X انجام پروژه های نرم افزار های مهندسی مکانیک
مقاله پیستون و راهنمای تشخیص معایب پیستون - وبلاگ مهندسی مکانیک
// ٢:٢۳ ‎ب.ظ - یکشنبه ۱ خرداد ۱۳٩٠

مقاله پیستون و راهنمای تشخیص معایب پیستون

مقاله پیستون و راهنمای تشخیص معایب پیستون

مقدمه
برای ارزیابی عملکرد کار موتور و اینکه شرایط کاری آن چگونه است و آیا مشکلی دارد و یا در آینده دچار مشکلی خواهد شد یا نه روشهای متفاوتی وجود دارد یکی از این شاخص ها چگونگی وضعیت پیستونهاست . که البته منوط به باز کردن موتور است ولی وقتی موتور را باز کردیم برای ارزیابی چگونگی بروز اشکالات موتور و جلوگیری از بروز مجدد این اشکالات؛ وضعیت پیستون می تواند اطلاعات مفیدی در اختیار مکانیک ها و تعمیر کاران قرار دهد.



پیستون

پیستون قطعه ای استوانه ای شکل است که در درون سیلندر بالا و پایین می رود در حرکت انبساط تا 18000  نیوتون نیرو به  طور ناگهانی  به کف  پیستون  وارد می شود  وقتی با سرعت زیاد رانندگی می کنید این اتفاق در هر سیلندر 30 تا 40 بار در ثانیه رخ می دهد  دمای  کف پیستون به 2200 درجه سانتیگراد یا بیشتر میرسد پیستون باید به اندازه ای محکم باشد که بتواند این تنشها را تحمل کند در عین حال پیستون باید چنان سبک  باشد  که بار  وارد بر  یاتاقانها کاهش  یابد وقتی پیستون در نقطه مرگ بالایی یا پایینی متوقف می شود و سپس در جهت عکس به حرکت در میاید با وارد به یاتاقان را تغییر می دهد پیستون را از الومینییوم می سازند زیرا فلزی سبک است در بیشتر موتورهای خودرو از پیستونهای تمام لغزان استفاده می شود دامنه یا قسمت پایین پیستون را می تراشند تا هم وزن ان کاهش یابد و هم جا برای وزنه های تعادل میل لنگ باز شود قطر پیستون موتور خودرو بین 76 تا 122 میلیمتر تغییر می کند وزن این پیستون ها در حدود 450 گرم است همه پیستون ها باید هم وزن باشد  تا موتور دچار  لرزش  نشود  پیستون های الومینیومی را به  یکی از دو روش ریخته گری  و  اهنگری می سازند  پیستون های  اهنگری شده  را  با  استفاده از لقمه  الومینیوم  الیاژی  می سازند پس از ماشینکاری پیستون ان را طبق روال خاصی گرم و سرد می کنند به اصطلاح روی ان عملیات گرمایی انجام میدهند تا خواص مطلوب را پیدا کنند پس از این مرحله روی بسیاری از پیستونها را با لایه نازکی از اب قلع یا مواد دیگر می پوشانند در نتیجه هنگام راه اندازی موتور سطح پیستون ساییده نمی شود .

سایش هنگامی رخ می دهد که ذرهای فلزی از یک قطعه متحرک به قطعه دیگر انتقال یابد ودر نتیجه حفره ها یا شیارهای  روی سطح  در تماس  ایجاد  شود  در  بیشتر موتورهای  پرقدرت از پیستونهای اهنگری شده استفاده میکنند پیستون های  اهنگری  شده  در  مقایسه  با پیستون های  ریخته گری متراکم تر و محکم ترند و در دمای پایینتری کار می کنند زیرا گرما را بهتر انتقال می دهند قطر پیستون در ناحیه سر از همه  جا  کمتر است نتیجه  در بالای پیستون فضای بیشتری برای انبساط وجود دارد  بعضی پیستونها از محور گژنپین تا پایین دامنه شیب دارند در این پیستون قطر در پایین دامنه از همه جا بیشتر است .

