吳航

摘要：在內(nèi)燃機裝配線中，將自動檢測技術(shù)應(yīng)用于內(nèi)燃機燃燒過程中，對裝配機的一些參數(shù)進行測試是非常重要的。本文主要介紹曲軸連桿頸與氣缸頂距離自動測量機，全自動曲軸摩擦扭矩試驗機應(yīng)用于內(nèi)燃機裝配線上。這些在線自動檢測儀的研制成功填補了國內(nèi)空白，大大提高了內(nèi)燃機的裝配質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：自動檢測技術(shù);內(nèi)燃機;裝配線;應(yīng)用

中圖分類號：TP3 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻標(biāo)識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-957X（2021）07-0211-02

0 ?引言

隨著經(jīng)濟水平的提高和經(jīng)濟體制的改革，我國工業(yè)也呈現(xiàn)出持續(xù)發(fā)展的趨勢。隨著工業(yè)的發(fā)展，內(nèi)燃機被廣泛使用，經(jīng)濟效益和安全水平提高，促進了我國工業(yè)生產(chǎn)的可持續(xù)發(fā)展。為了確保內(nèi)燃機的組裝質(zhì)量，曲軸的摩擦力矩和連桿與缸體頂部的距離是兩個重要的參數(shù)。如果所有這些參數(shù)都是人工檢查的，人工測量的不能滿足自動裝配線的生產(chǎn)率要求。另外，在線自動檢測系統(tǒng)由計算機控制，便于采集數(shù)據(jù)的后期處理和更多信息的采集。因此，測量技術(shù)在裝配線上的應(yīng)用非常重要。

1 ?內(nèi)燃機裝配的意義和內(nèi)容

1.1 內(nèi)燃機裝配的重要性 ?在內(nèi)燃機生產(chǎn)過程中，內(nèi)燃機裝配是任務(wù)的最后一步，主要任務(wù)是根據(jù)科學(xué)規(guī)范和技術(shù)要求，將所有零件加工并組裝成一個完整的機械設(shè)備。內(nèi)燃機具有許多組裝零件和復(fù)雜的組裝步驟。作為組裝工作的重要方面，內(nèi)燃機的安裝對燃?xì)廨啓C的內(nèi)部質(zhì)量和使用壽命有著重要的影響。根據(jù)科學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，內(nèi)燃發(fā)動機裝置可允許內(nèi)燃發(fā)動機承受更高的溫度，縮短內(nèi)燃發(fā)動機的加熱時間，并減少內(nèi)燃發(fā)動機部件上的熱負(fù)荷。在制造過程的最后階段，負(fù)載分配誤差對內(nèi)燃機的運行和經(jīng)濟性能具有直接的有害影響。隨著內(nèi)燃機壽命的增加和內(nèi)燃機質(zhì)量的提高，人們越來越重視內(nèi)燃機的組裝，以鼓勵內(nèi)燃機在我國工業(yè)發(fā)展中發(fā)揮更重要的作用。

1.2 內(nèi)燃機的組裝方法 ?內(nèi)燃機零件的組裝是復(fù)雜的。在內(nèi)燃機的組裝過程中，各種組裝公式方法可以促進內(nèi)燃機的平穩(wěn)組裝。這用于最大程度地利用內(nèi)燃發(fā)動機的部件并驅(qū)動內(nèi)燃發(fā)動機組件，從而可以使內(nèi)燃發(fā)動機的形狀標(biāo)準(zhǔn)化。裝配方法的特點：①完全交換裝配方法中存在等價性原則。機器各部分的差異是一致的，并建立在完全互換的基礎(chǔ)上。在組裝過程中，不需要調(diào)整的零件是由于外部工作而完全更換的原始零件，以確保機器的正常運行。②在給定的條件下，可以提高內(nèi)燃機的組裝精度，但是無需招致新的加工成本和零件負(fù)荷。裝配方法的選擇基于經(jīng)濟適用性原則，尺寸環(huán)公差鏈的組件，符合規(guī)格的組件以及內(nèi)燃機的經(jīng)濟原理，以實現(xiàn)更大的經(jīng)濟效益并促進改進內(nèi)部整合水平。③置換方法也是內(nèi)燃機組裝工作中常用的方法。因此，使用置換方法可以減少內(nèi)燃機組裝的難度。在內(nèi)燃機的組裝過程中，通過機械加工或手動修理來提高內(nèi)燃機零件的公差，并且通過修理和修改尺寸鏈來形成環(huán)的尺寸。這樣，組裝工作符合發(fā)動機的技術(shù)規(guī)格并滿足密封環(huán)的要求。④通過重新放置組件或自定義組件來調(diào)整組件的大小。在造成零件缺陷的情況下，應(yīng)調(diào)整零件，以使整機的組裝工作達到必要的技術(shù)指標(biāo)，并促進內(nèi)燃機質(zhì)量和水平的提高。⑤在組裝過程中無法完全執(zhí)行替換組裝方法。只需要調(diào)整零件，大多數(shù)零件就可以保持其原始狀態(tài)，以便組裝工人可以根據(jù)發(fā)動機的技術(shù)規(guī)格進行組裝。 這種安裝方法優(yōu)于完全可互換的安裝方法，且這種安裝方法比較普遍。使用該方法可提高裝配環(huán)的通用性，從而無需調(diào)整大多數(shù)零件，從而降低了工作的復(fù)雜性并提高了裝配工作的效率。

