發(fā)動機前端輪系的故障分析

文/上海 李楠 王東

發(fā)動機前端輪系主要是指曲軸扭轉(zhuǎn)減振器將曲軸輸出的扭矩，經(jīng)皮帶輸送到發(fā)動機前端各部件(圖1)，并驅(qū)動這些部件正常工作。

1.維修中遇到的主要故障現(xiàn)象

前端輪系在售后維修中主要存在的故障現(xiàn)象有：皮帶輪異響、傳動皮帶打滑、傳動皮帶抖動等。

前端輪系處于發(fā)動機艙內(nèi)，引起的故障現(xiàn)象極易引起駕駛員的恐慌。前端輪系皮帶輪異響，是由傳動皮帶和皮帶輪之間非正常摩擦和皮帶輪軸承摩擦產(chǎn)生。傳動皮帶打滑故障，是由于皮帶輪的轉(zhuǎn)速和傳動皮帶的運動速度不一致，而產(chǎn)生的扭矩無法正常傳遞的現(xiàn)象。一般傳動皮帶抖動故障是由于兩個皮帶輪之間的皮帶上下跳動較大，而過大的跳動會造成傳動皮帶在傳動過程中碰到其它部件或傳動皮帶從皮帶輪上跳出的現(xiàn)象，也容易導致異響的產(chǎn)生。

2.故障診斷及排除

(1)皮帶輪異響

針對前端輪系異響的診斷，應仔細傾聽異響聲音，盡可能的用擬聲詞表達出來，并且錄音。同時，記錄發(fā)動的產(chǎn)生異響時各種詳細信息，例如發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機機油溫度和冷卻液溫度、負荷條件等。按照如圖2所示的步驟，進一步查找異響原因。將傳動皮帶取下，啟動發(fā)動機，確認該異響是否存在。若異響仍然存在，則該異響不是來自附件系統(tǒng)，再進行其他問題排故；若異響消失，則異響來自前端輪系。將傳動皮帶裝好，啟動發(fā)動機，在異響出現(xiàn)的時候，向皮帶內(nèi)側(cè)噴水。若異響消失或減輕，則異響是由前端輪系產(chǎn)生；若異響聲音變大，則異響是由傳動皮帶打滑引起；若異響聲音無明顯變化，則異響來自前端輪系中的零件。

(2)傳動皮帶打滑

一般傳動皮帶打滑時，會發(fā)出“吱吱”的嘯叫聲。同時，記錄發(fā)動的產(chǎn)生異響時各種詳細信息，包括：發(fā)動機轉(zhuǎn)速、發(fā)動機機油溫度、冷卻液溫度、負荷條件等。在前端輪系傳動皮帶內(nèi)側(cè)噴水，若異響聲音變大，則可以判斷異響是由傳動皮帶打滑引起。

(3)傳動皮帶抖動過大

傳動皮帶抖動過大，傳動皮帶容易與附近其它零件產(chǎn)生干涉，加劇皮帶和其它零件的磨損，極端情況下也可能會使傳動皮帶跳出皮帶輪，使整個前端輪系癱瘓。打開發(fā)動機艙，站在前端輪系平行的位置，在發(fā)動機運轉(zhuǎn)時，觀察發(fā)動機前端輪系，觀察是哪一個部件出現(xiàn)跳動的現(xiàn)象。關(guān)閉發(fā)動機，將傳動皮帶拆下，對每一個皮帶輪進行轉(zhuǎn)動，觀察它的跳動情況。

3.前端輪系故障分析

(1)皮帶輪異響

發(fā)動機前端輪系皮帶輪異響，主要有以下幾個原因：

①張緊器皮帶輪表面或傳動皮帶表面有類似泥沙粉末之類的污物存在。

②張緊器主體內(nèi)有油狀物質(zhì)，如果油狀物質(zhì)外泄將會導致潤滑失效(圖3)，產(chǎn)生異響。

③惰輪或張緊器皮帶輪的軸承有卡滯情況。這是由于軸承潤滑不充分而出現(xiàn)了非正常的摩擦現(xiàn)象。軸承輕微的漏脂不會影響正常使用，但是長時間缺少潤滑之后，便會加快零件之間的磨損，造成異響。

④前端輪系皮帶輪表面出現(xiàn)顆粒狀物質(zhì)，如圖4所示。這是由于傳動皮帶在運動過程中，皮帶的碎屑掉落到前端輪系皮帶輪的表面黏附在上面形成。遇到這種情況我們可以用小刀直接刮去，不會影響它的功能，也不會引起異響。

