單缸柴油機試車線改造方案的設(shè)計與實施

傅志偉

（常柴股份有限公司，江蘇 常州　213002）

單缸柴油機試車線改造方案的設(shè)計與實施

傅志偉

（常柴股份有限公司，江蘇 常州213002）

分析了單缸柴油機試車線的現(xiàn)狀及存在問題，考慮78F系列新產(chǎn)品試車工藝的特殊性，為滿足柔性化生產(chǎn)需求，決定采用新的試車模式（空負荷磨合加短時間標(biāo)定點測試），改進后取得良好效果。考慮到振動對動力輥道軸承使用壽命的影響，對動力輥道所選型號軸承按載荷和工況進行了校核。

單缸柴油機；試車；柔性化生產(chǎn)；空負荷磨合

1　單缸柴油機試車的現(xiàn)狀分析

常柴股份有限公司單缸機廠主要從事的是單缸柴油機的生產(chǎn)，有一條1998年投入生產(chǎn)的小柴裝配一線，主要生產(chǎn)臥式R165-190等缸徑95以下的水冷小缸徑柴油機，班產(chǎn)550臺。試車線采用園盤地軌線如圖1所示，上面布置30臺HY20液壓測功機用于R系列柴油機的功率測試。主要測試標(biāo)定轉(zhuǎn)速與標(biāo)定功率，試車時間為20min。原來試車區(qū)域是敞開式的，30個液壓測功機環(huán)形布置，柴油機排氣口對著抽風(fēng)煙道，排氣噪聲大超過100dB，排煙還會漏出來，工作環(huán)境較差。

圖1　試車線照片（改造前）

隨著公司新品的開發(fā)，要求在該線上生產(chǎn)立式78F系列風(fēng)冷柴油機，根據(jù)78F系列柴油機試車工藝，起動之后需空負荷磨合20min再壓負荷5～10min，需進行油耗的測試，單個試車臺架的測試時間為30min/臺。這樣原試車線就無法滿足新品生產(chǎn)的要求。

2　改造方案及設(shè)計

由于F系列柴油機需空負荷磨合時間較長，要滿足柔性化生產(chǎn)，完成班產(chǎn)550臺78F系列風(fēng)冷柴油機需測功機50臺（含返修臺架）。如果布置50個固定測功臺架，主要存在兩大問題：一方面測試設(shè)備數(shù)量多、投入大，另一方面占地面積大、噪聲大。

對現(xiàn)有試車模式進行大膽創(chuàng)新，去除現(xiàn)有園盤試車線，改為在新增的矩形自走滾道上用帶油箱工藝托盤開空車磨合，縮短壓負荷時間。制作封閉吸風(fēng)煙道改善工作環(huán)境。用10臺電渦流測功機測標(biāo)定點負荷、油耗等，滿足F系列柴油機的測試要求，如圖2所示。

圖2　試車區(qū)平面布置圖（改造后）

（1）環(huán)形柴油機空磨合自走滾道方案的設(shè)計。設(shè)備名稱：環(huán)形自走滾道試車線。設(shè)備用途：用于空磨合柴油機的輸送。輸送對象：R系列及F系列空負荷運轉(zhuǎn)中的柴油機。生產(chǎn)節(jié)拍：本設(shè)備預(yù)設(shè)節(jié)拍 30s/臺，線速連續(xù)可調(diào)。試車流程：試車時柴油機從上線工位用平衡吊上線，將柴油機平穩(wěn)地放在托盤上并用壓板壓緊，加油加水后進入排煙室經(jīng)啟動工位啟動柴油機，如圖3所示，然后在排煙室內(nèi)試車，移出排煙室時關(guān)閉柴油機，并從五個下線工位分別下線，如圖4所示。

圖3　環(huán)形自走滾道柴油機啟動段（改造后）

圖4　環(huán)形自走滾道柴油機下線段（改造后）

試車滾道線主要結(jié)構(gòu)要求。①發(fā)動機整機放置在工藝托盤上，通過動力輥道實現(xiàn)不同工位間的傳輸，托盤可以適用于R、F系列各品種的發(fā)動機的裝夾定位壓緊。②動力輥道為鏈輪傳遞動力形式，每段長度參圖紙列表。輥道由減速電機+變頻器帶動鏈輪驅(qū)動，有效隔離試車線上的柴油機震動，傳動平穩(wěn)，噪音小，故障低。裝配線傳輸速度為2～6m/min。③輸送線設(shè)置1.5mm厚不銹鋼板（201）防護（蓋板和護板為均厚1.5mm），既防止油污，又可保護設(shè)備和操作者人身安全。④輥道高度設(shè)計按滾輪上表面650mm可調(diào)+/-20mm，裝配線的額定負荷為1500N/m。⑤滾輪、滾輪中軸采用45號鋼調(diào)質(zhì)處理，試車段滾輪包聚胺脂膠減震，其余段精磨后鍍硬鉻處理。⑥所有的功能和邏輯控制由PLC來完成。⑦試車線為矩形由直段和圓弧段組成。每段輥道采用 0.37kW/0.55kW減速電機+變頻器驅(qū)動，動力傳輸形式為國標(biāo)08A鏈條鏈輪傳動，有效隔離柴油機的振動對電機的沖擊，傳動平穩(wěn)。90°轉(zhuǎn)彎輥道安裝于試車環(huán)型線的四個角部，實現(xiàn)托盤在線上順利作90°轉(zhuǎn)彎。

