發(fā)動(dòng)機(jī)臺架試驗(yàn)中軟連接的應(yīng)用

發(fā)動(dòng)機(jī)臺架試驗(yàn)中軟連接的應(yīng)用

隨著汽車行業(yè)的快速發(fā)展，不同類型汽車對發(fā)動(dòng)機(jī)各指標(biāo)的要求越來越高。而在發(fā)動(dòng)機(jī)的研發(fā)及驗(yàn)證過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)的臺架試驗(yàn)是檢測發(fā)動(dòng)機(jī)性能指標(biāo)及可靠性的重要環(huán)節(jié),尤其是對在臺架試驗(yàn)過程中出現(xiàn)的各類故障的分析和處理。1臺架試驗(yàn)的目作為一個(gè)以生產(chǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)為主要產(chǎn)業(yè)的企業(yè),發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)室提供企業(yè)在各種產(chǎn)品的各個(gè)階段的測試、驗(yàn)證以及改進(jìn)的技術(shù)支持。(1)企業(yè)新產(chǎn)品的開發(fā)過程中發(fā)動(dòng)機(jī)雛形出來后,需要對樣機(jī)進(jìn)行詳細(xì)而準(zhǔn)確的臺架試驗(yàn),來驗(yàn)證整機(jī)的性能及可靠性是否達(dá)到設(shè)計(jì)要求,同時(shí)考核各個(gè)零部件的可靠性,并通過這個(gè)過程,來對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行改進(jìn)。而發(fā)動(dòng)機(jī)的改進(jìn),大多是在試驗(yàn)時(shí)的故障處理過程來完成的。(2)成型的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品的考核。無論多么成熟的發(fā)動(dòng)機(jī),都必須通過不斷改進(jìn)來適應(yīng)汽車的需求,因此對成熟的發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)品進(jìn)行技術(shù)考核來改進(jìn)各個(gè)細(xì)節(jié),使其更加完善,完全是必要的。(3)發(fā)動(dòng)機(jī)重要零部件的考核。發(fā)動(dòng)機(jī)的主要零部件決定了發(fā)動(dòng)機(jī)的性能,對發(fā)動(dòng)機(jī)零部件的考核與整機(jī)的考核同樣重要。對試驗(yàn)所要考核的零部件進(jìn)行相關(guān)的試驗(yàn),然后拆檢分析,是提高零部件質(zhì)量的重要手段。2民性試驗(yàn)方式由于發(fā)動(dòng)機(jī)輸出驅(qū)動(dòng)方式的區(qū)別,發(fā)動(dòng)機(jī)變速箱結(jié)構(gòu)也有所不同,這樣就形成了兩種不同的試驗(yàn)方式。這兩種方式的區(qū)別,主要是連接方式上的有所不同。2.1試驗(yàn)的連接方式這種方式是應(yīng)用得比較多的一種,在試驗(yàn)臺架上將未帶變速器的發(fā)動(dòng)機(jī)的飛輪通過連接盤、連接法蘭、連接軸及緩沖膠與測功機(jī)直接連接起來,然后再進(jìn)行常規(guī)試驗(yàn)。這種連接的好處在于:試驗(yàn)時(shí)能直接傳達(dá)發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出功率,沒有通過變速器的機(jī)械損失,但同時(shí)也有無法模擬整車環(huán)境的缺點(diǎn);這種連接幾乎適用于所有機(jī)型的臺架試驗(yàn),適用性廣(見圖1)。2.2通過采用直接連接的方式將試驗(yàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配好變速器后,再通過變速器輸出端連接聯(lián)接軸,然后與測功機(jī)相連,稱為“軟連接”,是應(yīng)用方便的一種模擬整車環(huán)境的連接方式。這種方式是通過變速器來輸出動(dòng)力,所以其功率有所損失,但它能更加準(zhǔn)確地模擬整車環(huán)境。這種方式的優(yōu)點(diǎn),首先是由于是通過變速器連接測功機(jī),發(fā)動(dòng)機(jī)的輸出比較穩(wěn)定,不會對測功機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)烈的震動(dòng)損傷,于是連接過程中也可以減去緩沖膠這個(gè)部分,從而降低了成本;其次,由于采用了軟性連接且輸出穩(wěn)定,在發(fā)動(dòng)機(jī)安裝過程中,對發(fā)動(dòng)機(jī)與測功機(jī)中心的偏心量要求會降低,這對安裝過程起到了很大的簡化作用;還有就是帶變速器的整機(jī)狀態(tài)發(fā)動(dòng)機(jī),在安裝到臺架上時(shí),可直接采用車用懸掛來支撐,無須像“硬連接”方式那樣設(shè)計(jì)試驗(yàn)用的懸掛系統(tǒng),這樣也極大的節(jié)省了設(shè)計(jì)成本。