礦用汽車發(fā)動機的預測性維修

原文卿+高耀東

摘 要：在惡劣的工作環(huán)境下，礦山機械設備極容易出現(xiàn)各種設備故障問題。我國一直以來都在嘗試制造和引進先進的礦山機械，先進的設備維護技術，從而為企業(yè)節(jié)約成本提供有力保障。但目前國內在相關機械的制造與維護方面，仍然與西方發(fā)達國家存在著較大差距，往往出現(xiàn)使用壽命較短，開采效率較低等一系列問題。而預測性維修卻是能很好的解決這些問題。因此有必要及時對現(xiàn)有礦山機械設備的發(fā)展研究進行反省，努力提高機械設備質量，繼續(xù)在制造和維護方面進行創(chuàng)新，從而更好地促進我國礦山開采行業(yè)的發(fā)展。

關鍵詞：設備故障；發(fā)動機；預測性維修

中圖分類號：U472 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2018）01-0086-02

礦用自卸汽車發(fā)動機預測性維修，便是利用預測性維修原理，定期對發(fā)動機各項指標進行化驗時時監(jiān)測發(fā)動機各項指標變化從而確定什么時候進行維修，預測性維修能很好解決礦山汽車維修成本高昂，問題處理困難等問題，能夠更好的發(fā)展綠色礦山的作用。

1 探索預測性維修背景

一定的人類工程技術經(jīng)濟活動作用在一定的地質環(huán)境中，會產生特定的地質環(huán)境問題。礦山機械作為礦物資源開采中的重要設備，在我國礦產開發(fā)中起著重要的作用。在惡劣的工作環(huán)境下，礦山機械設備極容易出現(xiàn)各種設備故障問題。我國一直以來都在嘗試制造和引進先進的礦山機械，先進的設備維護技術，從而為企業(yè)節(jié)約成本提供有力支持。我國大部分礦山企業(yè)對于機械的維護方面仍與西方有很大的差距，這使得我們在礦山的開采設備維護修理上有諸多困難，因此造成了成本高昂的問題。因此，有必要及時對現(xiàn)有礦山機械設備的發(fā)展研究進行反省，在制造和維護方面探索新的出路，從而更好地促進我國礦山開采行業(yè)的發(fā)展。

我國礦山機械設備維護常出現(xiàn)的問題：

（1）設備作業(yè)環(huán)境惡劣。礦山自卸汽車是主要用于礦區(qū)和工地的自卸汽車，簡稱礦用汽車。在日常工作時，由于作業(yè)條件惡劣路面、坡道等各種因素，導致運礦汽車產生較多故障，對發(fā)動機在工況下工作產生極大的挑戰(zhàn)，極易發(fā)生故障。因此需要加強對發(fā)動機的日常維護、保養(yǎng)的要求，保證發(fā)動機的正常運行。

（2）維護工作困難繁瑣。而相關維護方面呢又缺乏一整套完善的嚴謹?shù)木S修保養(yǎng)機制，和先進的維修保養(yǎng)辦法，因此很難提高相關的開采效率，在維修人員以及機械設備上面造成很大的浪費。

2 預測性維修的目的和意義

礦山作業(yè)條件惡劣，因此導致運礦汽車故障多，而發(fā)動機作為礦山重型礦用自卸汽車的“心臟”，一旦出現(xiàn)故障，就會影響運礦汽車的正常生產作業(yè)。如果運礦車輛在生產作業(yè)過程中發(fā)動機發(fā)生損壞，會使車輛因此停產，并且影響其他車輛及電鏟的正常生產。

我國對于發(fā)動機研究起步較國外晚，并且缺乏發(fā)動機故障預測性維修的相關系統(tǒng)性方案。如今電控柴油機的種類豐富多樣，不同的電控柴油機，不能啟動或是啟動難就會有不同的原因，但發(fā)動機的許多故障現(xiàn)象和造成故障的原因基本上是相同的。發(fā)動機大修的標志就包括：（1）功率顯著下降，柴油機發(fā)出的最大功率達不到標定功率的75%，燃油消耗率顯著增加，排氣冒黑煙，排氣的有害排放物增加，而且供油系統(tǒng)、配合系統(tǒng)及傳動系統(tǒng)有關部件經(jīng)過一般性調試、維修保養(yǎng)后效果仍不明顯。（2）由于機油燒損，機油消耗率顯著增高。（3）曲軸箱竄氣量增大。（4）柴油機起動困難，停機后，在水溫為60-70℃的情況下，起動轉速下柴油機不能順利起動。（5）噪聲和振動增大，在柴油機運轉到正常溫度后仍有嚴重的異響。

