专利名称：柴油机铸造机架修理法的制作方法
技术领域：
本发明涉及到柴油机铸造机架顶部面板沿气缸套台肩的接触圆周裂损的修理方法。
本发明曾在86.9.8以“柴油机铸造机架裂损修理法”的名称申请中国专利，并在89.7.12授权，发明专利证书第2939号，专利号(申请号)86106171·3(以下简称前专利)。现经改进后重新申请中国专利，与前专利的主要区别在于1.改进前发明的目的是避免或最大限度地减少铸造机架顶面裂纹的扩展。
改进后发明的目的(增大裂损面和增强件圆台底面的安装间隙)可使裂损面完全不承受气缸盖的压紧力，可彻底消除裂缝存在的隐患。
2.结构的改进①在说明书附图5(前专利称为‘修补件’本申请改称‘增强件’下同)的增强件上，增设二只螺孔，可使粘结的增强件毫无损伤地拆出。改变过去用敲打的方法从机架上拆出粘结的增强件以致增强件变形、机架顶面受损。②前专利的权利要求书末项6.根据权利要求1所述修理法，其特征在于固定件是螺柱或定位销钉或压板。本申请改进为在气缸盖压紧螺柱下段螺纹的上部设置台肩结构，将增强件压紧并固定在机架顶面上，(免去固定专用件螺柱或定位销钉或压板，使结构更简化、合理、容易实施)。
3.本申请增加内容增强件危险断面与机架裂损面的强度比较，明确修理前机架裂损的根本原因和修理后的可靠性；揭示机架制造上存在的问题，并提出解决的方法；用实例说明其实用性等。
中小型柴油机其气缸体及上曲轴箱一般铸成整体结构，大中型柴油机其气缸体和上曲轴箱一般为分开制造，经加工后再联结成整体，上述二者均称为机体或机架，以下统称机架。机架内外安装柴油机所有部件和附件，因此它承受很复杂的负载，由于整体铸造机架的材料强度低，况且浇铸大铸件，容易产生铸造缺陷，且气缸盖压紧力很大，又集中在机架顶面狭长环带上，导致使用不久沿环带边缘破裂。因单位面积压力太大，一般方法无法修复，致机架报废。例如8NVD48A-2u机架是用铸铁整体铸造，由于气缸盖压紧力近140吨集中压在面积95.5cm2外径为φ400mm的环带上，单位面积受力达1.466吨/cm2。因此用焊接、粘结、垫入钢垫圈等修理方法都无济于事。本发明未问世之前，机架只有报废。其裂缝见说明书附图1、2、3、4、7中的(9)。以前有人用过垫入钢垫圈的修理方法，见说明书附图3所示，将破裂圈直径搪大后在其面上放置一只紫铜环(7)，再在(7)上面垫入钢垫圈(6)，气缸盖的压紧力依然压在破裂面上，使用不久沿加大直径的周围又产生第二次裂缝(10)，而凹肩直径受周围六只M39×3螺孔的限制，再也无扩大修理的余地。机架只有报废。由于本发明的问世，及时挽救了这台产生第二次裂缝成为严重破裂的机架。由此证明机架无论在该处破裂程度多么严重，只要使用本修理法，不但完全可以恢复其使用性能，且胜于新机架该处的强度6.542倍(见本说明书第4页)。
柴油机铸造机架修理法，以8NVD48A-2u机架为例，具有以下步骤将机架顶面安装气缸套台肩的裂损凹肩搪削加深加大直径，使能装入增强件的圆台；使增强件的外缘底面与机架顶面接触良好；用经过改变结构的气缸盖压紧螺柱将增强件固紧在机架顶面上；把经过修改结构的气缸套与水密封附件装入机架的气缸孔内；作水压试验准备工作；最后作水压试验、验收。
本发明的目的是这样实现的在制造机架顶面上采用高强度材料制成增强件(图5)；由气缸盖压紧螺柱设置的台肩结构(图6)使增强件压紧并固定在机架顶面上；机架通往气缸盖的冷却水通道穿过增强件，可修复裂损的机架。其结构原理也可作为新型高强度铸造机架的典型结构。现以修理8NVD机架裂损的方法为例详述如下增强件的圆台底面与机架顶面凹肩中的裂损面保持较大间隙(见图4)。使修理后的破裂面完全不承受气缸盖压紧力，因此可彻底消除存在裂缝的隐患(此为本发明在工作原理上的改进)；增强件的圆台外径(12)与裂损面凹肩孔径(图7中的13)滑动配合，以保持正确的气缸中心线；增强件的圆台内孔与气缸套相应部位的外径保持间隙配合，方便维修保养时对气缸套的拆装；将机架顶面拂刮铲平，要求与增强件外缘底面吻合，使气缸盖压紧力能均匀分散到外围机架大面积顶面上，降低单位面积的压力；并涂密封材料使接触面粘合，以防止冷却水从接触面漏出(图5的增强件结构是本发明三大特征之一)；使用新制螺柱(图6)装入机架上原有螺孔，在其下段螺纹的上面设置台肩结构，将增强件压紧并固定在机架顶面上。