但是由于前后驅(qū)的發(fā)動(dòng)機(jī)變速器輸出端有很大區(qū)別,單測功機(jī)的試驗(yàn)臺架,“軟連接”一般只適用于后驅(qū)式發(fā)動(dòng)機(jī)(見圖2)。3試驗(yàn)過程中可能產(chǎn)生的問題發(fā)動(dòng)機(jī)臺架試驗(yàn)過程中涉及的方面很多,試驗(yàn)過程中也會產(chǎn)生很多問題。下面是就一些具體的事例,對試驗(yàn)過程中發(fā)生的常見且危害較大的故障,做出分析和提出解決方法。3.1勁的動(dòng)力是動(dòng)力發(fā)動(dòng)機(jī)活塞運(yùn)動(dòng)相當(dāng)于人體的消化系統(tǒng),是發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力的源泉。良好的活塞運(yùn)動(dòng),能使發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生強(qiáng)勁的動(dòng)力,帶動(dòng)車輛正常行駛。發(fā)動(dòng)機(jī)拉缸,屬嚴(yán)重故障,也是常見的故障。具體表現(xiàn)為氣缸壁表面出現(xiàn)刮傷、拉傷等溝槽狀痕跡,嚴(yán)重時(shí)活塞與氣缸壁粘連,活塞卡滯,導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生一系列不良現(xiàn)象,甚至不能工作。在LJ376QC高速柴油機(jī)樣機(jī)的開發(fā)試驗(yàn)過程中,曾出現(xiàn)了幾起拉缸故障。3.1.1缸內(nèi)連鎖反應(yīng)物在進(jìn)行600h臺架交變負(fù)荷可靠性試驗(yàn)過程中,發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火;轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸皮帶輪,在約80°的轉(zhuǎn)動(dòng)范圍內(nèi)有異響聲。經(jīng)拆機(jī)檢查,發(fā)現(xiàn)一缸連桿中部扭曲,連桿小頭破裂,一缸缸孔有條狀刮傷痕跡。對二缸活塞銷進(jìn)行磨損測量(如圖3),徑向尺寸D1、D2、D3符合技術(shù)要求。對連桿小頭襯套孔進(jìn)行磨損測量(如圖4),連桿小頭襯套孔直徑D3在Z-Z向變形嚴(yán)重超差。原因分析為鉸削連桿小頭襯套孔時(shí),鉸刀傾斜面造成連桿小頭襯套孔偏斜,活塞銷中心線與連桿小頭中心線不平,造成柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)活塞向缸孔一邊傾斜,導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障。3.1.2連鎖液在進(jìn)行1000h全速全負(fù)荷耐久試驗(yàn)過程中,發(fā)現(xiàn)機(jī)油壓力表讀數(shù)很小(0.05MPa),停機(jī)對發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢查,油標(biāo)尺指示刻度中間,轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸有阻滯現(xiàn)象。拆機(jī)檢查發(fā)現(xiàn)全部連桿瓦內(nèi)無機(jī)油,部分瓦有燒黃、燒焦、槽狀拉毛痕跡,二缸缸孔上部有較深條紋傷痕,油底殼內(nèi)有大量濃稠機(jī)油沉淀物。原因分析為臺架試驗(yàn)沒有使用空氣濾清器,高速運(yùn)轉(zhuǎn)中柴油機(jī)排放煙度較大,使機(jī)油在柴油機(jī)不斷工作過程中,被從空氣中吸入的塵土及發(fā)動(dòng)機(jī)燃燒排污和自身磨損產(chǎn)物污染,并在高溫作用下逐漸惡化,變?yōu)闈櫥饔煤懿畹挠臀鄢恋砦?從而柴油機(jī)得不到潤滑,造成拉缸故障。3.1.3拉缸故障分析進(jìn)行LJ376QC外特性試驗(yàn),轉(zhuǎn)速4000r/min時(shí),排溫偏高(680℃),水溫偏高(97℃),水箱出水時(shí)斷時(shí)續(xù),有明顯氣泡,出水氣堵現(xiàn)象嚴(yán)重,排氣管排出高濃度白煙,發(fā)動(dòng)機(jī)功率快速下降,然后自動(dòng)熄火。