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        試議發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配的防錯(cuò)技術(shù)和方法

        2019-09-19 02:07:12
        裝備制造技術(shù) 2019年7期
        關(guān)鍵詞:油孔缸體軸瓦

        王 波

        (柳州五菱柳機(jī)動(dòng)力有限公司,廣西 柳州545005)

        0 引言

        軸瓦是滑動(dòng)軸承和軸頸接觸的部分,形狀為瓦狀的半圓柱面,非常光滑,其主要作用是減小軸頸的摩擦阻力及減小軸頸的磨損。發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦主要有兩種,一種是主軸瓦,安裝在缸體主軸承孔以及曲軸主軸頸之間;一種是連桿瓦,安裝在連桿大頭孔與曲軸連桿頸之間。一般4缸機(jī)主軸瓦10片,連桿瓦8片,主軸瓦分上下瓦,上下瓦一般不通用(即不能裝反),連桿瓦分上下瓦,上下瓦一般通用。同時(shí)為保證曲軸軸瓦間隙,大部分產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),軸瓦需進(jìn)行分組裝配。以上這些特性,造就了軸瓦正確裝配的重要性,因此,軸瓦防錯(cuò)裝、漏裝就顯得尤為重要。

        1 軸瓦裝配主要失效模式及后果

        1.1 軸瓦漏裝

        如果軸瓦漏裝,軸頸的油壓無法建立,機(jī)油無法到達(dá)軸頸形成油膜,易導(dǎo)致曲軸、連桿等運(yùn)動(dòng)件摩擦損壞,且由于運(yùn)動(dòng)件間異常摩擦形成雜質(zhì)積累,最終導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)抱死無法工作。軸瓦嚴(yán)重磨損后,運(yùn)動(dòng)件間的間隙變大,運(yùn)動(dòng)時(shí)晃動(dòng)量增大,導(dǎo)致拉缸、曲軸連桿斷裂、發(fā)動(dòng)機(jī)報(bào)廢等嚴(yán)重質(zhì)量問題。

        1.2 上下主軸瓦裝反

        一般發(fā)動(dòng)機(jī)主軸瓦的上下瓦不通用,產(chǎn)品設(shè)計(jì)時(shí),一般上主軸瓦(裝在缸體主軸承孔上的軸瓦)加工有油孔和油槽,下主軸瓦(裝在主軸承蓋上的軸瓦)未加工有油孔和油槽,如圖1所示。上主軸瓦有油孔、油槽,其目的是讓缸體主油道的潤滑油通過油孔、油槽進(jìn)入曲軸進(jìn)行潤滑。若主軸上、下瓦裝反,即將沒有帶油孔、油槽的下瓦裝到缸體主軸承孔上,將導(dǎo)致缸體主油道的潤滑油不能通往曲軸進(jìn)行潤滑,產(chǎn)生的后果與漏裝軸瓦基本一樣。

        圖1 主軸上、下瓦

        1.3 軸瓦組別號(hào)裝錯(cuò)(針對(duì)軸瓦需分組裝配的情況)

        目前大部分的產(chǎn)品設(shè)計(jì)中,發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配需要進(jìn)行分組裝配。軸瓦分組裝配主要目的是保證合適的曲軸徑向軸瓦間隙。如果軸瓦組別號(hào)裝錯(cuò),會(huì)造成間隙過大或過小,如果間隙過大,油壓降低,潤滑油膜難以建立和保持,長期使用可能燒瓦,同時(shí)間隙過大,曲軸容易徑向竄動(dòng),加速零件磨損、疲勞,并產(chǎn)生噪音。如果間隙過小,零件受熱后膨脹容易造成卡死,同時(shí)間隙過小,油壓升高,潤滑油膜也不易建立,潤滑不足造成軸承磨損,嚴(yán)重時(shí)燒瓦。

        2 軸瓦裝配的關(guān)鍵工藝要求

        2.1 軸瓦的選配關(guān)系

        以某型號(hào)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配要求為例,主軸下軸瓦的選配關(guān)系如圖2所示。

