內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配故障的診斷措施探討

余艷玫

摘要：在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展進(jìn)程中，內(nèi)燃機(jī)在多個(gè)領(lǐng)域內(nèi)都得到了較為廣泛的普及和應(yīng)用，其內(nèi)部零件質(zhì)量和裝配技術(shù)也得到了普遍的關(guān)注和重視。但是就目前的現(xiàn)狀來看，內(nèi)燃機(jī)的零件質(zhì)量參差不齊，其裝配技術(shù)與發(fā)達(dá)國家也存在一定的差距，在應(yīng)用領(lǐng)域中存在的諸多問題對(duì)內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際運(yùn)行造成了一定的限制，需要進(jìn)一步的改進(jìn)和完善。由此在文章的闡述中主要是針對(duì)內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配技術(shù)的相關(guān)方面展開全面的分析和論述，最大程度上規(guī)避因質(zhì)量與裝配工藝的不規(guī)范所出現(xiàn)的內(nèi)燃機(jī)裝配故障，為內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行提供有效參考，同時(shí)為內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

Abstract： In the process of modern social and economic development， the internal combustion engine has been widely popularized and applied in many fields， and the quality of its internal parts and assembly technology have also received general attention and attention. However， according to the current situation， the quality of internal combustion engine parts is uneven， and its assembly technology also has a certain gap with the developed countries. Many problems in the application field have caused certain restrictions on the actual operation of internal combustion engine， which needs to be further improved and perfected. So in this article is mainly for internal combustion engine parts quality and assembly technology related aspects of the comprehensive analysis and argument， the largest extent， avoid because of the quality and specification of the assembly process of internal combustion engine assembly， for the operation of the internal combustion engine provides effective reference and lay a solid foundation for the development of internal combustion engine at the same time.

關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī);零件質(zhì)量;裝配故障

Key words： internal combustion engine;parts quality;assembly fault

中圖分類號(hào)：TH161? ?   ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）19-0139-02

0? 引言

內(nèi)燃機(jī)是一種熱力發(fā)電機(jī)，其運(yùn)動(dòng)原理是通過燃料燃燒產(chǎn)生熱能，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)熱動(dòng)向動(dòng)力的轉(zhuǎn)化。作為一種動(dòng)力機(jī)械，內(nèi)燃機(jī)在農(nóng)業(yè)、工業(yè)以及能源開發(fā)領(lǐng)域都得到了較為廣泛的應(yīng)用，并且促進(jìn)了我國工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。但是在實(shí)際運(yùn)用的過程中，無論是在運(yùn)行還是在具體的操作，內(nèi)燃機(jī)還存在諸多的問題需要進(jìn)一步的改進(jìn)和解決。其中最為關(guān)鍵的是內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配問題，因此要加強(qiáng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配工藝的重視，積極的尋求解決措施，為內(nèi)燃機(jī)的運(yùn)行和國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供有效的保障。

1? 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)與振動(dòng)特征分析

通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)、工作原理以及振動(dòng)激勵(lì)源的分析能夠充分的了解到內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)特性，從而為內(nèi)燃機(jī)故障診斷提供了理論參考。

1.1 內(nèi)燃機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理? 內(nèi)燃機(jī)屬于熱能動(dòng)力機(jī)械，包含兩大機(jī)構(gòu)和五大系統(tǒng)。兩大機(jī)構(gòu)分別是曲柄連桿機(jī)構(gòu)與配氣機(jī)構(gòu);五大系統(tǒng)包含啟動(dòng)系統(tǒng)、點(diǎn)火系統(tǒng)、燃料供給系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)和冷卻系統(tǒng)。其中曲柄連桿機(jī)構(gòu)屬于主運(yùn)動(dòng)系統(tǒng)，既是內(nèi)燃機(jī)的振動(dòng)激勵(lì)源，也起到了能量傳遞的作用。以曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)為參照內(nèi)燃機(jī)的工作過程可以分為兩種類型，分別是二沖程、四沖程。四沖程的組成如下所示：①進(jìn)氣行程。進(jìn)氣門開啟，排氣門關(guān)閉，活塞由上止點(diǎn)移向下止點(diǎn)，氣缸內(nèi)的容積逐漸增大，形成了真空度，在吸力的作用下，氣缸內(nèi)吸入混合氣體（空氣、汽油），當(dāng)活塞移向下止點(diǎn)時(shí)，進(jìn)氣門關(guān)閉，進(jìn)氣形成結(jié)束。②壓縮行程。壓縮行程是在進(jìn)氣行程結(jié)束之后，活塞通過曲軸的運(yùn)動(dòng)由下止點(diǎn)向上止點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，而此時(shí)進(jìn)氣門與排氣門均處在關(guān)閉狀況，在活塞上移的過程中混合氣體受到了壓縮，促進(jìn)了壓力和溫度的升高，到活塞到達(dá)上止點(diǎn)的時(shí)候，壓縮行程結(jié)束。③做功行程。在壓縮行程的最后，火花塞會(huì)產(chǎn)生電火花，氣缸內(nèi)混合氣體在電火花的作用下迅速的燃燒，而產(chǎn)生的高溫和高氣壓將推動(dòng)活塞由上止點(diǎn)移向下止點(diǎn)，在這個(gè)進(jìn)程中，進(jìn)氣門與排氣門仍然保持關(guān)閉的狀態(tài)，直到活塞轉(zhuǎn)移到下止點(diǎn)，做功行程結(jié)束。④排氣行程。在做工行程結(jié)束之后，排氣門被打開，在曲軸的作用下活塞再次由下止點(diǎn)移向上止點(diǎn)。廢氣也在壓力和活塞的推動(dòng)下排出氣缸。當(dāng)活塞到達(dá)上止點(diǎn)時(shí)，排氣行程結(jié)束，之后進(jìn)入到下一個(gè)循環(huán)中。

