新型機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)維修輔助裝置設(shè)計(jì)研究

王鵬飛，宋林，趙晏林，張學(xué)剛，廖映華

（1.攀枝花學(xué)院智能制造學(xué)院，四川 攀枝花 617000；2.四川輕化工大學(xué)，四川 自貢 643000）

0 引言

發(fā)動(dòng)機(jī)是機(jī)動(dòng)車的重要部分[1-3]，機(jī)動(dòng)車的一些基本性能都直接或間接與發(fā)動(dòng)機(jī)的性能相關(guān)，發(fā)動(dòng)機(jī)的故障占全車的故障比例最高[4-5]。發(fā)動(dòng)機(jī)損壞時(shí)一旦維修操作不當(dāng)或者缺乏維修，輕則會(huì)導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)工作異常、油耗高，重則導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)直接報(bào)廢，所以發(fā)動(dòng)機(jī)故障的維修在機(jī)動(dòng)車維修中最為重要。進(jìn)而導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)的維修工作也越來(lái)越受到關(guān)注[6-7]。

1 常見的發(fā)動(dòng)機(jī)故障

1）啟停故障。發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生啟停故障是非常常見的故障，啟停故障的直接表現(xiàn)為機(jī)動(dòng)車無(wú)法正常啟動(dòng)或者正常行駛過程中機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)突然停止。前者只是影響機(jī)動(dòng)車的正常使用而后者則非常危險(xiǎn)，極易引發(fā)交通事故。因此機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)啟停故障受到了人們的廣泛關(guān)注。從實(shí)際反饋來(lái)看，與其他故障相比，發(fā)動(dòng)機(jī)啟停系統(tǒng)出現(xiàn)故障的概率相對(duì)較高，具體原因和表現(xiàn)如表1所示。

表1 發(fā)動(dòng)機(jī)啟停故障原因及表現(xiàn)

2）噪聲故障。正常情況下，機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)正常工作時(shí)因?yàn)槠淞悴考倪\(yùn)轉(zhuǎn)會(huì)有極小的聲響，而且這種聲響往往頻率較低、有規(guī)律，將這類聲音稱之為正常聲音。因此往往出現(xiàn)頻率高、響度大等特點(diǎn)的聲音稱之為異常聲響，也就是噪聲。一旦機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)噪聲這種現(xiàn)象，機(jī)動(dòng)車使用者必須立刻引起關(guān)注，因?yàn)檫@類噪聲往往是發(fā)動(dòng)機(jī)零部件出現(xiàn)松動(dòng)或者供油不足引起的。為了避免供油不足和發(fā)動(dòng)機(jī)零部件松動(dòng)引發(fā)更嚴(yán)重的故障，使用者應(yīng)該立即對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修，否則必定造成更大的損失。

3）異常溫升故障。發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)之后，由于發(fā)動(dòng)機(jī)工作中能量的轉(zhuǎn)化，溫度會(huì)慢慢升高，加上機(jī)動(dòng)車行駛過程中促進(jìn)散熱，會(huì)使得發(fā)動(dòng)機(jī)溫度維持在一個(gè)穩(wěn)定的值，但是一旦溫度在正常工作中超過了該值，那么就認(rèn)為發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生了異常溫升故障。產(chǎn)生異常溫升故障的通常原因如表2所示。

表2 發(fā)動(dòng)機(jī)異常溫升故障原因及表現(xiàn)

4）油耗異常故障。機(jī)動(dòng)車經(jīng)過一段時(shí)間的使用，通常油耗會(huì)慢慢增加，如果油耗增加過于明顯，必須對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行檢修，因?yàn)楫a(chǎn)生油耗明顯增加的原因往往非常危險(xiǎn)。發(fā)動(dòng)機(jī)油耗增加往往是發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部燃油不能充分地與空氣進(jìn)行接觸，這種情況下將產(chǎn)生大量的一氧化碳有害氣體，大部分隨著尾氣管排入空氣，但是部分將進(jìn)入車內(nèi)，不管是行人還是車內(nèi)人員長(zhǎng)時(shí)間吸入將對(duì)身體造成難以想象的危害。