上段螺纹仍用于压紧气缸盖，保持原有气缸盖螺柱的功能。仅在螺柱上设置台肩结构可省去固定增强件的专用附件，以达到简化修理结构的目的(在螺柱上设置台肩，代替专用的紧固附件，此为本发明三大特征之二)；然后将上部台肩经过车削减薄厚度以保证有正确压缩比的气缸套与冷却水密封圈一起装入机架上的气缸孔内；待密封材料涂层干燥后，封堵增强件上通往气缸盖的冷却水孔(异形孔)；进行历时五分钟、压力0.2MPa的水压试验，然后检查机架不漏水为合格。
如发现漏水，须重新拆下增强件，检查机架顶面是否平整，增强件是否变形。消除不正常现象之后，重复上述安装工序，再进行水压试验直到合格为止。
为防止应力集中产生裂纹，图5、6、7、8中直角部位应有圆弧R2或在较大空间中用R3过渡。
用作8NVD机架增强件的圆台外缘平面上有一异形孔、六只均布的螺柱通孔、二只对称螺孔；增强件外形为圆形并且对称削去二圆缺，以适应相邻气缸中心距。
异形孔(图5中11为其孔径)与机架顶面上通往气缸盖的冷却水孔重合，其底部与圆台体边缘构成的弧形台肩要求在增强件安装后与机架顶面齐平，才能正确安装台肩厚度经修改后的冷却水导管和增大断面直径的下部密封圈。
由于组装后的气缸盖与机架顶面的距离本来就很紧凑，如果再加上增强件的厚度之后其空间高度距离只有3-5毫米。这种情况，按一般方法只有将通往气缸盖的冷却水改道从机架和气缸盖的侧面改用联接管联接，必须在它们的侧面钻冷却水通孔和制作法兰固紧螺孔，增加二端带法兰的水导管和固定螺钉等附件。如果使用这种方法不但施工中费工、费时，而且在维修保养中增加很多水管的拆装工作。本发明采用异形孔的结构，使通往气缸盖的冷却水通道穿过增强件，既不增加任何附件，从而简化修理工作，缩短修期，又保持了冷却水原有通道，不影响整机冷却系统的性能(此为本发明三大特征之三)。
二只对称的螺孔用于从机架上拆出粘合的增强件，改变过去用敲打的方法拆出增强件以致增强件变形、机架顶面受损。现在只要在螺孔中装入二只螺钉，对称扭转螺钉，便可完好无损地拆出增强件。此外还可将装入螺孔的二只螺钉作为增强件的提手，在拂刮铲平机架顶面时，利用增强件外缘底面涂色油检验机架顶面，在频繁多次检查机架顶面的操作中，可减轻放入、取出增强件的劳动强度；往复挪转增强件使色油印在机架顶面的操作中，双手握住对称螺钉挪转增强件时不但操作均匀，且远离接触面为防止手指受剪切或碰撞提供安全措施。(此为本发明在结构上的改进。)用于其它机型的增强件其主要结构与8NVD基本相同，但外形及冷却水通孔的结构、螺柱通孔和螺孔数量等，须视该机型的实际结构而定。例如外形可采用圆形、椭圆形、方形、长方形、多边形等。增强件的数量可制成一缸一块或在小型机架上制成数缸一块等形式。
本发明优点修理方法简单、快速，不拆动庞大机架，可在原地修复。
只要求用户在修理前拆下进气管、气缸盖、气缸套、气缸盖压紧螺柱，遮盖气缸孔底部，清洁机架顶面；修理后，清洁机架，将上述部件(除螺柱外)安装还原。(气缸套台肩、冷却水导管台肩车削减薄由用户负责，承修方只提供光车的尺寸和技术要求)。
增强件必须用高强度材料制成，8NVD的机架增强件(图5)中0-0所示为危险断面其总应力δ∑＝283MPa(2885.8Kg/cm2)，如选用40Cr或45号钢调质HB255-285时，其抗拉强度为892.4MPa(9100Kg/cm2)危险断面的安全系数A＝3.186。保证图4中增强件(5)的可靠使用。