（2）試車滾道線封閉抽風(fēng)煙道的設(shè)計。改造前原有R系列柴油機試車模式為敞開式環(huán)形試車臺，柴油機排氣口對著抽風(fēng)煙道，排氣噪聲大，排煙還會漏出來，工作環(huán)境較差。

改造后為封閉式抽風(fēng)煙道隔離排煙及噪聲，它由封閉通道、抽風(fēng)機和管道組成。采用厚100mm的巖棉夾芯板搭制，防火阻燃且有較好地隔音效果；以廠房的外墻作一垂直封閉面，另一垂直面用夾芯板搭制，沿整個長度方向布置一雙層玻璃行作為觀察封閉通道內(nèi)部輥道運行狀況的觀察窗；在通道的兩端設(shè)置有兩個檢修門，檢修門外框做密封條以提升關(guān)閉時的隔音效果。抽風(fēng)機布置在排煙道的上方，通道頂部每隔6m左右開設(shè)一個抽風(fēng)窗口來排煙，如圖5所示。

圖5　試車滾道線封閉抽風(fēng)煙道照片

3　柴油機試車工藝的試驗研究

進行上述試車改進后，存在柴油機在輥道上的振動問題，通過試驗研究分析振動對動力輥道輸送的影響，研究解決辦法。

（1）試驗裝置。圖6是一段做試驗的動力輥道，輥道由減速電機+變頻器帶動鏈輪驅(qū)動，有效隔離試車線上的柴油機振動，傳動平穩(wěn)，噪音小，故障低。輥道段的滾輪、滾輪中軸采用45鋼棒調(diào)質(zhì)處理、滾輪外包厚度5mm的聚胺脂膠，保證滾輪耐磨、隔振、防銹。裝配線傳輸速度為2～6m/min可調(diào)。發(fā)動機整機放置在托盤上，通過動力輥道實現(xiàn)不同工位間的傳輸，托盤可以適用于R、F系列各品種的發(fā)動機的裝載。該動力輥道可在改變速度的情況下，實現(xiàn)不同品種柴油機的模擬試驗。

圖6　動力輥道外形圖

（2）試驗試樣及流程。試驗樣件為R165、R190、186F三種柴油機，取R系列中最大的R190如圖7所示，最小的R165如圖8所示，F(xiàn)系列最大的186F（單平衡軸）具有代表性。

圖7　R190柴油機托盤

圖8　R165柴油機托盤

試驗按如下程序進行：①將托盤放上做試驗的動力輥道；②動力輥道運行；③將柴油機放上托盤固定壓緊；④柴油機加機油柴油（加水）后起動；⑤觀察柴油機在動力輥道上運行的振動情況。

（3）試驗結(jié)果分析。通過試驗對比，我們發(fā)現(xiàn)柴油機在起動后有振動的情況下，動力輥道能帶著托盤以1-5m/min的輸送速度平穩(wěn)的向前運行。采用了滾輪包膠以后，發(fā)動機振動對輸送不構(gòu)成影響，如表1所示。

表1　試驗結(jié)果列表

考慮振動對動力輥道軸承使用壽命的影響，有必要對動力輥道軸承按載荷及工作狀況進行校核。根據(jù)柴油機試車的基本狀況，托盤估重80kg，工件目前最大120kg，考慮以后新品總重按240kg估算，空磨合轉(zhuǎn)速1500r/min，對輸送線屬中等沖擊載荷。按最極端的情況托盤由2根滾筒承載（理論設(shè)計為3～4根支撐一塊托盤）則單根滾筒的載荷平均為120kg，圖9為單只滾筒受力示意圖。

圖9　滾筒受力示意圖

我們初定直徑為25mm的啞鈴形滾輪軸做滾筒進行工件輸送，啞鈴滾子外徑暫定為50mm，輸送線速度按5 m/min，計算出滾筒理論轉(zhuǎn)速為32r/min，滾筒兩端軸承選用 6205球軸承，查資料可知，其徑向額定靜載荷Co=710kg、徑向額定動負載C=1100kg，以下對該工況的軸承壽命計算。