經(jīng)拆機(jī)檢查,發(fā)現(xiàn)進(jìn)氣管內(nèi)有水;氣缸蓋墊片與機(jī)體、缸蓋多處粘連,缸墊出水孔周圍有浸泡水痕,連接兩缸孔中間處有竄氣跡象;活塞頂部局部有灰白色點(diǎn)、塊痕跡,為水氣燃燒所致;二缸缸孔有約6mm寬、2mm深的長條刮痕。經(jīng)測量,氣缸蓋平面度為0.16mm,技術(shù)要求為0.04mm,磨損嚴(yán)重;二缸缸孔圓柱度為0.09mm,技術(shù)要求為0.008mm,明顯超標(biāo);氣缸蓋墊片原板采用石棉金屬復(fù)合板,熱膨脹性能較差,抗腐蝕性較差;氣缸蓋墊片通水孔相對機(jī)體、氣缸蓋出水口偏小,阻礙了冷卻水的流通,形成氣阻。故障原因分析為:柴油機(jī)排溫過高,同時(shí)冷卻水流動(dòng)受阻,水溫較高,造成柴油機(jī)工作溫度過高,二缸缸孔受熱不均勻,局部過熱,導(dǎo)致其機(jī)械性能如強(qiáng)度、韌性等下降,產(chǎn)生變形。而機(jī)油因溫度高粘度下降,潤滑性較差,造成運(yùn)動(dòng)異常磨損,易產(chǎn)生拉缸故障;柴油機(jī)工作溫度過高,氣缸蓋平面產(chǎn)生變形,而氣缸蓋墊片工作性能較差,造成柴油機(jī)“竄氣”、“沖床”現(xiàn)象,水進(jìn)入缸孔,稀釋缸壁機(jī)油油膜,易產(chǎn)生拉缸,或水中帶著雜質(zhì)進(jìn)入缸孔,形成磨料附著在缸壁上,導(dǎo)致缸壁產(chǎn)生平行于氣缸軸線的拉痕。3.1.4墊片原板使用石墨金屬復(fù)合板針對LJ376QC柴油機(jī)在研制過程中出現(xiàn)的各種拉缸故障,我們從柴油機(jī)關(guān)鍵零件的選用、裝配過程以及操作使用過程等方面采取對措施:(1)氣缸蓋墊片原板使用石棉金屬復(fù)合板,減少產(chǎn)生“沖床”現(xiàn)象的發(fā)生;(2)采用濾清效率較高的空氣濾清器及機(jī)油濾清器;(3)應(yīng)保證裝機(jī)環(huán)境的清潔度,并嚴(yán)格按工藝規(guī)程進(jìn)行裝配操作;(4)柴油機(jī)必須按規(guī)定進(jìn)行磨合,磨合后應(yīng)更換機(jī)油;(5)注意更換空氣濾清器、機(jī)油濾清器;(6)注意加冷卻水及標(biāo)準(zhǔn)機(jī)油,觀察水溫、油溫,如溫度過高,應(yīng)停機(jī)檢查;(7)嚴(yán)禁柴油機(jī)冷起動(dòng)后不經(jīng)曖機(jī)馬上加大負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn),或長時(shí)間超速超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)。3.2系統(tǒng)性能分析在發(fā)動(dòng)機(jī)可靠性試驗(yàn)過程中,由于某些原因,使水泵的內(nèi)部局部壓力降低到水的飽和蒸汽壓力時(shí),水就會產(chǎn)生汽化現(xiàn)象,而形成氣泡混合在水流中。在流動(dòng)過程中離析出來的大量氣泡,隨著水流進(jìn)入水泵的高壓區(qū),這時(shí)大量的氣泡受到周圍高壓水的壓擠而迅速潰滅,氣泡又重新凝結(jié)成水,這種現(xiàn)象稱為水泵的汽蝕現(xiàn)象。在產(chǎn)生汽蝕的過程中,因?yàn)樗髦邪拇罅繗馀菰跐邕^程中,破壞水流正常流動(dòng)的規(guī)律,使流道內(nèi)過流的斷面改變,流向也不正常,因而葉輪與水流之間能量交換的穩(wěn)定性遭到了明顯破壞。能量損失增加,引起水泵的流量減少,揚(yáng)程迅速下降,效率明顯降低,嚴(yán)重時(shí)可發(fā)生斷流狀態(tài)。當(dāng)氣泡受高壓水流擠壓,沖向氣泡中心時(shí),由于很強(qiáng)的沖擊碰撞,產(chǎn)生劇烈的水錘。由于水錘的打擊作用,使部件的表面形成塑性的變形和硬化,產(chǎn)生金屬疲勞現(xiàn)象。材料性質(zhì)變脆,產(chǎn)生剝蝕和裂紋。經(jīng)常作用而形成麻點(diǎn),進(jìn)而形成裂隙,直到水泵的葉輪或泵殼被蝕壞,甚至形成斷裂現(xiàn)象(見圖5)。在進(jìn)行發(fā)動(dòng)機(jī)耐久試驗(yàn)過程中,公司的湘儀試驗(yàn)臺架容易發(fā)生水泵汽蝕現(xiàn)象?，F(xiàn)對公司試驗(yàn)室湘儀臺架、南峰臺架、及帶整車散熱器臺架等冷卻水系統(tǒng),進(jìn)行對比分析試驗(yàn)(見圖6)。湘儀臺架上的冷卻水系統(tǒng)連通大氣,第一次排氣采用人工排氣,冷卻水循環(huán)正常后,比例調(diào)節(jié)閥自動(dòng)控制冷卻水流量,水溫保持在設(shè)定的溫度下。南峰臺架冷卻水系統(tǒng)也是連通大氣,第一次排氣采用浮子式排氣,當(dāng)水上升到一定量時(shí)停止排氣。加裝了整車散熱器系統(tǒng)的臺架加水口蓋彈簧開啟壓力(0.75~1.01)×10從圖上可以看出,整車散熱器模式對防止水泵汽蝕應(yīng)該有很好的作用,因此可以在臺架冷