淺議一種發(fā)動(dòng)機(jī)故障保護(hù)裝置

摘 要： 針對(duì)車輛在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的一些影響安全行車及設(shè)備安全的常見故障，如車輛行駛途中水泵皮帶突然斷裂;起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)黏連;離合器不當(dāng)操作（半聯(lián)動(dòng)使用）等，通過加裝并采集傳感器數(shù)據(jù)，達(dá)到提示故障點(diǎn)及控制故障進(jìn)一步發(fā)展，以保護(hù)設(shè)備安全為目的所設(shè)計(jì)并制作了發(fā)動(dòng)機(jī)故障保護(hù)裝置。文章旨在分析這幾種故障產(chǎn)生的危險(xiǎn)及防范控制措施，以及故障保護(hù)裝置本身的技術(shù)特點(diǎn)并探討該裝置的應(yīng)用范圍。

關(guān)鍵詞： 故障危害;裝置結(jié)構(gòu);控制措施及預(yù)防

一、 幾種故障出現(xiàn)時(shí)對(duì)設(shè)備造成的危害

（一）水泵皮帶斷裂

該故障出現(xiàn)時(shí)，冷卻系統(tǒng)停止工作，發(fā)動(dòng)機(jī)溫度急劇上升，車輛上雖然裝有水溫表，但有時(shí)駕駛?cè)藛T限于路面情況疏于觀察儀表或者儀表已損壞，無法正確顯示水溫，則很容易造成發(fā)動(dòng)機(jī)活塞膨脹并出現(xiàn)拉缸現(xiàn)象，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)v壞發(fā)動(dòng)機(jī)，造成嚴(yán)重的設(shè)備故障。僅某公司車輛2013年一年就出現(xiàn)此類故障6起，因駕駛?cè)藛T發(fā)現(xiàn)及時(shí)，未造成嚴(yán)重后果，但駕駛?cè)藛T普遍反映迫切需要一種能在水泵皮帶斷裂瞬間立即報(bào)警的裝置，以便能專注于路面情況而不是分心觀察儀表影響行車安全。

（二）起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)黏連

該故障出現(xiàn)在車輛啟動(dòng)之后，盡管主觸點(diǎn)出現(xiàn)黏連，但車輛狀態(tài)一切正常，儀表也無法報(bào)警或指示該故障，又由于目前客車絕大多數(shù)為后置式發(fā)動(dòng)機(jī)，即使是有經(jīng)驗(yàn)的駕駛?cè)藛T也無法從發(fā)動(dòng)機(jī)響聲和氣味方面來察覺此故障。由于起動(dòng)機(jī)工作時(shí)的大電流，觸點(diǎn)黏連后造成起動(dòng)線路嚴(yán)重過載，時(shí)間稍長即會(huì)造成起動(dòng)機(jī)燒毀和車輛線路燒壞，出現(xiàn)此類故障往往要等到駕駛?cè)藛T聞到異味或車輛熄火后再次發(fā)動(dòng)時(shí)才能發(fā)現(xiàn)，而此時(shí)起動(dòng)機(jī)及線路往往已經(jīng)燒毀，車輛無法啟動(dòng)，影響設(shè)備安全及正常行車。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，僅僅南京江北地區(qū)三家客運(yùn)企業(yè)2013年全年即出現(xiàn)此類故障26起。

（三）離合器半聯(lián)動(dòng)使用

該情況不能屬于故障，應(yīng)該屬于駕駛?cè)藛T的不良操作習(xí)慣，但它對(duì)離合器的使用壽命影響很大。會(huì)造成離合器片超常磨損，嚴(yán)重時(shí)甚至?xí)?duì)離合器壓盤造成損傷，影響車輛安全，也造成車輛故障率的上升。同時(shí)廣大修理人員也對(duì)這種操作習(xí)慣深惡痛絕，強(qiáng)烈要求加裝報(bào)警裝置，以杜絕駕駛?cè)藛T的不良操作習(xí)慣，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，提高車輛完好率。