        圖2 主軸下瓦選配關(guān)系

        2.2 傳統(tǒng)選配軸瓦的工藝方法及工藝控制能力

        采用人工口算和記憶來選配軸瓦,通過人工目視化檢查來確認(rèn)軸瓦的裝配正確性。傳統(tǒng)工藝雖然成本最低,但是無法有效避免軸瓦錯(cuò)裝、漏裝,特別是大批量生產(chǎn)時(shí),人為因素導(dǎo)致錯(cuò)裝、漏裝的風(fēng)險(xiǎn)比較大。為降低甚至消除人為因素帶來的失控風(fēng)險(xiǎn),一般生產(chǎn)線都會(huì)投入相關(guān)設(shè)備或裝置來達(dá)到控制要求。下文闡述的幾種軸瓦裝配防錯(cuò)技術(shù)和方法,可以有效做到軸瓦防錯(cuò)裝、漏裝的控制要求,其中氣檢防錯(cuò)技術(shù)為本文重點(diǎn)闡述內(nèi)容。

        3 發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦裝配的防錯(cuò)技術(shù)和方法

        3.1 取料防錯(cuò)

        一般配置軸瓦智能料架來實(shí)現(xiàn)取料防錯(cuò),如圖3所示。智能料架的功能是通過零件二維碼信息掃描輸入,系統(tǒng)根據(jù)軸瓦選配關(guān)系自動(dòng)計(jì)算或匹配要選配的軸瓦組別號(hào),并在智能料架上按軸瓦裝配順序(缸號(hào)順序)燈光顯示提示操作者依序進(jìn)行取料,若操作者未按料架每個(gè)料道的燈光顯示順序進(jìn)行取料,料架將進(jìn)行聲光報(bào)警;若操作者未按要求次數(shù)進(jìn)行取料,系統(tǒng)識(shí)別后將對(duì)線體進(jìn)行鎖住不放行。此智能料架的防錯(cuò)功能有:

        (1)可有效避免分組號(hào)裝錯(cuò);

        (2)可有效防止漏裝軸瓦;

        (3)可以對(duì)軸瓦選配的相關(guān)分組信息進(jìn)行保存和追溯。

        圖3 軸瓦智能料架

        此智能料架防錯(cuò)是軸瓦選配組裝過程中的一個(gè)有效的工藝方法,但是并不能100%杜絕軸瓦錯(cuò)裝、漏裝,因?yàn)槿钥赡艽嬖谝恍┤藶橐蛩兀热缭诓僮髡甙摧S瓦料架顯示的順序取料后,操作者因人為原因并沒有按順序?qū)⑤S瓦組裝到對(duì)應(yīng)的軸瓦安裝位置,那就有可能導(dǎo)致軸瓦裝錯(cuò)或者漏裝。所以此工序后面,一般還需配置軸瓦安裝后的檢測(cè)防錯(cuò)工藝。

        3.2 工位布置防錯(cuò)

        此方法可應(yīng)用在主軸瓦安裝工序。生產(chǎn)線工序布置時(shí),正常情況下,上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝一般都布置在同一個(gè)工位。上下瓦同時(shí)在一個(gè)工位安裝,若工序沒有做到很好的防錯(cuò)功能,光靠人為識(shí)別來選配和安裝,必然會(huì)增加上、下瓦互相裝錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn),即有可能上瓦裝到下瓦的位置,下瓦裝到上瓦的位置。針對(duì)此裝錯(cuò)風(fēng)險(xiǎn),在不影響組裝順序和不影響節(jié)拍的情況下,可以將上主軸瓦、下主軸瓦選配安裝作業(yè)布置在不同工位,這樣可以在一定程度上避免上、下瓦混裝的可能,從而降低上下瓦裝錯(cuò)的風(fēng)險(xiǎn)。

        3.3 傳感器工裝防錯(cuò)

        發(fā)動(dòng)機(jī)軸瓦一般為金屬材料,可以采用金屬傳感器感應(yīng)軸瓦是否安裝在工裝上。如圖4所示,軸瓦安裝工裝上安裝有金屬傳感器,操作者從軸瓦料架取下軸瓦后,安裝到該工裝上,傳感器感應(yīng)到了有軸瓦,系統(tǒng)才正常,若沒有感應(yīng)到軸瓦,系統(tǒng)則識(shí)別為漏裝。當(dāng)所有軸瓦安裝到工裝上后,再通過工裝整體安裝到發(fā)動(dòng)機(jī)上。若在該工裝上識(shí)別出漏裝軸瓦,系統(tǒng)則報(bào)警并鎖定線體不許放行,從而達(dá)到防漏裝的目的。

        圖4 軸瓦防錯(cuò)傳感器工裝

        3.4 相機(jī)拍照防錯(cuò)