研究發(fā)動機各部件之間的相互作用、影響，探索因作業(yè)環(huán)境、作業(yè)方式對發(fā)動機的磨損影響，因零件質量或安裝會對發(fā)動機部件造成的加速磨損，通過這些各種數(shù)據(jù)的結合，對探索車輛發(fā)動機的預測維修有著重要的意義。

3 礦山重型礦用自卸汽車發(fā)動機的預測性維修概述

預測性維修（Predictive Maintenance，簡稱PdM）是以狀態(tài)為依據(jù)（Condition Based）的維修，在機器運行時，對它的主要（或需要）部位進行定期（或連續(xù)）的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，判定裝備所處的狀態(tài)，預測裝備狀態(tài)未來的發(fā)展趨勢，依據(jù)裝備的狀態(tài)發(fā)展趨勢和可能的故障模式，預先制定預測性維修計劃，確定機器應該修理的時間、內容、方式和必需的技術和物資支持。預測性維修集裝備狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、故障（狀態(tài)）預測、維修決策支持和維修活動于一體，是一種新興的維修方式。

預測性維修能做到時時的狀態(tài)監(jiān)測，和預測故障發(fā)生位置以及故障發(fā)生大概時間根據(jù)其監(jiān)測報告和預測故障報告查明裝備有無狀態(tài)異常或故障趨勢，再適時地安排維修。預測性維修將狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷、狀態(tài)預測和維修決策多位合一體，狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷是基礎，狀態(tài)預測是重點，維修決策得出最終的維修活動要求。

我國礦用自卸汽車發(fā)動機的維修仍然停留在傳統(tǒng)得幾種維修方法，一般多使用計劃預防修理，即檢查、保養(yǎng)、防護、周期性修理制度。在設備運行過程中，相當多設備部件故障的發(fā)生是無規(guī)律的，因而采用定時維修方法，容易對設備的修理發(fā)生過剩修理或欠修現(xiàn)象，造成停機損失或修理費用的增加。像白云鄂博礦山大型自卸車的維修便是以傳統(tǒng)得修復性維修和預防性維修，沒有引用先進得檢測技術和維修方案，也沒有將計算機應用進設備的維修與維護中去。

礦用自卸汽車發(fā)動機預測性維修，便是利用預測性維修原理，定期化驗發(fā)動機所用的潤滑油，以前可能每三個月需更換一回潤滑油，而通過化驗潤滑油，可能推遲更換用油時間。并且能根據(jù)使用后油中含有的成分預測出發(fā)動機可能出現(xiàn)的問題。

4 如何對礦用自卸汽車發(fā)動機進行預測性維修

4.1 發(fā)動機故障進行統(tǒng)計、分析

對發(fā)動機故障部件進行分析，找出故障部件相互間的影響和受力分析。研究運行中零件磨損過大或損壞時的零件工作和相互影響情況。

4.2 對礦用汽車作業(yè)環(huán)境進行分析endprint

礦用汽車的日常作業(yè)環(huán)境，如采場的灰塵，溫度會對發(fā)動機各部件的磨損造成不同程度影響；運礦汽車其他各部件的運行好壞也會對發(fā)動機的工作磨損造成不同程度的影響。

4.3 對K2000E發(fā)動機上CENSE 系統(tǒng)數(shù)據(jù)的分析

對發(fā)生故障時K2000E發(fā)動機上用于自動檢測和維護發(fā)動機的電子控制系統(tǒng)CENSE系統(tǒng)中包括燃油壓力、溫度傳感器機油壓力、溫度傳感器；各缸壓力、溫度傳感器；排氣溫度傳感器、曲軸轉速傳感器；冷卻液壓力、溫度傳感器；及各種液體水位傳感器所記錄的各項數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。

4.4 對潤滑油品質的分析

通過美國OSA（On-Site Analysis） 公司生產的潤滑油品質分析及發(fā)動機等回轉設備狀態(tài)監(jiān)測系統(tǒng)Motorcheck，利用其元素分析、紅外光譜分析、污染等級分析和粘度分析等功能，發(fā)動機發(fā)生故障時的潤滑油進行檢測分析，根據(jù)潤滑油中所含各種元素如鉀，鈉，鋅，磷，鋇，鈣，鎂，硼，硅，釩，鐵的情況，對發(fā)動機故障進行分析。