(2)傳動皮帶打滑

發(fā)動機前端輪系出現(xiàn)傳動皮帶打滑，主要有以下幾點原因造成：

①皮帶的張緊力不夠，導致傳動皮帶與皮帶輪之間的摩擦力變小，出現(xiàn)皮帶打滑的現(xiàn)象。遇到這種現(xiàn)象，應該適當增加張緊輪提供的張緊力，避免出現(xiàn)皮帶打滑。當然張緊力也不應過大，過大的張緊力會導致皮帶磨損過快，以及皮帶輪軸承過早的損壞，影響整個輪系的壽命。

②發(fā)動機皮帶的楔數(shù)太少，傳動皮帶與皮帶輪之間的摩擦力小，導致傳動皮帶打滑的現(xiàn)象出現(xiàn)。

③皮帶輪包角較小，傳動皮帶與皮帶輪接觸面較小，也可導致傳動皮帶打滑現(xiàn)象的出現(xiàn)。表1為不同皮帶輪的推薦包角角度。

④傳動皮帶上沾有污物導致皮帶出現(xiàn)打滑的情況，這種情況可以通過清潔去除皮帶輪上的污物或更換新的皮帶，可解決打滑現(xiàn)象。

⑤附件載荷過大，導致傳動皮帶打滑現(xiàn)象。遇到這種情況要考慮所驅(qū)動附件超過載荷的原因，如制冷系統(tǒng)散熱不良或制冷劑過量、發(fā)電機軸承潤滑不良、轉(zhuǎn)向機轉(zhuǎn)向角過大等問題。

(3)傳動皮帶抖動過大

造成傳動皮帶抖動過大的原因主要有以下幾點：

①相鄰兩個皮帶輪的中心距過大，導致傳動皮帶跨度較大。一般來說傳動皮帶的跨度以不超過300mm為宜，且傳動皮帶雙邊抖動量應盡量控制在傳動皮帶跨度的10%以內(nèi)。布置輪系時應盡量避免傳動皮帶跨度過大的情況發(fā)生，實在不能避免時，應考慮在兩個中心較大的帶輪之間布置一個惰輪，以降低傳動皮帶抖動過大的風險發(fā)生。

表1 不同皮帶輪的推薦包角角度

②整個前端輪系的張緊力較小，會造成傳動皮帶抖動較大。對于此類情況，可以通過增加皮帶張緊器的張力便可以避免。發(fā)動機運行一段時間后，傳動皮帶會有一定的延伸，張緊力也會相應的變小，可能會出現(xiàn)皮帶抖動過大的情況。為避免因張力不足造成的抖動，要使用最長皮帶(皮帶運行一段時間以后拉伸最長的情況)和皮帶張緊器最小張力情況下進行測試，以確定在最惡劣情況下是否會產(chǎn)生打滑和傳動皮帶抖動過大的情況發(fā)生。

③前端輪系的振動與發(fā)動機做功的振動形成共振，造成傳動皮帶抖動過大。當發(fā)動機一個缸點處于做功行程，燃燒氣體產(chǎn)生的能量對活塞的沖擊，形成振動。如果對其振幅進行測量，我們會發(fā)現(xiàn)如圖5所示的變化。發(fā)動機的這種振動頻率接近于發(fā)動機怠速時的系統(tǒng)頻率，因此在診斷前端輪系故障時需要測量發(fā)動機怠速產(chǎn)生的振動頻率。一般來說前端輪系的頻率應該低于發(fā)動機怠速時頻率，這樣就可以避免在發(fā)動機啟動以后產(chǎn)生共振的情況發(fā)生。如果前端輪系各部件布置的位置無法調(diào)整時，一般通過改變傳動皮帶的線繩材料(如將Polyester線繩材料的皮帶改為Aramid線繩的皮帶)或調(diào)整皮帶張緊器的張力就能解決由共振引起的抖動過大問題。

4.結(jié)論

以上是對發(fā)動機前端輪系出現(xiàn)的常見的三種故障現(xiàn)象的原因分析、診斷及排除。前端輪系看似簡單，但由于其通過傳動皮帶連接了許多運動件，其動態(tài)工況很難模擬，給故障的診斷與排除帶來困難。只有在實踐過程中不斷摸索和總結(jié)相關(guān)經(jīng)驗，才能快速排除發(fā)動機前端輪系的故障。