2 ?檢測曲軸連桿頸與氣缸頂部之間的距離

2.1 曲軸連桿銷與氣缸頂部之間距離的測量重要性 ?測試部分僅在帶有曲軸的發(fā)動機缸體條件下進行。 以每分鐘10次的速度檢查曲軸和軸承箱之間的間隙和間隙，并以該速度旋轉(zhuǎn)。這樣，測量結(jié)果與曲軸的實際工況相符，并且都是動態(tài)測試的結(jié)果。測得的數(shù)據(jù)不僅可以通過工作站設(shè)備上的計算機監(jiān)控來顯示，而且還可以傳輸?shù)较乱徽?。工人根?jù)接收到的數(shù)據(jù)，選擇相應(yīng)的活塞連桿總成進行裝配，內(nèi)燃機的質(zhì)量將得到大大提高。

2.2 試驗方法和原理 ?當(dāng)氣缸和曲軸到達試驗臺時，氣缸由電機、轉(zhuǎn)臂和砂輪驅(qū)動自動橫向定位，該裝置自動與曲軸端部的加工連接板接觸，曲軸以10r/min的速度旋轉(zhuǎn)，同時安裝了一個感應(yīng)位移傳輸裝置，以將傳感器探頭發(fā)送到氣缸孔中。當(dāng)曲軸旋轉(zhuǎn)時，曲軸軸頸的外表面接觸傳感器頭。當(dāng)探針進入氣缸孔時，計算機和傳感器頭在接觸過程中開始對曲軸軸頸的外表面進行采樣，然后將測量數(shù)據(jù)讀入計算機。根據(jù)機械計算進行計算時得到的最短距離是曲軸連桿軸頸到缸體頂面的距離。由于測量距離是氣缸頂面與曲軸軸頸之間的距離，因此測量精度與滑動臺的定位精度無關(guān)。測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)?5m外的下一站，在下一站，工人使用接收到的數(shù)據(jù)來選擇合適的活塞和連桿組并組裝零件。

2.3 測試裝置的設(shè)計及測試中的問題 ?曲軸到軸頸端點的距離為94.4mm，當(dāng)曲軸以每分鐘10轉(zhuǎn)的速度轉(zhuǎn)動時，其外點在0.5ms內(nèi)移動1.29/m，位移測量誤差為2m，并且取平均值十次。應(yīng)在0.5ms內(nèi)選擇數(shù)據(jù)，并應(yīng)考慮試驗系統(tǒng)的動態(tài)特性。這就要求傳感頭、公里計數(shù)器、A/D轉(zhuǎn)換器、計算機等提供良好的動態(tài)反應(yīng)特性才能具備。將傳感器和測量頭簡化為一個質(zhì)量進給系統(tǒng)，其固有頻率如下：