与修理前的裂损机架作强度比较图1、2、4中所示的裂缝位置(9)，其破裂断面总应力δ∑＝80.55MPa(821.35Kg/cm2)，铸铁许用应力[δ∑]≤39.23MPa-58.84MPa(400-600Kg/cm2)，由于其重量约4吨属大型铸件，只能选用[δ∑]＝39.23MPa(400Kg/cm2)为计算值，则破裂面的安全系数A＝0.487(A值应在1以上才能勉强认为合格，可见其强度远远不够是机架裂损的根本原因)。
采用本修理法后其强度较原有强度提高6.542倍，如将本发明推广用作往复式内燃机机架的结构，可创造重量轻，强度高的新型组合式机架，只在传统的整体铸造机架上面增加高强度增强件。而且在制造工艺的划线工序中应改变传统的基面选择法，因为在百余台修理的机架中，机架顶面厚度不一，约在32-45mm之间(多数机架实测为35.5mm左右)，这可说明自从我国购买前东德这类柴油机二千多台之后，其中有的使用3-5年，有的使用10年以上(其中不排除常用功率较低的情况)，其厚度不均成为机架在先后不同的时期产生破裂的重要原因。机架顶面厚度产生误差如此之大的原因，是由制造厂错误选择划线基面造成的，不应选择机架下部联接面作为划线基面；正确的划线基面应选择机架承受负载最大的顶面作为划线基面，才能保证机架顶面厚度一致。
说明书
图1表示裂损部位在整体铸造机架上的位置。
图2裂损位置局部放大图与有关部件(理想线所示)的安装。
图3以前的修理法产生第二次裂损示意图。
图4用本发明修理的结构示意图。
图5本发明采用高强度材料制作的增强件结构图。
图6在气缸盖压紧螺柱上设置台肩结构的示意图。
图7对破裂面的凹肩搪削加深加大凹肩直径(13)示意图。
图8对气缸套台肩部位车削减薄厚度示意图。
说明书附图标号说明1.铸造机架；2.带台肩的螺柱；3.气缸盖；4.气缸套；5.增强件；6.钢垫圈；7.紫铜环；8.原气缸盖压紧螺柱；9.第一次产生的裂缝；10.第二次产生的裂缝；11.冷却水导管安装孔(异形孔)直径；12.增强件圆台直径；13.加深加大后的凹肩直径；14.气缸套台肩原有厚度；15.气缸套台肩车削减薄后的厚度；0-0表示危险断面位置。
本发明的实用性举例(费用和收益摘自用户反馈报告)浙江省某海运公司所属二艘同类型定期客货班轮，每船总吨1884.21吨，主机8NVD48A-2u每船一台，其中之一在86年为解决机架破裂问题，在未获悉本发明问世之前，准备从国外购进机架，但远水救不了近火，被迫作出整机更换的决定，其下列解决方法正在进行(1)86年初向无锡柴油机厂订购新300主机一台计39万元，合同约定86年底交货。(2)主机底座、轴系、管系等附带工程的更改费用已计划50万元。(3)造成船舶更机停航营运损失如下所述该船因机架出于意料之外产生严重破裂被迫提前在86年3月9日停航，这可要等到年底新机交货后才能安装，安装时间至少在三个月以上，也就是说该船至少要损失一年以上的营运费。
85年2月19日，本发明问世之后陆续成功修复本单位几艘船的机架，该公司获悉后，立即要求我们上门服务；但对修理是否可靠，仍半信半疑，因此最初合同仅要求修理二只气缸孔。我们带三套增强件前往，于86年3月18日到达该公司，他们在了解本发明结构原理之后要求再增加修理二只气缸孔(共四只)，还差一套增强件，只有电话通知重庆再托运一套到浙江。在我们完成第一只气缸孔修理后他们觉得实在可靠，又要求增修三只(共七只)，又得再通知托运三套增强件，本来修七只气缸孔只需七天，结果停工等待增强件白等几天，直到86年4月3日(共15天)完成七只缸的修理。用户虽然很满意，但他们很后悔，没把八只气缸孔全部修完。由于一再要求增加，我们虽不厌其烦但他们也感到不好再提，因托运增强件实在麻烦，他们深有感受。只有商定下次为他们再修另一艘船时，再把这只气缸孔的修理补上。后来他们果真把另一条船提前安排修理，为补修这只气缸孔特地将航行中这艘船停下才把这只缸孔最后补上。
该船从4月中旬恢复营运，到12月营运收入103.7万平均每月营运收入13.82万。如果更机以一年计算将损失营运费165.84万元，加上更换主机39万、附加工程费50万，共计254.84万元。