基本額定壽命。①當(dāng)量動載荷P的計算，單個軸承徑向載荷Fr=120/2=60kg。滾筒輸送中，正常情況下軸承不受軸向力，考慮到滾筒組件的安裝誤差及柴油機的振動，為保險起見，設(shè)軸向載荷Fa=20kg。計算Fa/Co=20/710=0.03，通過機械設(shè)計手冊查表得對應(yīng)e=0.24

Fa/Fr=20/60=0.33＞e

查表得徑向系數(shù)X=0.56，軸向系數(shù)Y=1.8。

柴油機空磨合有中等沖擊，查表得沖擊載荷系數(shù)fd=2。

當(dāng)量動載荷：

②軸承90%可靠度下的基本額定壽命（小時數(shù)）計算

ε值對單列球軸承，取值為3

調(diào)整額定壽命。基本額定壽命公式已將軸承負荷對軸承壽命的影響考慮在內(nèi)，當(dāng)考慮其它影響因素對軸承壽命的影響時，ISO于1977年提出經(jīng)修訂的壽命公式如下：

式中Lna可靠度為（100-n）%時軸承的額定壽命，a1為可靠度系數(shù)，a2為材料系數(shù)，a3為使用條件系數(shù)。

可靠度系數(shù)a1的取值可參考GB/T6638-2003中給出的值：

對于90%的可靠度，a1=1

對于95%的可靠度，a1=0.62

對于96%的可靠度，a1=0.53

材料系數(shù)a2文獻推薦的參考值為：

對于常規(guī)軸承鋼，a2=1

對于真空脫氧軸承鋼，a2=3

對于真空重熔軸承鋼，a2=5

使用條件系數(shù)a3的取值與軸承的運轉(zhuǎn)條件有關(guān)。影響滾動軸承壽命的運轉(zhuǎn)條件有潤滑、載荷分布和溫度等，當(dāng)潤滑條件較好，能夠在軸承滾動接觸表面形成動壓油膜時，取a3＞1；否則取a3＜1。

根據(jù)車間現(xiàn)場較差的使用條件，軸承無防塵蓋、潤滑脂更換周期長，蒸發(fā)水可能會進入的現(xiàn)狀，查詢NSK軸承樣本，選擇0.2的較小數(shù)值。

從而，我們修正后的軸承壽命為：

結(jié)論：當(dāng)雙班生產(chǎn)，每年按4000個工作小時計算，軸承的修正后95%可靠度壽命為8年，軸承的修正后90%可靠度壽命長至10年。

4　改造后的效果及結(jié)果

該項目技改前，裝配一線不具備F系列柴油機的生產(chǎn)能力，該項目技改后具備班產(chǎn)550臺R或F系列柴油機的生產(chǎn)能力，適應(yīng)多品種生產(chǎn)的需求。試車方式的創(chuàng)新一方面較大地改善了試車工人的工作環(huán)

境，試車間的噪聲由改造前的108dB降至改造后的92dB；另一方面也大大減少了所需測功機的數(shù)量，按照原來的試車模式要滿足F系列柴油機的試車時間完成班產(chǎn)550臺大約需要測功機50臺，實際僅用了10臺，節(jié)約了300多萬元測功機的采購費用。

常柴公司自從R/F共線裝配線設(shè)計改造以后，在穩(wěn)定產(chǎn)品質(zhì)量的同時，實現(xiàn)多品種柔性化生產(chǎn)，F(xiàn)系列風(fēng)冷柴油機產(chǎn)能提升，適應(yīng)了市場的變化，為公司的發(fā)展奠定了基礎(chǔ)。

［1］邱宣懷.機械設(shè)計手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1991.

［2］李厚生.內(nèi)燃機制造工藝學(xué)［M］.北京：中國農(nóng)業(yè)機械出版社，1981.

［3］韓曉娟.不同條件下滾動軸承壽命的分析計算方法［J］.機械設(shè)計制造，2005，（9）.

Design and Implementation of Single Cylinder Diesel Trial run Transformation Plan

FU Zhi-wei
（China Changchai CO.LTD.，Changzhou，Jiangsu 213002，China）

In consideration of the commissioning process of the 78F series'new products，and the analysis of the single cylinder diesel engine test line with the status quo and existing problems，to meet the flexible production demand，decided to put the new test model to use（empty load running in plus a short time standard point test），and achieved good results after improving.Consideration to the influence of vibration on the service life of the drive roller bearing，the drive roller of the selected types of bearing according to the load and the condition of the check.

single cylinder diesel；trial run；flexible production；empty load running-in

TK427

A

2095-980X（2016）04-0038-03

2016-03-06

傅志偉，主要研究方向：柴油機設(shè)計。