二、故障預(yù)防的對(duì)策及改造方法

由于以上三種故障危及設(shè)備安全、影響安全行車，因此設(shè)想通過制作一種類似PLC的控制裝置，采集傳感器信號(hào)并進(jìn)行分析判斷，在確實(shí)有故障出現(xiàn)時(shí)，通過報(bào)警裝置及執(zhí)行機(jī)構(gòu)來控制故障的發(fā)生及蔓延，達(dá)到保護(hù)設(shè)備的目的。下面分別對(duì)三種故障的預(yù)防對(duì)策做分析：

對(duì)于車輛行駛途中水泵皮帶斷裂故障，通過對(duì)各種車型的客車結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)可以用發(fā)電機(jī)作為監(jiān)測(cè)水泵皮帶斷裂的傳感器，因?yàn)榻^大多數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)水泵與主發(fā)電機(jī)共用一根皮帶，水泵皮帶斷裂后發(fā)電機(jī)隨之不發(fā)電，因此可以用發(fā)電機(jī)的輔助輸出電源線作為傳感器的信號(hào)線，作為報(bào)警及控制信號(hào)。

對(duì)于起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)黏連的故障，用起動(dòng)機(jī)的ST控制線作為監(jiān)測(cè)起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)是否黏連的信號(hào)線，因?yàn)橛|點(diǎn)發(fā)生黏連時(shí)ST線上一定有24V的電壓，但此方式存在不確定性，因?yàn)楫?dāng)起動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)ST線上也有電壓，對(duì)此需要進(jìn)行邏輯判斷以確定到底是正常工作還是發(fā)生黏連，具體實(shí)現(xiàn)方式見第3點(diǎn)。

對(duì)于離合器半聯(lián)動(dòng)操作方式，采用在離合器踏板拐臂兩側(cè)合理位置固定一個(gè)光電式感應(yīng)開關(guān)，當(dāng)離合器不用時(shí)，光線被離合器拐臂遮擋，光電傳感器無信號(hào)輸出;當(dāng)離合器處于半聯(lián)動(dòng)位置時(shí)，光電傳感器輸出信號(hào)，控制指示燈點(diǎn)亮，同時(shí)蜂鳴器鳴叫，提示駕駛?cè)藛T處于半聯(lián)動(dòng)的不當(dāng)操作中。

三、 具體實(shí)現(xiàn)方式及技術(shù)特點(diǎn)

根據(jù)以上思路，采用STC89C52單片機(jī)為核心控制器，用其P1口加上兩個(gè)中斷口提供八路輸入，用其P2口作為輸出，提供六路輸出信號(hào)。同時(shí)在電路上設(shè)置RS232口作為程序?qū)懭胙b置（ISP），電源部分由FM5-24S05型DC-DC直流轉(zhuǎn)換模塊提供5V電源。在電路中設(shè)置了六個(gè)報(bào)警燈，作為故障出現(xiàn)時(shí)的故障指示燈（目前只用三個(gè)）及系統(tǒng)工作指示燈。程序以C51語言編制，集成開發(fā)環(huán)境采用Keil uVision2平臺(tái)。電路原理圖及PCB用Protel 99SE軟件設(shè)計(jì)繪制。發(fā)動(dòng)機(jī)故障保護(hù)電路原理圖，如圖1所示。

當(dāng)水泵皮帶發(fā)生斷裂時(shí)，發(fā)電機(jī)輔助電源線失壓，J1的12腳上無電壓，P1.3腳為高電平，程序在檢測(cè)到該腳為高電平后，先做一個(gè)6秒的延時(shí)處理（延時(shí)時(shí)間可調(diào)，延時(shí)主要是為了保證正常起動(dòng)時(shí)防止誤報(bào)警），延時(shí)后再次檢測(cè)P1.3腳的電平，如果仍然為高電平，說明水泵皮帶斷裂，則從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.2腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫;同時(shí)P2.2腳的高電平使水泵皮帶報(bào)警燈（紅）點(diǎn)亮、并且P2.6腳的低電平經(jīng)過ULN2003的轉(zhuǎn)換使得系統(tǒng)燈（綠）熄滅。由于此時(shí)紅燈點(diǎn)亮并且蜂鳴器鳴叫，以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員依據(jù)對(duì)應(yīng)紅燈的顯示可以判斷出水泵皮帶發(fā)生故障，可以采取熄火措施并排除故障。

