發(fā)動機線上變速箱油精準加注設備的設計與應用

穆素芳

（廣州市嘉特斯機電制造有限公司，廣東廣州510850）

0 引言

變速箱又稱為變速器，它的作用是轉(zhuǎn)換力矩，里面是齒輪與撥叉機構(gòu)，它可以采用不同的齒輪比例來降低輸出轉(zhuǎn)速，增大扭矩，扭矩又通過齒輪與齒輪的傳遞讓汽車加速，從而使發(fā)動機更省力，這是變速箱存在的意義。

為了降低變速箱內(nèi)摩擦，人們往變速箱內(nèi)注入了變速箱油，以此來降低齒輪磨損速度。變速箱發(fā)展至今，很多汽車廠商已開始針對不同車型的發(fā)動機變速箱加注不同的變速箱油品，以滿足變速箱功能需要和價格需要（主要是前者）。

針對不同車型的發(fā)動機變速箱加注不同油品、不同油量的需求，本文設計了一套發(fā)動機線上變速箱油的精準加注設備，能對應車型加注相應油品、油量，并實現(xiàn)防錯防呆、數(shù)據(jù)采集。

1 設備的主要技術(shù)指標要求

（1）MT槍油品加注精度：設定量2%；CVT槍加注精度：設定量1%。

（2）設備過濾精度：50 μm。

（3）設備節(jié)拍60 s/臺。

（4）設備可連續(xù)運轉(zhuǎn)22 h。

2 設備的基本工作條件

（1）電源：滿足GB/T 4720—1984《電控設備 第1部分：低壓電器電控設備》的要求：AC 380 V（±10%），50 Hz（±2%）。

（2）環(huán)境溫度滿足GB/T 4720—1984的要求：-10～40℃。

（3）相對濕度滿足GB/T 4720—1984的要求：≤95%。

（4）供給氣源：0.6 MPa±20%；

（5）需加注油品的變速箱位于發(fā)動機裝配線上，原油在距離發(fā)動機線200 m外的一個集中供油區(qū)域，油品來料方式是普通的油桶，原油區(qū)內(nèi)禁止明火，禁止使用發(fā)熱50℃以上元器件。

3 設備的工作流程

開始→發(fā)動機落入指定位置→從上級生產(chǎn)指示裝置載入車型信息，顯示車型、加油量、油品號→將相應的加注槍安放到發(fā)動機加注口→按下開始按鈕→車型與加注槍是否匹配？是否只有一把槍在位？（OK）→啟動注油，加油指示燈ON→停止注油，加油指示燈OFF→是否達到了目標加油量？（OK）→保存加注時間、車型序列號、加油量等數(shù)據(jù)→加注槍放回原位（OK）→向上級生產(chǎn)指示裝置發(fā)出加油完畢信號→發(fā)動機流入下一工序。

4 設備的重要組成部分

4.1 變速箱油加注設備機械部分

如圖1所示，按大部件來分可分為三部分：主機械控制柜、儲油柜、原油區(qū)來料放置區(qū)。主機械控制柜含面板控制按鈕、4把MT槍、1把CVT槍，其中MT槍回轉(zhuǎn)夾緊變速箱加注口（變速箱口水平或者傾斜朝下均可夾緊掛住變速箱口注油），CVT槍為直通注油（變速箱加注口為朝上或者傾斜朝上），機械柜內(nèi)其余部分為液壓管路系統(tǒng)、真空回吸管路系統(tǒng)及氣動管路系統(tǒng)，工作時柜門嚴禁打開。儲油柜是整體焊接的帶門柜子，內(nèi)含裝有5種油品的儲油箱，注油氣動柱塞泵也是裝在此柜內(nèi)，工作時柜門關(guān)閉，嚴禁打開。原油區(qū)采用鋼圍欄圍起一個長5 m、寬5 m、高1.2 m的區(qū)域，有油桶放置架、補油動力柱塞泵及安裝架，油桶放置架前開門，且門上有開關(guān)感應，油品與門開關(guān)匹配一致方可開門。