4.5 發(fā)動機故障現(xiàn)象和故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計相結合

通過將發(fā)動機故障部件故障現(xiàn)象與發(fā)動機故障時的各項檢測數(shù)據(jù)相結合，分析不同的故障，發(fā)動機的各部部件的工作狀態(tài)及相互影響，導致發(fā)動機的各種傳感器的監(jiān)測數(shù)據(jù)會出現(xiàn)哪些異常，發(fā)動機潤滑油的哪些元素成分會出現(xiàn)異常超高，將這些結合在一起進行系統(tǒng)的統(tǒng)計、分析，并進行分類。逐步掌握某些零部件的運行規(guī)律，摸索出其劣化趨勢。

4.6 發(fā)動機的預測性維修

通過據(jù)設備的日常點檢、定期檢查（專業(yè)點檢）、狀態(tài)監(jiān)測技術和故障診斷技術提供的各種信息，將從現(xiàn)場收集（或自動采集）來的發(fā)動機的狀態(tài)監(jiān)測數(shù)據(jù)和定期發(fā)動機潤滑油的油液檢測數(shù)據(jù)輸入（或傳入）計算機，將這些數(shù)據(jù)與發(fā)動機故障時的各項檢測數(shù)據(jù)結合得到的結論進行對比分析，判斷發(fā)動機的運行狀態(tài)及磨損情況，來做好發(fā)動機的預測性維修，使發(fā)動機的修理周期及修理內容更切合實際的需要，從而相對減少設備的停機損失，節(jié)約設備的維修費用，保證設備的高效運行狀態(tài)。

5 結語

對于礦山汽車發(fā)動機的研究，前輩們已經(jīng)做了大量的基礎工作，包括理論分析，力學計算，仿真模擬、故障分析等方式，給現(xiàn)有的研究奠定了堅實的基礎。通過日常工作學習，學習到大量的專業(yè)技術知識。通過故障統(tǒng)計、分析與現(xiàn)實設備運行中故障部件的磨損情況對比，與傳感檢測系統(tǒng)與潤滑油的定期化驗檢測相結合，逐步掌握某些零部件的運行規(guī)律，甚至可以逐漸摸索出其劣化趨勢，做好設備的預測性維修，使發(fā)動機的修理周期及修理內容更切合實際的需要，從而相對減少設備的停機損失，為節(jié)約設備的維修費用，保證設備處于高效運行狀態(tài)提供了有力的依據(jù)。

參考文獻

[1]宋立.礦用汽車結構與技術發(fā)展最新動態(tài)[J].礦用汽車，2015，（4）：3-9.

[2]冶金工業(yè)部礦山司.礦用汽車管理手冊[M].東南大學出版社，1991.

[3]戴全春，趙建平.柴油機活塞溫度場和耦合應力計算[J].柴油機，2012，（7）：39-43.

[4]馬慶鎮(zhèn)，姜樹李，郭晨海，等.基于有限元方法的YZ4DF柴油機氣缸套變形分析研究[J].內燃機工程，2008，29（4）：59-62.

[5]畢玉華，申立中，雷基林 ，等.缸套預緊變形及結構影響因素研究[J].內燃機工程，2013，（5）：62-68.

[6]鄭文緯，吳克堅.機械原理[M].北京：高等教育出版社，1997.

[7]楊家軍.機械系統(tǒng)創(chuàng)新設計[M].武漢：華中科技大學出版社，2000.

[8]李學志.計算機輔助設計與繪圖[M].北京：清華大學出版社，2007.

[9]顏鴻森.姚燕安.王玉新等譯.機構裝置的創(chuàng)造性設計（creative design of mechanical devices）[M].北京：機械工業(yè)出版社，2002.

[10]鄒慧君.機械運動方案設計手冊[M].上海：上海交通大學出版社，1994.

[11]王世剛.張春宜.徐起賀.機械設計實踐[M].哈爾濱：哈爾濱工程大學出版社，2001.

[12][美]厄兒德曼.桑多爾著.機構設計——分析與綜合.第一卷（1992），第二卷（1993）.莊細榮等譯.北京：高等教育出版社，1994.

[13]劉崢.汽車發(fā)動機原理書籍匯總[M].北京：清華大學出版社，2011.

[14]溫建民.Pro/E wildfire5.0三維設計基礎與工程范例[M].清華大學出版社，2008

[15]高耀東，張玉寶等.有限元理論及ANSYS應用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2016.

[16]黃長義，嚴普強.機械工程測試技術基礎[M].北京：機械工業(yè)出版社，2001.

[17]陳家瑞.汽車構造下冊（第3版）[M].北京：人民交出版社，1994.150-227.

[18]陳家瑞.汽車構造[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009，（2）.

[19]徐元強.汽車發(fā)動機的常見故障[M].北京：電子工業(yè)出版社，2007，（5）.

[20]閔永軍，萬茂松.汽車發(fā)動機維護與保養(yǎng)[M].北京：高等教育出版社，2004，（7）.endprint