        當(dāng)已裝好軸瓦的工件移到相機(jī)拍照區(qū)域內(nèi),相機(jī)在軸瓦上方進(jìn)行拍照,當(dāng)漏裝軸瓦或者裝反軸瓦,其外觀與正常裝配外觀有差異,通過與正確的基礎(chǔ)圖進(jìn)行對(duì)比,可以識(shí)別軸瓦是否漏裝或上下瓦裝反。此技術(shù)主要應(yīng)用在軸瓦安裝到工件后,代替人工目視化檢查軸瓦安裝情況,可以100%檢測(cè)到軸瓦漏裝、上下瓦裝反的失效模式,但此防錯(cuò)技術(shù)成本一般比較高。

        目前有三維拍照技術(shù),不但可以識(shí)別是否漏裝、上下瓦裝反,還可以識(shí)別軸瓦是否裝到位。

        3.5 氣檢防錯(cuò)

        氣檢防錯(cuò)的原理:將壓縮空氣與工件相連接,然后加壓,加壓到某一值后,停止加壓進(jìn)行壓力或流量檢測(cè),在檢測(cè)中,如果壓力或流量變化大,則說明泄露量大,有可能漏裝軸瓦,如果壓力或流量變化小,說明泄露率小或者無泄露,屬于正常裝配狀態(tài)[1]。以下以某發(fā)動(dòng)機(jī)利用某氣檢儀器進(jìn)行檢測(cè)為例進(jìn)行闡述:

        3.5.1 檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)

        如圖5所示,以自動(dòng)檢出被檢查物內(nèi)部發(fā)生的流量或壓力變化的上限值來判定合格與否。

        圖5 檢測(cè)判定標(biāo)準(zhǔn)

        3.5.2 工件檢測(cè)狀態(tài)

        發(fā)動(dòng)機(jī)缸體已組裝好曲軸、活塞連桿、軸瓦等零部件即可,即一般布置在曲軸連桿組件安裝完成后的一兩個(gè)工位。

        3.5.3 氣檢裝置的結(jié)構(gòu)組成

        主要由專用氣檢儀器、氣管路、封堵工裝、曲軸手搖工裝組成。其中氣檢儀器主要是用來檢測(cè)壓力或流量變化的設(shè)備裝置;封堵工裝主要是用來封堵缸體上相關(guān)主油道孔以實(shí)現(xiàn)密閉空間;手搖工裝主要是實(shí)現(xiàn)曲軸轉(zhuǎn)動(dòng),使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。圖6為某產(chǎn)品采用的手動(dòng)封堵檢測(cè)設(shè)備。

        3.5.4 專用氣檢儀器

        (1)儀器的選型規(guī)格:氣檢儀器不管是流量式的還是壓差式的,其原理基本一致,都是檢測(cè)變化值。

        (2)儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)及原理圖,如圖6、7所示。

        工廠空壓源通過過濾器、氣檢儀器調(diào)壓閥調(diào)成測(cè)試壓后,進(jìn)入儀器層流管,層流管上安裝壓力傳感器,層流管一路氣源通往工件和流量校準(zhǔn)儀,另一路通往壓力傳感器以及儀器電氣部分、面板。

        圖6 儀器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

        圖7 氣檢過程原理圖

        3.5.5 氣檢過程

        在設(shè)定相關(guān)的檢測(cè)條件后(比如測(cè)試壓力、加壓時(shí)間、檢測(cè)時(shí)間等),按以下幾個(gè)步驟進(jìn)行檢測(cè):

        (1)封堵(充氣)工裝

        將缸體各表面的主油道孔用封堵工裝封堵(充氣),一般在缸體上缸蓋安裝面和缸體前端各有一個(gè)主油道孔。封堵工裝封堵后,缸體內(nèi)部主油道、曲軸、連桿、軸瓦就形成一個(gè)相對(duì)密閉的空間,如圖8所示(深黑色代表主油道)。

        圖8 工件檢測(cè)密閉空間示意圖

        (2)加壓充氣

        安裝封堵工裝后,按下啟動(dòng)按鈕,儀器開始加壓充氣,直到加壓到設(shè)定值壓力為止,一般會(huì)設(shè)置合適的加壓時(shí)間,時(shí)間到,加壓充氣結(jié)束。