圖1 變速箱加注設備組成部分

4.2 設備的液壓控制部分

圖2 為本設備的液壓注油簡易流程，本設備的液壓原理是保障加注量準確可靠性及潔凈性的根本。本設備采用氣動柱塞泵[1]作為補油及注油的原動力，采用緩慢啟動閥控制氣動柱塞泵前氣壓通與斷，以達到控制氣動柱塞泵啟停的目的。

液壓工作過程如下：補油緩慢啟動閥打開補油氣動柱塞泵，從原油區(qū)將油桶里的油經(jīng)過二級過濾輸送到加注設備內(nèi)的儲油箱待使用，注油緩慢啟動閥打開注油柱塞泵，經(jīng)過精密過濾器[2]、流量計經(jīng)MT/CVT槍注入到變速箱箱體內(nèi)，流量計[1]達到設定的流量，氣控閥[3]立刻關(guān)閉油路，此主油路上必須設有溢流閥[4]，起安全保護作用。加注完成后，回吸系統(tǒng)將槍及氣控閥段管路的油全部回吸，返回到儲油箱內(nèi)。

圖2 液壓注油簡易流程

上述補油氣動泵和注油氣動泵分別采用高流量和小流量的氣動柱塞泵配以24 V的緩慢啟動閥，理由如下：（1）采用氣源作為原動力，安全可靠，節(jié)約能源；（2）緩慢啟動閥電壓僅為24 V，電壓低，無發(fā)熱；（3）氣動柱塞泵使用過程中不發(fā)熱；（4）補油氣動柱塞泵輸出壓力大，輸送距離遠，原油區(qū)采用氣動柱塞泵輸送油品是最安全可靠的選擇，注油采用小流量的氣動柱塞泵，可滿足加注壓力及節(jié)拍要求，安全可靠。流量計需選擇比要求的精度高一個等級的設備，這是保證注油量精確的關(guān)鍵所在；精密過濾器既用于嚴格控制注入油品的清潔度，也是對流量計的保護，是精確加注的品質(zhì)保證之一；精密氣控閥也是注入油量的品質(zhì)保證之一。

由于放置槍的機械控制柜與變速箱加注口有3～4 m遠，連接槍與機械控制柜的是4.5 m長的低壓軟管，加注完成后需把槍放回設備，發(fā)動機線才可推進下一工序。為了解決槍在放回設備的過程中槍口內(nèi)及注油管路內(nèi)的油溢出滴落而造成安全問題和第二次加注量不準確的弊端，這里設計了一套注油結(jié)束后將氣控閥與槍之間管路內(nèi)的油全部回吸到儲油箱內(nèi)重復使用的回吸系統(tǒng)，此系統(tǒng)設置在氣控閥和槍主管路部分的支路上，中間設計一個真空罐，首先將主管路上剩余的油通過負壓裝置回吸到真空罐內(nèi)，回吸完后關(guān)閉此支路閥門，再采用正壓裝置將真空罐內(nèi)的油通過另一組管路壓回儲油罐內(nèi)循環(huán)使用。

4.3 設備的電氣控制柜及工控電腦部分

液壓加注控制系統(tǒng)是保障加注量準確的第二關(guān)鍵，每個電磁閥、氣控閥必須根據(jù)液壓原理按順序、按時間要求啟或停。重點注油控制流程如下：24 V緩慢啟動閥給電，補油氣動柱塞泵啟動，同時注油電磁閥得電，流量計前后精密氣動控制閥打開，精密流量計開始計數(shù)，流量計計數(shù)達到目標值后，注油電磁閥即刻關(guān)電，同時關(guān)閉注油氣動柱塞泵前的緩慢啟動閥，注油結(jié)束后播報注油結(jié)果，注油OK后，啟動回吸系統(tǒng)，吸油電磁閥給電，氣控閥打開支路管路，真空泵啟動抽真空，將管路內(nèi)剩余的油全部回收到真空罐內(nèi)，回吸時間設置為節(jié)拍允許范圍內(nèi)最大值，吸油電磁閥失電，支路關(guān)閉，排油電磁閥得電，氣控閥打開正壓管路，將真空罐內(nèi)的油壓回到儲油箱內(nèi)，到此為一次注油過程。