خلاصی پیستون:

خلاصی پیستون(یا خلاصی دامنه پیستون)عبارت اند فاصله بین جدار سیلندر و  دامنه پیستون این فاصله معمولا بین 0.025 تا0.10 میلیمتر است وقتی موتور روشن است پیستون به رینگ های روی لایه ای از روغن حرکت می کنند که این فاصله را پر کرده  است اگر خلاصی پیستون  خیلی کم باشد در نتیجه اصطکاک زیاد و سایش شدید توان موتور کاهش می یابد در این ممکن است پیستون به جداره سیلندر بچسبد و به اصطلاح گریپاژ می کند  اگر خلاصی  پیستون بیش از حد باشد  سبب زدن پیستون می شود

کنترل انبساط پیستون: 

پیستونهای  الومینیومی  در نتیجه افزایش دما بیشتر از سیلندر های چدنی منبسط می شوند و همین امر ممکن است سبب از بین رفتن خلاصی پیستون شود پیستون از  جداره سیلندر بیشتر گرم می شود و همین امر نیز سبب  می شود که باز هم بیشتر انبساط یابد اما  اگر کف پیستون  خیلی  داغ  شود  ممکن  است سبب  خود سوزی شود در نتیجه ترتیب احتراق بهم  می خورد و  ممکن  است موتور اسیب ببیند یکی از راهای کنترل انبساط پیستون افزایش اهنگ دفع  گرما از کف پیستون است هرچه کف پیستون ضخیمتر باشد گرمای بیشتری دفع خواهد شدو پیستون خنکتر کار می کند اما افزایش ضخامت کف پیستون  سبب افزایش وزن ان می شود همچنین اگر کف پیستون خیلی سرد کار کند لایه های مخلوط هوا – سوخت مجاور ان نمی سوزد مخلوط هوا-سوخت نسوخته از  طریق  اگزوز  در محیط  پخش  می شود در  نتیجه  بازده  موتور کاهش و دود ان افزایش  می یابد برای کمک کردن به کنترل انبساط پیستون بیشتر پیستونها را طوری تراشکاری می کنند که اتاقک انها اندکی بیضوی شود وقتی پیستونهای اتاقک – بیضوی گرم می شوند شکل بیضوی خود را  از دست می دهند و گرد می شوند راه دیگر کنترل  انبساط  پیستون  تعبیه یک پشت بندی فولادی در پیستون  است  وقتی  پیستون گرم می شود  این تقویت کننده انبساط کف پیستون و برامدگی بوش گژنپین را محدود می کند

شکل کف پیستون :

در بسیاری از موتور ها از پیستون کف تخت استفاده می شود اما شکلهای  کف پیستون ممکن است مطابق طرح موتور تغییر  کند  شکل کف پیستون مطابق با شکل سرسیلندر  و شکل محفظه  احتراق  نیز تغییر  کند بعضی  از پیستون ها  کف پیستون فنجانی یا فرو رفتگی جای سوپاپ دارد که وقتی سوپاپها باز می شوند می توانند در ان حرکت کنند در بعضی از پیستون ها سر پبیستون گنبدی یا به شکلهای دیگر است تا تلاطم در محفظه احتراق افزایش یابد .

خارج از مرکزی گژن پین  :  