5）發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障。對(duì)于高速運(yùn)轉(zhuǎn)的發(fā)動(dòng)機(jī)來(lái)說(shuō)，發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)是非常重要的，常見的發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑系統(tǒng)故障原因及表現(xiàn)如表3所示。

表3 發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑油系統(tǒng)故障原因及表現(xiàn)

目前國(guó)內(nèi)外對(duì)于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)維修輔助工裝設(shè)備在技術(shù)和設(shè)備改造方面都進(jìn)展不明顯[8-10]，我國(guó)現(xiàn)在各地的機(jī)動(dòng)車修配廠在修理或者檢測(cè)機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)時(shí)，一般都采用吊架或人工把發(fā)動(dòng)機(jī)從車體吊出，或人力將發(fā)動(dòng)機(jī)抬到一個(gè)固定的檢修工作臺(tái)面進(jìn)行檢測(cè)和維修，并且在檢測(cè)和維修過程中往往需要對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，因發(fā)動(dòng)機(jī)體積和質(zhì)量較大，因此該檢修過程效率較低，工作人員往往會(huì)感覺非常吃力，增大發(fā)生人身危險(xiǎn)的可能。

本文設(shè)計(jì)出一種新型機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)維修輔助裝置，該裝置由發(fā)動(dòng)機(jī)懸臂吊吊裝機(jī)構(gòu)、可360°旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤、電動(dòng)輔助提升機(jī)構(gòu)組成，與現(xiàn)有維修裝置相比具有操作簡(jiǎn)單、安全可靠、省時(shí)、省力、高效、清潔等優(yōu)點(diǎn)，在機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)維修領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

2 總體設(shè)計(jì)

該裝置的設(shè)計(jì)旨在解決機(jī)動(dòng)車檢修過程中，從發(fā)動(dòng)機(jī)拆卸下來(lái)的吊起、檢修過程中的翻轉(zhuǎn)、檢修完畢后的吊回全過程問題。裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖和裝置總體三維模型如圖1所示。針對(duì)垂直方向的移動(dòng)問題，本文采用小型懸臂吊來(lái)實(shí)現(xiàn)其功能，基本組成包括減速電動(dòng)機(jī)、立柱、旋轉(zhuǎn)臂、支撐臂、環(huán)鏈電動(dòng)葫蘆等；水平方向的移動(dòng)功能采用手推式移動(dòng)小車實(shí)現(xiàn)；旋轉(zhuǎn)功能利用液壓升降臺(tái)將發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)到固定卡盤位置，固定發(fā)動(dòng)機(jī)后降低升降臺(tái)，利用減速器將手輪旋轉(zhuǎn)傳遞給發(fā)動(dòng)機(jī)以實(shí)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)，其主要組成包括手輪、減速器、發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤、電動(dòng)輔助提升裝置。

圖1 裝置立體結(jié)構(gòu)示意圖和裝置總體三維模型圖

3 關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)

3.1 懸臂吊裝置

將發(fā)動(dòng)機(jī)從機(jī)動(dòng)車機(jī)箱吊出和發(fā)動(dòng)機(jī)檢修完畢后的吊回工作都需要懸臂吊裝置完成，本文設(shè)計(jì)了如圖2所示懸臂吊裝置，該裝置由電葫蘆、工字鋼、立柱組成，電葫蘆及工字鋼參數(shù)分別如表4和表5所示。在立柱上焊接2個(gè)加強(qiáng)筋，加強(qiáng)筋和工字鋼連接處有圓錐滾子軸承，其型號(hào)如表6所示，其作用是保證電葫蘆可實(shí)現(xiàn)沿著立柱周向的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。

表4 選用的電葫蘆參數(shù)表

表5 20a型工字鋼參數(shù)