通過計算和實驗可以正確確定探針的質(zhì)量（m）和彈簧常數(shù)（k）。在確定彈簧系數(shù)時，探頭一方面可以在彈簧的壓力下粘附在曲軸軸頸的表面上，并且具有良好的彈性。另一方面，探針的形狀可以改善動態(tài)響應(yīng)特性。在設(shè)計中考慮這兩個因素，為了獲得更好的測試結(jié)果，測試系統(tǒng)使用特殊的校準(zhǔn)設(shè)備和一組刻度盤。特殊的校準(zhǔn)設(shè)備可模擬實際的氣缸孔，標(biāo)準(zhǔn)尺寸為228.5mm，用于測試所需合格距離的中值。當(dāng)傳感器和刻度盤同時產(chǎn)生位移時，計算機將識別輸入數(shù)據(jù)并將其與測量值進行比較，以完成整個測試系統(tǒng)的校準(zhǔn)。

2.4 測試結(jié)果分析 ?該測試儀主要用于康明斯B系列內(nèi)燃機總成的自動在線檢查。該內(nèi)燃機連桿和氣缸頂部之間的距離為320mm等。將內(nèi)燃機在這個尺寸部分分為三組，內(nèi)燃機A組尺寸范圍為228mm至600mm。內(nèi)燃機B組是一組尺寸為228mm至418mm的機器。內(nèi)燃機C組尺寸從320mm到417mm。內(nèi)燃機試驗設(shè)備的顏色由試驗結(jié)果決定，機械會自動對缸體，分別對A組、B組、C組打上紅、黃、綠三種顏色的標(biāo)記。工人根據(jù)測量結(jié)果，選擇缸體與內(nèi)燃機活塞組合的連桿總成，從而提高內(nèi)燃機的質(zhì)量。在內(nèi)燃機的尺寸范圍內(nèi)，探測器將提供聲光警示。

3 ?曲軸摩擦轉(zhuǎn)矩自動檢測機

3.1 曲軸扭矩摩擦 ?曲軸扭矩自動測量機用于曲軸扭矩的自動在線測量。所謂曲軸扭矩是指內(nèi)燃機曲軸與活塞的連桿連接在缸體上，而曲軸所產(chǎn)生的扭矩是由其他能源摩擦產(chǎn)生的，動態(tài)摩擦扭矩是一個隨機信號。

期望為：E[x（t）]=xp1（x;t）dx;

方差為？啄2x（t）=[x-mx（t）]2·p1（x;t）dx：

式中：mx（t）=E[x（t）]。頻域自身值是自相關(guān)傅里葉變換確定的自身功率譜密度的函數(shù)。即

Sx（f）=Rx（？子）·e-f2？仔ftdt

將測得的摩擦轉(zhuǎn)矩特性值與標(biāo)準(zhǔn)值進行比較，判斷測得的摩擦轉(zhuǎn)矩特性是否合格，并將測得的摩擦轉(zhuǎn)矩特性值保存在計算機中以進行故障排除。使用可編程控制器（PLC）觸發(fā)微計算機掃描程序并生成5V脈沖觸發(fā)。如果存在系統(tǒng)驅(qū)動源并且曲軸被夾緊，則RLC將同時發(fā)送觸發(fā)信號以啟動延遲程序，在測量完成后控制驅(qū)動器，并且執(zhí)行器完成順序動作。曲軸摩擦動扭矩測試在發(fā)動機裝配線上進行。試驗的目的是將摩擦轉(zhuǎn)矩控制在一定范圍內(nèi)，自動曲軸扭矩測試儀的摩擦扭矩指數(shù)為0-150nm，檢測精度為2%，扭矩傳感器的精度為0.5%，模塊的轉(zhuǎn)換位數(shù)為12，精度為0.25%以下（包括通道，檢測/保護和A/D轉(zhuǎn)換精度）。扭矩機的測量和控制框圖如圖1所示。

3.2 自動檢測曲軸扭矩的步驟 ?要測試的內(nèi)燃機是從自動裝配線交付并安裝的。曲軸的后端由試驗機夾緊，并由馬達驅(qū)動。曲軸的初始速度為5r/min，軸頸和滑動軸承殼之間的潤滑油在自然狀態(tài)下均勻分布。延遲10s后，速度變?yōu)?0r/min，并以該速度測量扭矩。在測量扭矩之后，釋放曲軸進行測量，檢測器返回其原始位置以完成一個循環(huán)。如果產(chǎn)品不合格，則當(dāng)尾燈點亮且警報信號打開時，檢測器將發(fā)出聲音。