زدن پیستون  صدایی است  که  از جابجا شدن  پیستون ازیک طرف  سیلندر به طرف دیگر ان در اغاز  حرکت  انبساط  ناشی می شود  برای جلوگیری  از زدن پیستون در بسیاری از موتورها از پیستون هایی استفاده می شود که گژنپین انها اندکی خارج از مرکز است این خارج از مرکزی به طرف دامنه پیستون است که به منزله سطح  فشار گیر اصلی  عمل  می کند  این  همان سطحی از  پیستون  است که  در حین حرکت  انبساط  بیشترین تماس را با جداره سیلندر پیدا  می کند با نصب خارج از مرکز  گژنپین پیستون نوعی حرکت نوسانی انجام می دهد و بر یک طرف ان نسبت به طرف دیگر فشار بیشتری وارد می شود فشار ناشی از احتراق سبب می شود که پیستون در حال حرکت به سمت بالا وقتی به  نقطه  مرگ بالایی نزدیک می شود  اندکی به طرف راست  کج می شود در نتیجه سر پایینی سطح  فشار  گیر اصلی با جداره سیلندر  تماس می گیرد پس از  انکه  پیستون از نقطه مرگ بالایی گذشت   صاف  می شود در این هنگام  سطح فشار  گیر اصلی به  طور کامل با جداره سیلندر تماس پیدا می کند این  تماس نوعی عمل روبشی است  که  زدن پیستون را به حداقل می رساند در نتیجه همین عمل موتور  ارامتر کار می کند  و دوام پیستون  افزایش  میابد زدن  پیستون معمولا فقط در موتورهای کهنه ای  مشاهده می شود  که جداره سیلندر های  انها  ساییده شده و دامنه پیستون انها ساییده یا شکسته شده است

تقویت رینگ نشین  : 

  وقتی پیستون در  سیلندر  بالا و پایین می رود رینگهای تراکم هم در رینگ نشینها بالا و پایین میرود وقتی پیستون  در  نقطه های مرگ بالایی و پایینی جهت حرکت خود را عوض میکند هر رینگ لحظه ای از پیستون عقب می ماند  این تاخیر لحظه ای از اثر لختی و خلاصی جانبی رینگ ناشی می شود لحظه ای  بعد بغل رینگ نشین به رینگ می خورد و ان را در سیلندر بالا و پایین می راند  وقتی حرکت انبساط  اغاز می شود  فشار  شدید ناشی از احتراق رینگ تراکم بالایی را به شدت به سطح پایینی رینگ نشین می فشارد این  برخورد های  مکرر سبب  ساییدگی رینگ نشین  بالایی می شود برای مقابله با این سایش در بعضی از پیستونها  رینگ نشین بالایی را تقویت می کند یکی از روش های مورد استفاده در پیستونهای ریخته گری ان است  که رینگ نشین  بالایی را بطور  کامل به صورت یک مغزی از جنس چدن یا چدن نیکل دار در قالب قرار می دهند و الومینیوم را دور ان بریزند  روش دیگر  نصب  یک  فاصله گذار  فولادی است که به منزله  سطح بالای  رینگ نشین عمل  می کند در هنگام تولید پیستون به روش اهنگری ناحیه رینگ نشین را فلز پاشی می کنند .

پیستون های کم اصطکاک :

این پیستونها را از الیاژ الومینیوم با سیلیسیم می سازند پس از انکه پیستون ریخته شد روی دامنه ان ماده ای شیمیایی می مالند که ذرات الومینیوم را از سطح می زداید و ذرات سیلیسیم را باقی می گذارد در نتیجه سطح سخت تر و بادوامتری حاصل می شود.

 

راهنمای تشخیص معایب پیستون

مقدمه
برای ارزیابی عملکرد کار موتور و اینکه شرایط کاری آن چگونه است و آیا مشکلی دارد و یا در آینده دچار مشکلی خواهد شد یا نه روشهای متفاوتی وجود دارد یکی از این شاخص ها چگونگی وضعیت پیستونهاست . که البته منوط به باز کردن موتور است ولی وقتی موتور را باز کردیم برای ارزیابی چگونگی بروز اشکالات موتور و جلوگیری از بروز مجدد این اشکالات؛ وضعیت پیستون می تواند اطلاعات مفیدی در اختیار مکانیک ها و تعمیر کاران قرار دهد.

     متن زیر اشاره ای به همین موضوع دارد هر چند بیشتر با دید موتورهای بنزینی دو زمانه است ولی اطلاعات آن به گونه ای است که برای انواع دیگر موتورها و از جمله موتورهای دیزل که مورد استفاده ما در بانک ماشین آلات است و برای تعمیرکاران و استاد کاران هم می تواند مفید واقع شود.