圖2 懸臂吊裝置三維模型圖

3.2 電動(dòng)輔助提升裝置

利用懸臂吊裝置將發(fā)動(dòng)機(jī)從機(jī)動(dòng)車機(jī)箱或者其他地方移動(dòng)到操作臺(tái)后，需要將發(fā)動(dòng)機(jī)提升到指定位置高度便于固定盤裝夾，以及旋轉(zhuǎn)后需要的輔助支撐。本文考慮到提升高度和發(fā)動(dòng)機(jī)放置的方便，采用叉車式輔助提升裝置，如圖3所示。優(yōu)點(diǎn)在于操作簡(jiǎn)單，便于發(fā)動(dòng)機(jī)不同位置旋轉(zhuǎn)后的支撐和發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部機(jī)油的排放。

圖3 電動(dòng)輔助提升機(jī)構(gòu)三維模型圖

3.3 360°旋轉(zhuǎn)裝置

發(fā)動(dòng)機(jī)的檢修過程中需要被翻轉(zhuǎn)，并且考慮到發(fā)動(dòng)機(jī)清潔問題，設(shè)計(jì)了圖4所示的360°旋轉(zhuǎn)裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤由卡盤方立柱、旋轉(zhuǎn)手輪、發(fā)動(dòng)機(jī)卡盤和手動(dòng)旋轉(zhuǎn)減速機(jī)組成；手動(dòng)旋轉(zhuǎn)減速機(jī)安裝在卡盤方立柱的內(nèi)腔，手動(dòng)旋轉(zhuǎn)減速機(jī)的旋轉(zhuǎn)軸與可360°旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤連接，可360°旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤上設(shè)置有發(fā)動(dòng)機(jī)固定槽。如圖5所示，力臂通過螺栓與固定卡盤上的固定槽連接。

圖4 旋轉(zhuǎn)裝置三維模型圖

圖5 卡盤6和力臂7連接結(jié)構(gòu)示意圖

4 實(shí)施方式

如圖1（a）所示，首先通過電動(dòng)輔助提升機(jī)構(gòu)將貨叉12設(shè)置到最低位置，將發(fā)動(dòng)機(jī)懸臂吊吊裝機(jī)構(gòu)移動(dòng)至待修機(jī)動(dòng)車車頭的上方，吊起已經(jīng)拆卸下來(lái)的發(fā)動(dòng)機(jī)，再與電動(dòng)輔助提升機(jī)構(gòu)配合將發(fā)動(dòng)機(jī)移動(dòng)至可360°旋轉(zhuǎn)發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤處，發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤6上設(shè)有發(fā)動(dòng)機(jī)固定槽，通過力臂7和螺栓將發(fā)動(dòng)機(jī)固定在發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤6上。然后摘掉懸臂吊鉤，通過旋轉(zhuǎn)手輪5帶動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)固定卡盤6可使發(fā)動(dòng)機(jī)360°范圍內(nèi)隨意旋轉(zhuǎn)，便于對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)檢修。每次旋轉(zhuǎn)之后都需將貨叉12移動(dòng)至待修發(fā)動(dòng)機(jī)的下端面承重，來(lái)減少減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的受力，延長(zhǎng)減速機(jī)旋轉(zhuǎn)軸的使用壽命，并能防止螺栓滑絲，避免待修發(fā)動(dòng)機(jī)從固定卡盤上脫落。發(fā)動(dòng)機(jī)檢修完成后，將電動(dòng)輔助提升機(jī)貨叉設(shè)置到最低位置，再將懸臂吊移動(dòng)至車頭上方，將發(fā)動(dòng)機(jī)放回原位。

5 結(jié)語(yǔ)

該新型機(jī)動(dòng)車發(fā)動(dòng)機(jī)維修輔助裝置考慮了整個(gè)檢修過程的全部運(yùn)動(dòng)，不僅使機(jī)動(dòng)車的維修過程變得簡(jiǎn)單可靠，還節(jié)約了檢修時(shí)間，提高了檢修效率。檢修過程的離地操作，也防止了土屑對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的污染，保證了檢修過程的清潔問題。從目前國(guó)內(nèi)外發(fā)動(dòng)機(jī)輔助維修裝置的研究情況來(lái)看，該裝置將會(huì)有巨大的應(yīng)用市場(chǎng)。