新型機動車發動機維修輔助裝置設計研究

王鵬飛，宋林，趙晏林，張學剛，廖映華

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

0 引言

發動機是機動車的重要部分[1-3]，機動車的一些基本性能都直接或間接與發動機的性能相關，發動機的故障占全車的故障比例最高[4-5]。發動機損壞時一旦維修操作不當或者缺乏維修，輕則會導致發動機工作異常、油耗高，重則導致發動機直接報廢，所以發動機故障的維修在機動車維修中最為重要。進而導致發動機的維修工作也越來越受到關注[6-7]。

1 常見的發動機故障

1）啟停故障。發動機發生啟停故障是非常常見的故障，啟停故障的直接表現為機動車無法正常啟動或者正常行駛過程中機動車發動機突然停止。前者只是影響機動車的正常使用而后者則非常危險，極易引發交通事故。因此機動車發動機啟停故障受到了人們的廣泛關注。從實際反饋來看，與其他故障相比，發動機啟停系統出現故障的概率相對較高，具體原因和表現如表1所示。

表1 發動機啟停故障原因及表現

2）噪聲故障。正常情況下，機動車發動機正常工作時因為其零部件的運轉會有極小的聲響，而且這種聲響往往頻率較低、有規律，將這類聲音稱之為正常聲音。因此往往出現頻率高、響度大等特點的聲音稱之為異常聲響，也就是噪聲。一旦機動車發動機出現噪聲這種現象，機動車使用者必須立刻引起關注，因為這類噪聲往往是發動機零部件出現松動或者供油不足引起的。為了避免供油不足和發動機零部件松動引發更嚴重的故障，使用者應該立即對發動機進行檢修，否則必定造成更大的損失。

3）異常溫升故障。發動機啟動之后，由于發動機工作中能量的轉化，溫度會慢慢升高，加上機動車行駛過程中促進散熱，會使得發動機溫度維持在一個穩定的值，但是一旦溫度在正常工作中超過了該值，那么就認為發動機產生了異常溫升故障。產生異常溫升故障的通常原因如表2所示。

表2 發動機異常溫升故障原因及表現

4）油耗異常故障。機動車經過一段時間的使用，通常油耗會慢慢增加，如果油耗增加過于明顯，必須對發動機進行檢修，因為產生油耗明顯增加的原因往往非常危險。發動機油耗增加往往是發動機內部燃油不能充分地與空氣進行接觸，這種情況下將產生大量的一氧化碳有害氣體，大部分隨著尾氣管排入空氣，但是部分將進入車內，不管是行人還是車內人員長時間吸入將對身體造成難以想象的危害。

5）發動機潤滑系統故障。對于高速運轉的發動機來說，發動機潤滑系統是非常重要的，常見的發動機潤滑系統故障原因及表現如表3所示。

表3 發動機潤滑油系統故障原因及表現

目前國內外對于汽車發動機維修輔助工裝設備在技術和設備改造方面都進展不明顯[8-10]，我國現在各地的機動車修配廠在修理或者檢測機動車發動機時，一般都采用吊架或人工把發動機從車體吊出，或人力將發動機抬到一個固定的檢修工作臺面進行檢測和維修，并且在檢測和維修過程中往往需要對發動機進行翻轉，因發動機體積和質量較大，因此該檢修過程效率較低，工作人員往往會感覺非常吃力，增大發生人身危險的可能。

本文設計出一種新型機動車發動機維修輔助裝置，該裝置由發動機懸臂吊吊裝機構、可360°旋轉發動機固定卡盤、電動輔助提升機構組成，與現有維修裝置相比具有操作簡單、安全可靠、省時、省力、高效、清潔等優點，在機動車發動機維修領域有廣泛的應用前景。

2 總體設計

該裝置的設計旨在解決機動車檢修過程中，從發動機拆卸下來的吊起、檢修過程中的翻轉、檢修完畢后的吊回全過程問題。裝置立體結構示意圖和裝置總體三維模型如圖1所示。針對垂直方向的移動問題，本文采用小型懸臂吊來實現其功能，基本組成包括減速電動機、立柱、旋轉臂、支撐臂、環鏈電動葫蘆等；水平方向的移動功能采用手推式移動小車實現；旋轉功能利用液壓升降臺將發動機移動到固定卡盤位置，固定發動機后降低升降臺，利用減速器將手輪旋轉傳遞給發動機以實現發動機的旋轉，其主要組成包括手輪、減速器、發動機固定卡盤、電動輔助提升裝置。

圖1 裝置立體結構示意圖和裝置總體三維模型圖

3 關鍵零部件設計

3.1 懸臂吊裝置

將發動機從機動車機箱吊出和發動機檢修完畢后的吊回工作都需要懸臂吊裝置完成，本文設計了如圖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分別如表4和表5所示。在立柱上焊接2個加強筋，加強筋和工字鋼連接處有圓錐滾子軸承，其型號如表6所示，其作用是保證電葫蘆可實現沿著立柱周向的旋轉運動。

表4 選用的電葫蘆參數表

表5 20a型工字鋼參數

圖2 懸臂吊裝置三維模型圖

3.2 電動輔助提升裝置

利用懸臂吊裝置將發動機從機動車機箱或者其他地方移動到操作臺后，需要將發動機提升到指定位置高度便于固定盤裝夾，以及旋轉后需要的輔助支撐。本文考慮到提升高度和發動機放置的方便，采用叉車式輔助提升裝置，如圖3所示。優點在于操作簡單，便于發動機不同位置旋轉后的支撐和發動機內部機油的排放。

圖3 電動輔助提升機構三維模型圖

3.3 360°旋轉裝置

發動機的檢修過程中需要被翻轉，并且考慮到發動機清潔問題，設計了圖4所示的360°旋轉裝置，發動機固定卡盤由卡盤方立柱、旋轉手輪、發動機卡盤和手動旋轉減速機組成；手動旋轉減速機安裝在卡盤方立柱的內腔，手動旋轉減速機的旋轉軸與可360°旋轉發動機固定卡盤連接，可360°旋轉發動機固定卡盤上設置有發動機固定槽。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 旋轉裝置三維模型圖

圖5 卡盤6和力臂7連接結構示意圖

4 實施方式

如圖1（a）所示，首先通過電動輔助提升機構將貨叉12設置到最低位置，將發動機懸臂吊吊裝機構移動至待修機動車車頭的上方，吊起已經拆卸下來的發動機，再與電動輔助提升機構配合將發動機移動至可360°旋轉發動機固定卡盤處，發動機固定卡盤6上設有發動機固定槽，通過力臂7和螺栓將發動機固定在發動機固定卡盤6上。然后摘掉懸臂吊鉤，通過旋轉手輪5帶動發動機固定卡盤6可使發動機360°范圍內隨意旋轉，便于對發動機檢修。每次旋轉之后都需將貨叉12移動至待修發動機的下端面承重，來減少減速機旋轉軸的受力，延長減速機旋轉軸的使用壽命，并能防止螺栓滑絲，避免待修發動機從固定卡盤上脫落。發動機檢修完成后，將電動輔助提升機貨叉設置到最低位置，再將懸臂吊移動至車頭上方，將發動機放回原位。

5 結語

該新型機動車發動機維修輔助裝置考慮了整個檢修過程的全部運動，不僅使機動車的維修過程變得簡單可靠，還節約了檢修時間，提高了檢修效率。檢修過程的離地操作，也防止了土屑對發動機的污染，保證了檢修過程的清潔問題。從目前國內外發動機輔助維修裝置的研究情況來看，該裝置將會有巨大的應用市場。