防錯、防呆及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)：

（1）發(fā)動機編碼數(shù)據(jù)：每臺發(fā)動機數(shù)據(jù)有生產(chǎn)連續(xù)號、X位碼、VIN碼等信息。

（2）PC讀取CCR車型X位碼的第a、b、c位，讀取X位碼的第d位：按使用方提供表格。

（3）PC向PLC傳遞數(shù)據(jù)，PLC進行分配處理：PC將讀取的車型信息傳遞給PLC，PLC根據(jù)發(fā)動機信息，分配正確的車型按鈕。

（4）車型加注量按鈕燈閃爍：分配到的車型按鈕閃爍提示，但不直接按閃爍的車型按鈕進行加注。

（5）操作員根據(jù)作業(yè)指示單核對車型：檢查閃爍的車型按鈕是否正確，如果不準確，則操作員按正確車型按鈕，氣動加注，同時加注設備需報警，使變速箱油加注設備的車型判定與實際車型順序吻合，保證在調(diào)整過程中設備繼續(xù)運轉(zhuǎn)加注，主線不停止。

（6）操作員按正確的車型按鈕啟動：操作員按確認后的車型進行加注。

（7）加注結(jié)束：加注OK，結(jié)束按鈕綠燈亮起，否則紅燈亮起。

（8）數(shù)據(jù)保存：MT/CVT的加注量等相關(guān)數(shù)據(jù)和VIN碼一一對應保存，可按VIN碼進行檢索。

（9）操作員取對應車型的槍：取槍錯誤或車型選擇錯誤，立即報警，設備停止加注，生產(chǎn)線停線。

（10）不給油防呆：忘記按下啟動加注按鈕時，立即報警，生產(chǎn)線停線。

（11）加注量不足防呆：通過流量計計數(shù)確認，加注量不足時，立即報警，生產(chǎn)線停線。

（12）加注按鈕不回位防呆：按下加注開始按鈕進行加注，當加注完成后按鈕不回彈時生產(chǎn)線停線。

（13）漏加注和二次加注防呆：變速箱油忘記加注，設置報警且生產(chǎn)線停線；已加注變速箱油，因各種錯誤二次啟動加注時立即報警，停止加注。

（14）所有的槍在席到位確認防呆：所有加注槍設置在席檢測系統(tǒng)，加注設備和生產(chǎn)線進行聯(lián)鎖，加注完成后，加注槍沒有放回原位置，發(fā)動機不可放行，生產(chǎn)線停線。

5 試驗與結(jié)果分析

根據(jù)上面闡述的方式方法，以準確的液壓原理配合精確的PLC控制系統(tǒng)，我司制作了此臺設備并投入生產(chǎn)，經(jīng)過儀器1個月的重復檢測，加注精度滿足要求，節(jié)拍滿足要求，注出的油品無顆粒雜質(zhì)，無氣泡，防錯防呆安全系統(tǒng)全部合格完善，數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)可保存、可追溯。該設備現(xiàn)已投產(chǎn)使用，客戶反饋很好，達到了客戶的所有要求，大大提高了生產(chǎn)使用的安全性、便利性和智能性。

[1]機械設計手冊編委會.機械設計手冊（第5卷）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2004.

[2]宋建武，趙冬梅.液壓與氣動元件操作訓練[M].北京：化學工業(yè)出版社，1997.

[3]陳啟松.液壓傳動與控制手冊[M].上海：上?？茖W技術(shù)出版社，2006.

[4]許福玲，陳堯明.液壓與氣壓傳動[M].北京：機械工業(yè)出版社，2007.