از طریق معاینه، پیستونهای کارکرده و کهنه می توان اطلاعات ارزشمندی را از وضعیت کارکرد موتور کسب کرد و در اختیار مکانیک ها قرار داد تا بهتر بتوانند به تعمیر و نگهداری موتور بپردازند. هنگامیکه که اشکالی در کار موتور پیش می آید به احتمال زیاد، پیستونها هم از این آسیب وارده در امان نمی مانند و پیستون نیز صدماتی می بیند. به همین دلیل است که معاینه دقیق پیستونها می تواند به مکانیک ها کمک کند که منشاء بروز اشکال در موتور و یا تنظیم نبودن موتور را بتوانند تشخیص دهند. در متن زیر، تعدادی از اشکالات رایج مکانیکی که برای موتور پیش می آید شرح داده شده است:

قهوه ای شدن تاج پیستون: PERFECT BROWN CROWN
در این حالت تاج پیستون کاملا قهوه ای شده است و الگوی ایده آلی از سوختگی حاصل از کربن است . در موتور های دو زمانه این رنگ به شکل قهوه ای شکلاتی است و این موضوع حاکی از ان است که ترکیب اکسیژن و سوخت به درستی در محفظه احتراق تزریق شده است.

لکه های داغی سیاه: BLACK SPOT HOT
این لکه های در قسمت زیرین پیستون مشاهده می شوند و ناشی از رسوب کربن و دوده ای است که در اثر سوختن مخلوط روغن و سوخت به قسمت پائینی پیستون چسبیده اند و دلیل آن هم گرم شدن بیش از اندازه تاج پیستون است . علت اصلی این گرم شدن بیش از اندازه هم آن است که یا مخلوط سوخت و هوا خیلی رقیق است و یا اینکه اشکالی در کار سیستم خنک کننده موتور پدید آمده است.

ضایعات خاکستر: ASH TRASH
هنگامیکه تاج پیستون به رنگ خاکستری در امده است نشان دهنده این است که موتور داغ کرده است . بدین معنی که تکه هایی از بدنه پیستون آنقدر داغ شده اند که بصورت پولکهای نازک در آمده اند و اگر این موتور برای مدت طولانی مورد استفاده قرار بگیرد احتمالا لکه های داغ بر آن ایجاد شدن و می تواند باعث سوراخ شدن قسمتی که بطرف خروج دود قرار دارد شود و در نهایت به از کار افتادن موتور منجر شود . علل اصلی بروز این مشکل آن است که یا سوخت تزریقی به موتور بیش از اندازه رقیق بوده است ، یا شمع های موتور از نوع خیلی گرم انتخاب شده اند و یا اینکه سیستم جرقه موتور زودتر از موعد لازم عمل می کند ( یعنی آدوانس است ) و یا اینکه نسبت تراکم به تناسب اکتان سوخت ، خیلی بالاست و یا اصلا موتور مشکل کلی گرم شدن را دارد.

براده های خرد شده: SMASHED DEBRIS
در این حالت تاج پیستون صدمه دیده است و دلیل آنهم وارد شدن ذرات خاک و شن و نظایر آن بداخل موتور است که بیت پیستون و سر سیلندر قرار گرفته و خرد شده است . و الگوی رایج اینگونه پیستونهای ؛ وجود شکستگی در قسمت فوقانی پیستون است . علت رایج بروز این مشکل ، شکسته شدن بیرینگهای سوزنی needle bearings در قسمت سر بزرگ یا کوچک شاتون است ( البته در موتورهای کوچکی که از این گونه بیرینگها استفاده می شود چون اغلب موتورهای بجای بیرینگ سوزنی از بوش بیرینگ استفاده می کنند یا یاتاقانهای ساده plain bearing ) یا اینکه رینگ پیستونها شکسته شده و یا خار نگهدارنده گژن پین رها می شود و این مشکل را بوجود می آورد.
وقتی مشکلی این چنینی پیش می آید مسئله مهم در این است که بتوانم منبع بروز این براده ها و قطعات ریز وارد شده به درون محفظه احتراق را پیدا کنیم در ضمن مارتل موتور را هم باید باز کرد و تمامی ذرات خرده ریز موجود در آن را تمیز کرده و شستشو داد تا دوباره بعد از تعمیر موتور این مشکل مجددا بروز نکند.
اگر علت بروز این مشکل بخاطر یاتاقان سر بزرگ شاتون بوده باشد لازم است که بیرینگهای میل لنگ و بخش های نشت بندی کننده آن را تعویض نمائید.


