尺研出痕跡，把上缸研平?；蚴遣扇C械加工的方法把上缸結合面找平，再以上缸為基準研刮下缸結合面。汽缸結合面的研刮一般有兩種方法：
⑴是不緊結合面的螺栓，用千斤頂微微推動上缸前后移動，根據下缸結合面紅丹的著況來研刮。這種方法適合結構剛性強的高壓缸。
⑵是緊結合面的螺栓，根據塞尺的檢查結合面的嚴密性，測出數值及壓出的痕跡，修刮結合面，這種方法可以排除汽缸垂弧對間隙的影響。
2.采用適當的汽缸密封材料
因汽輪機汽缸密封劑還沒有統(tǒng)一的國家標準和行業(yè)標準，制作原料和配方也各不相同，產品質量參差不齊；在選擇汽輪機汽缸密封劑時，就要選在行業(yè)內有口碑，產品質量有保證的正規(guī)生產廠家，以保證檢修處理后汽缸的嚴密性。
3.局部補焊的方法
由于汽缸結合面被蒸汽沖刷或腐蝕出溝痕，選用適當的焊條把溝痕添平，用平板或平尺研出痕跡，研刮焊道和結合面在同一平面內。汽缸結合面變形較大或是漏汽嚴重時，在下缸的結合面補焊一條或兩條10-20mm寬的密消除間隙封帶，然后用平尺或是扣上缸測量，并涂紅丹研刮，直到消除間隙。此操作的工藝也很簡單，焊前預熱汽缸至150℃，然后在室溫下進行分段退焊或跳焊。選用奧氏體焊條，如A407、A412，焊后用石棉布覆蓋保溫緩冷。待冷卻室溫后進行打磨修刮。
4.汽缸結合面的涂鍍或噴涂
當汽缸結合面大面積漏汽，間隙在0.50mm左右時，為了減少研刮的工作量，可用涂鍍的工藝。用汽缸做陽極，涂具做陰極，在汽缸的結合面上反復涂刷電解溶液，涂層的厚度要根據汽缸結合面間隙的大小而定，涂層的種類要根據汽缸的材料和修刮的工藝而定。噴涂就是用的高溫火焰噴槍把金屬粉末加熱至熔化或達到塑性狀態(tài)后噴射于處理過的汽缸表面，形成一層具有所需性能的涂層方法。其特點就是設備簡單，操作方便涂層牢固，噴涂后汽缸溫度僅為70℃-80℃不會使汽缸產生變形，而且可獲得耐熱，耐磨，抗腐蝕的涂層。注意的是在涂渡和噴涂前都要對缸面進行打磨、除油、拉毛，在涂渡和噴涂后要對涂層進行研刮，保證結合面的嚴密。
5.結合面加墊的方法
如果結合面的局部間隙泄漏不是很大，可用80-100目的銅網經熱處理使其硬度降低，然后剪成適當的形狀，鋪在結合面的漏汽處，再配以汽缸密封劑。如果結合面的間隙較大，泄漏嚴重，可在上下結合面開寬50mm深5mm的槽，中間鑲嵌IGr18Ni9Ti的齒形墊，齒形墊的厚度一般比槽的深度大0.05-0.08mm左右，并可用同等形狀的不銹鋼墊片做以調整。
6.控制螺栓應力的方法
如果汽缸結合面的變形較小，而且很均勻，可在有間隙處更換新的螺栓，或是適當的加大螺栓的預緊力。按從中間向兩邊同時緊固，也就是從垂弧大處或是受力變形大的地方緊固螺栓。理論上來說，控制螺栓的預緊力可用公式d/L≤A來計算，但由于此計算的數據與測量的手段還在研究當中，沒有達到推廣，多在螺栓的允許的大應力內根據經驗而定。
7.新時期采用的高分子材料方法
隨著技術的進一步發(fā)展，高分子復合材料逐漸在氣缸維護中取得了成功的應用。相對于傳統(tǒng)手段相比，高分子復合材料具有較為優(yōu)異的耐溫性能，良好的耐壓性能，以及更為出色的密封性能，且具有良好的塑變性，受熱不會固化，密封膜不會被破壞，從而保證了機件密封面的密封；加之易于清除，使用過的密封面可以用無水乙醇或丙酮輕易的擦去，而不會附著于密封面；由于其優(yōu)異的性能，逐漸受到越來越多氣缸企業(yè)的青睞。