那时我们为用户上门技术服务一般收取每台机架修理费5.6万元，而修理一条船可为用户创收益近250万元，还未计入增加的社会效益。要是一开始提出将八只缸全部修理，还可提前一周完成，也不致后来为补修最后一只缸而停航造成的损失。其收益更在250万元以上。
权利要求
1.柴油机铸造机架修理法包含下列步骤将机架顶面安装气缸套台肩的裂损凹肩搪削加深加大直径，使能装入增强件的圆台；使增强件的外缘底面与机架顶面接触良好；用经过改变结构的气缸盖压紧螺柱将增强件固紧在机架顶面上；把经过修改结构的气缸套与水密封附件装入机架的气缸孔内；作水压试验准备工作；最后作水压试验、验收。本发明的特征在于在铸造机架顶面上采用高强度材料制成增强件；由气缸盖压紧螺柱设置的台肩结构使增强件压紧并固定在机架顶面上；机架通往气缸盖的冷却水通道穿过增强件，可修复裂损的机架。这种结构原理也可作为新型高强度铸造机架的典型结构。现以修理8NVD机架裂损的方法为例详述如下增强件的圆台底面与机架顶面凹肩中的裂损面保持较大间隙，使修理后的破裂面完全不承受气缸盖压紧力，因此可彻底消除存在裂缝的隐患；增强件的圆台外径与裂损面凹肩孔径滑动配合，以保持正确的气缸中心线；增强件的圆台内孔与气缸套相应部位的外径保持间隙配合，方便维修保养时对气缸套的拆装；将机架顶面拂刮铲平，要求与增强件外缘底面吻合，使气缸盖压紧力能均匀分散到外围机架大面积顶面上，降低单位面积的压力；并涂密封材料使接触面粘合，以防冷却水从接触面漏出；使用新制螺柱装入机架上原有螺孔，在其下段螺纹上面设置台肩结构，将增强件压紧并固定在机架顶面上；然后将上部台肩经过车削减薄厚度以保证有正确压缩比的气缸套与冷却水密封圈一起装入机架上的气缸孔内；待密封材料涂层干燥后，封堵增强件上通往气缸盖的冷却水孔(异形孔)；进行历时5分钟、压力0.2MPa的水压试验，然后检查机架不漏水为合格。
2.根据“权利要求1”所述柴油机铸造机架修理法，其特征在于用作8NVD机架增强件的圆台外缘平面上有一异形孔，六只均布的螺柱通孔，二只对称螺孔；增强件外形为圆形并且对称削去二圆缺，以适应相邻气缸中心距。异形孔与机架顶面上通往气缸盖的冷却水孔重合，其底部与圆台体边缘构成的弧形台肩要求在增强件安装后与机架顶面齐平，才能正确安装台肩厚度经修改后的冷却水导管和增大断面直径的下部密封圈。二只对称的螺孔用于从机架上拆出粘合的增强件，改变过去用敲打的方法拆出增强件以致增强件变形，机架顶面受损。现在只要在螺孔中装入二只螺钉，对称扭转螺钉，便可完好无损地拆出增强件。用于其它机型的增强件其主要结构与8NVD基本相同，但外形及冷却水通孔的结构、螺柱通孔和螺孔数量等，须视该机型的实际结构而定。例如外形可采用圆形、椭圆形、方形、长方形、多边形等。增强件的数量可制成一缸一块或在小型机架上也可制成数缸一块等形式。
3.根据“权利要求1”所述柴油机铸造机架修理法，其特征在于使用设置台肩结构的气缸盖压紧螺柱，在螺柱下段螺纹的上面设置台肩结构，用于压紧增强件。
4.根据“权利要求1”所述柴油机铸造机架修理法，其特征在于在铸造机架顶面上，采用高强度材料制成增强件；由气缸盖压紧螺柱设置的台肩结构使增强件压紧并固定在机架顶面上；机架通往气缸盖的冷却水通道穿过增强件，可以修复裂损机架，这种结构原理也可作为新型高强度铸造机架的典型结构。
全文摘要
柴油机铸造机架修理法一般机架整体铸造的材料强度低，且气缸盖压紧力大，又集中在顶面狭长环带上，使用不久沿环带边缘破裂。因单位面积压力太大，一般方法无法修复，致机架报废。本发明在铸造机架上采用高强度材料制作增强件，将气缸盖压紧力分散到外围机架顶面增大承压面、降低单位面积压力、使破裂面完全不受压力。可彻底消除存在裂缝的隐患；可提高机架强度数倍。修理方法简单、快速，不拆动庞大机架，可在原地修复。其结构原理也可作为新型高强度铸造机架的典型结构。
文档编号B23P6/00GK1166393SQ97103560
公开日1997年12月3日 申请日期1997年4月22日 优先权日1997年4月22日
发明者郑钟豪 申请人:郑钟豪