پریدگی لبه تاج پیستون: CHIPPED CROWN DROWNED
این مشکل می تواند به دلیل نشت مایع خنک کننده ازواشر سر سیلندر باشد که باعث وارد شدن آن به داخل محفظه احتراق شده و همین امر باعث شکنندگی آلومینیم و در نهایت ترک برداشتن آن می شود . در حالت های شدید تر این امر می تواند باعث خوردگی لبه سیلندر شده و و بخش مربوطه رد سر سیلندر را هم دچار خوردگی کند . البته اگر میزان این نشتی کم بوده باشد خودش را بصورت لکه های سیاه کوچک بر روی واشر سر سیلندر نشان می دهد . و یکی از نشانه های بروز این مشکل آن است که آب رادیاتور تحت فشار قرار می گیرد و با فشار از لوله سرریز رادیاتور به بیرون می ریزد که علامت قطعی وجود نشتی در واشر سر سیلندر می باشد.

در بسیاری ازمواقع برای رفع این نشتی ، تعویض واشر سر سیلندر کفایت نمی کند و باید سطح زیرین سر سیلندر و قسمت فوقانی سیلندر تراش بخورد و مجددا روکش شود . (باید دقت زیاد به عمل آورد که اگر سر سیلندر تراش می رود چون بخشی ولو اندک از ضخامت آن کم می وشد باعث کم شدن محفظه احتراق و بالا رفتن نسبت تراکم موتور شده و می تواند مشکلات عدیده ای را در پی داشته باشد که یکی از آنها گرم شدن بیش از اندازه موتور است هر چند در این حالت شتاب موتور هم بالا می رود ولی به مشکلات بعدی اش و خساراتی که ببار می آورد نمی ارزد . این مشکل برای خودم پیش می آید و خسارات سنگینی برایم ایجاد کرد.
مکانیک ها معمولا از یک ترفند استفاده می کنند و آن این است که وقتی میزان تراش سر سیلندر زیاد باشد از یک واشر اضافی استفاده می کنند یعنی دو واشر سر سیلندر را با هم مورد استفاده قرار می دهند بنظرم در مواردی که چند بار سر سیلندر تراش خورده باشد بهتر است سرسیلندر را تعویض نمود.) سر سیلندر را باید از نظر تاب داشتن هم مورد بررسی قرار داد که کاملا صاف و بودن اعوجاج و پیچ خوردگی باشد.

شکسته شدن حاشیه پیستون: SHATTERED SKIRT
شکستگی حاشیه (دامنه ) پیستون بدین علت است که لقی ( شکاف ) بین پیستون و سیلندر زیادتر از حد معمول است و باعث می شود که صدای تلق تلق پیستون در داخل سیلندر شنیده شود و باعث بوجود آمدن تنش و و ترک و در نهایت شکستگی سیلندر می گردد.

شکسته شدن شاتون: SNAPPED ROD
همانطوریکه در شکل می بیند ؛ شاتون این موتور از وسط نصف شده است و علت آن لقی بیش از اندازه شاتون و بغل یاتاقانی سر بزرگ شانون بوده است . هنگامی که یاتاقان سر بزرگ شاتون بیش از اندازه سائیده می شود ، میزان انحراف شعاعی شاتون بیش از اندازه می شود و باعث بوجود آمدن لرزش پیچشی torsion vibration. می گردد . و همین موضوع باعث می شود که شاتون شکسته شود و خشارات هنگفتی به موتور وارد کند ( اصطلاحا به این حالت شاتون زدن می گویند که اگر به موقع تشخیص داده نشود و موتور ماشین را خاموش نکنند می تواند حتی باعث شکسته شدن جداره سیلندر شده و به این ترتیب مجبور شوید تمام مجموعه سیلندر و موتور را تعویض کنید .
چون ترمیم شکستگی سیلندر اگر هم امکان پذیر باشد بسیار پردرد سر و پر هزینه است به این کار اصطلاحا دوختن سیلندر می گویند که با استفاده از الکترود هایی از جنس سیلندر ( معمولا چدن است ) جوشکاری و ترمیم می شود. ولی من شخصا این کار را توصیه نمی کنم مگر اینکه میزان شکستگی خیلی جزئی و مختصر باشد.)