當(dāng)起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)發(fā)生黏連時(shí)，則ST線上有24V的電壓，該電壓使輸入繼電器KI3保持吸合，使P1.2為低電平，此時(shí)程序也做一個(gè)6秒的延時(shí)（延時(shí)也是為了保證正常起動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)不報(bào)警），延時(shí)后若P1.2仍為低電平，程序據(jù)此判斷起動(dòng)機(jī)的主觸點(diǎn)發(fā)生黏連故障，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平、從P2.3腳輸出高電平，P2.3腳的高電平點(diǎn)亮起動(dòng)機(jī)黏連故障報(bào)警燈;P2.0腳的低電平使蜂鳴器得電開始鳴叫，配合起動(dòng)機(jī)黏連故障報(bào)警燈以聲光的形式提醒駕駛員有故障發(fā)生，駕駛員根據(jù)對(duì)應(yīng)紅燈的指示，知道起動(dòng)機(jī)主觸點(diǎn)發(fā)生黏連故障，采取熄火斷電措施，達(dá)到保護(hù)起動(dòng)機(jī)的目的。

對(duì)于離合器半聯(lián)動(dòng)操作發(fā)生時(shí)，光電傳感器的輸出端有24V電壓從J1的10腳輸入，此電壓將STC89C52單片機(jī)的P1.4腳拉至低電平，程序據(jù)此判斷出離合器處于半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，于是程序做一個(gè)0.5秒的延時(shí)，采用延時(shí)的意思是避開離合器的正常操作，0.5秒后程序再次對(duì)STC89C52的P1.4腳的電平進(jìn)行判斷，如果仍然是低電平，則說明此時(shí)離合器處于半聯(lián)動(dòng)狀態(tài)，于是從STC89C52的P2.0腳輸出低電平，從P2.4腳輸出高電平、從P2.6腳輸出低電平。P2.0腳和P2.6腳的低電平使蜂鳴器鳴叫、系統(tǒng)燈（綠）熄滅;P2.4腳的高電平經(jīng)過ULN2003的轉(zhuǎn)換，從其12腳輸出低電平，該低電平使離合器半聯(lián)動(dòng)報(bào)警燈（紅）點(diǎn)亮，配合蜂鳴器提醒駕駛員不要采取半聯(lián)動(dòng)操作。

四、保護(hù)裝置產(chǎn)生的效果及適用范圍

該保護(hù)裝置自裝車使用以來，有效避免了上述三種故障的發(fā)生40余次，獲得了駕駛?cè)藛T的好評(píng)，由于該裝置的通用性強(qiáng)、拓展性好，可以裝設(shè)在絕大多數(shù)商用車上來保護(hù)類似故障的發(fā)生。

五、結(jié)語

在后續(xù)改進(jìn)中，通過外接傳感器，內(nèi)部修改控制程序，該裝置又增設(shè)了對(duì)氣壓式剎車故障報(bào)警及發(fā)動(dòng)機(jī)艙火災(zāi)故障的報(bào)警功能，以及水泵皮帶斷裂和起動(dòng)機(jī)觸點(diǎn)黏連時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)自動(dòng)熄火功能。集成以上五種報(bào)警功能的故障報(bào)警及保護(hù)裝置于2017年5月獲國家發(fā)明專利。

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作者簡介：? 李勁，南京鋼鐵四通運(yùn)輸有限責(zé)任公司。