3.3 控制程序說明 ?自動轉(zhuǎn)矩試驗機的控制程序主要由急停、狀態(tài)初始化、手動控制程序功能、自動循環(huán)等組成。

3.3.1 急停部分 ?在程序的開頭安裝了緊急呼叫控制程序。這部分程序可以大大簡化，采用PO專用輔助繼電器M77。按下按鈕，P0的入口點x511連接，線圈M77工作，所有PC輸出中斷，探測器緊急停止，并聯(lián)連接常開觸點x511和M77，釋放緊急呼叫按鈕后，測試儀保持在緊急模式。在該網(wǎng)絡(luò)中，有一個具有常開觸點（通過程序軟件進行串行連接）的鈴聲啟動按鈕。因此，當(dāng)按下開始按鈕時，檢測器會重新進入機械動態(tài)環(huán)路。由于緊急停止，除輸出繼電器外，所有繼電器，計時器和計數(shù)器均繼續(xù)工作，一旦恢復(fù)，檢測器將處于間歇狀態(tài)并開始運行而不會中斷檢測步驟。

3.3.2 狀態(tài)初始化 ?狀態(tài)初始化包括將檢測器恢復(fù)到其原始位置，并在工作開始時同步重置狀態(tài)存儲器?？刂婆_上有一個實時顯示，由程序控制，并恢復(fù)為程序的原始按鈕部分。檢測器可以自動返回占空比的起點。在PO中使用M71時，可以生成初始化脈沖，脈沖可以旋轉(zhuǎn)計數(shù)器和狀態(tài)顯示。該命令的目標(biāo)設(shè)備是輸出繼電器（y），中間繼電器（m）和狀態(tài)控制器（s）。

3.3.3 手動控制程序功能 ?在手動操作中，通常的方法是將繼電器的常開觸點和常閉觸點串聯(lián)使用，這使得布線非常復(fù)雜，使用PC機程序指令，可以很容易地實現(xiàn)動態(tài)命令輸出的單次傳輸，既安全又簡單。在手動程序中，通過帶有動作顯示的程序手動操作按鈕，動作指示燈始終處于手動開啟狀態(tài)。在自動電路中使用了相同的指示燈，減少了照明方法，將程序連接到指示燈上，大大減少了外部接線。

3.3.4 自動循環(huán) ?進入自動循環(huán)狀態(tài)后，程序?qū)⒆詣訄?zhí)行，檢測器將按照規(guī)定的動作順序工作。程序使用STL（步進梯形圖）命令打印所謂的梯形圖。通過將該指令與PCOF狀態(tài)機結(jié)合，可以輕松實現(xiàn)檢測器的步進操作。接受STL指令后，最后一個狀態(tài)機開始運行，前一個狀態(tài)機自動復(fù)位，從而避免了物體相互之間的晃動。

4 ?結(jié)束語

隨著經(jīng)濟水平的提高和經(jīng)濟體制的不斷變化，該行業(yè)呈現(xiàn)出持續(xù)發(fā)展的趨勢。內(nèi)燃機是一個產(chǎn)業(yè)，原動機的制造尤為重要。從汽車工業(yè)到造船再到農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，都發(fā)揮著越來越重要的作用。本文介紹了內(nèi)燃機裝配線曲軸與氣缸部分距離自動測試機和曲軸摩擦力矩自動測試機的應(yīng)用，該機的研制成功填補了國內(nèi)空白，提高了發(fā)動機的安裝質(zhì)量，自動檢測技術(shù)在內(nèi)燃機總成中的應(yīng)用對于檢測這些參數(shù)非常重要。

參考文獻：

[1]黃政.基于虛擬技術(shù)的《內(nèi)燃機裝配與調(diào)試》課程的開發(fā)[J].武漢船舶職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報，2018，17（01）：68-71.

[2]韓成剛，郎旭陽.內(nèi)燃機裝配的研究與探討[J].內(nèi)燃機與配件，2016（06）：24-26.

[3]曾世輝，李超.解析內(nèi)燃機零件質(zhì)量與裝配故障的診斷措施[J].科技與企業(yè)，2015（14）：182.