برای جلوگیری از بروز این مشکل باید یاتاقان سر بزرگ شاتون را هر گاه که موتور باز می شود مورد بررسی و اندازه گیری قرار گیرد و میزان لقی یا همان clearance آن مورد اندازه گیری قرار گیرد برای این کار از یک فیلر گیج استفاده می شود که ان را بین شاتون و یاتاقان قرار می دهند و بررسی کنید که میزان این لقی از مقدار مجازی که از طرف سازنده در دفترچه تعمیراتی دستگاه داده شده است بیشتر نباشد.

گیر کردن پیستون در چهار گوشه: FOUR-CORNER SEIZURE
گیر کردن تمام عیار پیستون در داخل سیلندر بیشتر به این علت اتفاق می افتد که سرعت انبساط پیستون سریع تر از انبساط سیلندر است و همین امر باعث می شود که لقی بین پیستون و سیلندر کاهش پیدا کند . علت رایج دیگری که برای این کار وجود دارد انبساط بیش از اندازه پیستون در محل خروج دود است اما این حالتی بیشتر در سیلندرهایی اتفاق می افتد که بر روی دهانه خروجی آنها پل زده شده است . علت اصلی بوجود آمدن این مشکل ؛ گرم شدن سریع و بیش از اندازه ، تزریق سوخت رقیق و یا داغ بودن بیش از اندازه نوع شمع ها است.

گرفتگی پیستون از چندین نقطه: MULTI-POINT SEIZURE
در این حالت پیستون از چندین محل بطور عمودی و از دور تا دورش دچار گرفتگی و گیر کردن در داخل سیلندر شده است . و سیلندر این موتور برای پیستون اش خیلی کوچک است . در این حالت به محض روشن شدن موتور ، در اثر انبساط حرارتی پیستون ، بدنه پیستون به جداره داخلی سیلندر فشار وارد می کند و باعث گیر کردن پیستون در داخل سیلندر می شود.البته اینکه شکاف و لقی بین پیستون و سیلندر غ چه اندازه باید باشد در مورد موتور های مختلف با یکدیگر بسیار متفاوت است . مثلا در یک سیلندر از جنس کامپوزیت با حجم 50 سی سی این لقی می تواند 0.0015 اینچ باشد در صورتیکه برای یک موتور با حجم 1200 سی سی از نوع بوش فولادی که معمولا در ماشین های اسنو موبیل و یا ماشین های چمن زنی مورد استفاده است این لقی می تواند حدود :.0055 تا .0075 اینچ باشد . برای داشتن بهترین مقدار لقی بین پیستون و سیلندر باید به دستورالعمل سارنده و دفترچه تعمیراتی آن مراجعه کرد.


گیر کردن پیستون از قسمت ورودی هوا: INTAKE SIDE SEIZURE
این اشکال بسیار متداول است و علت آن فقط یک چیز است ، فقدان روغنکاری پیستون . سه امکان وجود دارد که چرا روغنکاری پیستون بدرستی صورت نمی گیرد :
۱.فقدان روغن یا کم بودن روغن موتور.
۲.وارد شدن آب بداخل سیستم روغنکاری از طریق هوا و پاک شدن لایه روغن.
۳.جدا شدن آب و روغن در مخرن سوخت ( برای موتورهای دو زمانه که روغن روانکاری آنها را بداخل سوخت می ریزند.

 

 منبع : kntu-mech.blogfa.com

http://greenmachine.blogfa.com/


موضوعات

صفحات