        (3)檢測(cè)過程:加壓結(jié)束時(shí),用轉(zhuǎn)動(dòng)工裝開始平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸,儀器開始進(jìn)行檢測(cè)壓力或流量變化,記錄壓力或流量值。檢測(cè)過程中,轉(zhuǎn)動(dòng)曲軸的目的是為了使主軸頸上的油孔能與缸體的油孔相通。

        (4)判定過程

        若檢測(cè)出的最大流量值大于設(shè)定的流量值(正常情況下的流量值),即亮紅燈報(bào)警,則認(rèn)為判定組裝有異常,需拆解排查返修,若檢測(cè)出的最大流量值小于設(shè)定的流量值,即亮綠燈,則判定軸瓦組裝正常。

        3.5.6 氣檢失效模式的驗(yàn)證過程

        表1為正常、異常(漏裝)的情況下的流量檢測(cè)結(jié)果(展示部分?jǐn)?shù)據(jù))。

        表1 各氣檢失效模式驗(yàn)證過程數(shù)據(jù)記錄表

        以上表1只是列出部分?jǐn)?shù)據(jù),實(shí)際經(jīng)過反復(fù)驗(yàn)證得出的大量數(shù)據(jù),證明軸瓦漏裝的越多,泄露量相對(duì)于正常情況的泄露量變化越大,即設(shè)定好正常情況的泄露量上限后,如果在檢測(cè)過程中泄露量超出設(shè)定值,說明軸瓦組裝存在異常,通過此方法,可以檢測(cè)軸瓦漏裝。

        3.5.7 氣檢的注意事項(xiàng)

        對(duì)一臺(tái)檢測(cè)設(shè)備來說,最大的問題就是誤判。誤判會(huì)使本來不合格的產(chǎn)品當(dāng)成合格產(chǎn)品流入下工序,也會(huì)是本來合格的產(chǎn)品當(dāng)成不合格的產(chǎn)品來進(jìn)行排查返修,造成諸多浪費(fèi)。所以檢測(cè)設(shè)備必須要做好防止誤判的各項(xiàng)工作,防止誤判的方法有:

        (1)前期設(shè)備安裝調(diào)試投入使用前,必須充分做好各種失效模式的驗(yàn)證,得到充分的驗(yàn)證后,才能投入使用。驗(yàn)證期間,須設(shè)定合適有效的參數(shù)范圍值。

        (2)制作標(biāo)件,定期通過標(biāo)件,驗(yàn)證設(shè)備、工裝、程序、環(huán)境等工作正常,防止發(fā)生批量質(zhì)量事故。

        (3)定期做好設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng),特別是傳感器等部件,須定期校準(zhǔn)、標(biāo)定。

        (4)定期檢查各密封件是否正常,是否有損壞、泄露現(xiàn)象。

        4 總結(jié)

        對(duì)軸瓦組裝防錯(cuò)技術(shù)和方法,以表2進(jìn)行總結(jié)。

        表2 軸瓦組裝防錯(cuò)技術(shù)和方法的對(duì)比情況

        目前也有部分發(fā)動(dòng)機(jī)廠通過配置回轉(zhuǎn)力矩檢測(cè)設(shè)備和冷試設(shè)備對(duì)軸瓦漏裝進(jìn)行檢測(cè),但是根據(jù)相關(guān)工廠工藝驗(yàn)證,這兩種方法的檢測(cè)能力不足、探測(cè)率低,效果不佳[2]。上表的幾種防錯(cuò)技術(shù)和方法,在軸瓦組裝及檢測(cè)工藝上應(yīng)用比較廣泛,其中,氣檢防錯(cuò)技術(shù)性價(jià)比比較高,工廠可根據(jù)企業(yè)自身?xiàng)l件、投入成本、故障發(fā)生率等實(shí)際情況來確定生產(chǎn)工藝。

        5 結(jié)束語

        軸瓦裝配采用人工控制出現(xiàn)漏裝、錯(cuò)裝不可避免,通過智能料架、工位布置、工裝傳感器、拍照技術(shù)、氣檢技術(shù)等防錯(cuò)技術(shù)和方法,優(yōu)化了現(xiàn)有的裝配工藝,解決了軸瓦漏裝、錯(cuò)裝風(fēng)險(xiǎn),改進(jìn)了軸瓦漏裝、錯(cuò)裝依靠人工目視防錯(cuò)的理念,降低了在線返修率,降低了售后返修成本,節(jié)約了大量的時(shí)間和成本,提高了在線質(zhì)量控制水平,提高了售后水平。

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