1.2 內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)激勵(lì)? 內(nèi)燃機(jī)的構(gòu)件數(shù)量較多且復(fù)雜，造成內(nèi)部的振動(dòng)激勵(lì)源呈現(xiàn)出復(fù)雜性。圖1是曲柄連桿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)與受力示意圖，其受力情況如圖1所示，內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)主要的激勵(lì)源包含兩個(gè)方面，一方面是氣缸內(nèi)燃燒的氣體壓力，另一方面是曲柄連桿機(jī)構(gòu)在運(yùn)動(dòng)時(shí)所產(chǎn)生的慣性力。

第一，氣缸內(nèi)燃燒的氣體壓力。在內(nèi)燃機(jī)運(yùn)作中，混合氣體在與電火花碰撞之后發(fā)生燃燒，從而產(chǎn)生高壓氣體，是引起機(jī)體振動(dòng)的主要激勵(lì)源。由壓縮力、氣體燃燒產(chǎn)生壓力以及壓力的高頻振蕩分量組成。氣缸內(nèi)的燃?xì)鈮毫?huì)隨著曲軸的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生周期性的變化，先是作用于活塞的頂部，之后向連桿和曲軸進(jìn)行作用，其氣體壓力表示為：

其中P代表氣缸內(nèi)的氣體壓力;P’代表曲軸箱體內(nèi)的氣體壓力;D代表活塞的直徑。

在內(nèi)燃機(jī)實(shí)際運(yùn)行的過程中，Pg會(huì)隨著曲軸的變動(dòng)發(fā)生變化，變化值為a，在四沖程內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行中，曲軸以720度為一個(gè)循環(huán)，由此氣缸內(nèi)氣體壓力的變化呈現(xiàn)周期性，是內(nèi)燃機(jī)振動(dòng)和噪聲的主要激勵(lì)源[1]。

第二，曲柄連桿機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的慣性力。在曲柄連桿機(jī)構(gòu)正常運(yùn)轉(zhuǎn)中，活塞組件與連桿小頭在氣缸內(nèi)進(jìn)行往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，由此形成了往復(fù)慣性力。將活塞組的質(zhì)量標(biāo)為Mp，連桿小頭的質(zhì)量標(biāo)為Mi，則慣性力集中總質(zhì)量為：

Mj=Mp+M1

慣性力為運(yùn)動(dòng)質(zhì)量乘以加速度，方向與加速度相反，因此曲柄連桿機(jī)構(gòu)的往復(fù)慣性力計(jì)算公式為：

其中，Pj1為一階往復(fù)慣性力，Pj2為二階往復(fù)慣性力，R為曲柄半徑，I為連桿的長(zhǎng)度。

2? 內(nèi)燃機(jī)常見診斷方法

2.1 振動(dòng)噪聲診斷? 內(nèi)燃機(jī)在實(shí)際工作狀態(tài)中其內(nèi)部零件會(huì)不斷的摩擦和碰撞，由此產(chǎn)生了振動(dòng)，而通過空氣傳播之后會(huì)形成噪聲，因此通過對(duì)噪聲的研究能夠評(píng)估分析內(nèi)燃機(jī)零件的運(yùn)行狀況，從而了解到內(nèi)燃機(jī)零件的質(zhì)量。一般來說，振動(dòng)噪聲診斷的內(nèi)容包含缸蓋振動(dòng)和噪聲信號(hào)，通過振動(dòng)噪聲的診斷能夠更為便捷的收集到所需要的數(shù)據(jù)，并且在數(shù)據(jù)收集的過程中并不會(huì)對(duì)內(nèi)燃機(jī)的工作狀態(tài)造成影響。由此振動(dòng)噪聲診斷在內(nèi)燃機(jī)診斷中運(yùn)用的較為廣泛。

2.2 性能參數(shù)診斷? 性能參數(shù)診斷方法即是對(duì)內(nèi)燃機(jī)涉及到的參數(shù)進(jìn)行觀察和分析，包含輸出功率、進(jìn)氣與排氣中壓力的變化、冷凍溫度、燃?xì)鈮毫σ约八查g時(shí)速等，通過對(duì)上述相關(guān)數(shù)據(jù)的分析能夠有效評(píng)估出內(nèi)燃機(jī)的內(nèi)部情況[2]。性能參數(shù)診斷方法能夠掌握內(nèi)燃機(jī)的性能發(fā)揮情況和實(shí)際工作狀況，便于及時(shí)的發(fā)現(xiàn)問題并解決問題。

2.3 油液診斷? 油液診斷方法即是通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)殘余的潤(rùn)滑油進(jìn)行觀察和分析，由此來把握內(nèi)燃機(jī)性能狀態(tài)的一種診斷方法。通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)殘余潤(rùn)滑油中磨損顆粒采用物理或者是化學(xué)的手段進(jìn)行分析，能夠及時(shí)有效的掌握到內(nèi)部零件的磨損狀況，進(jìn)而有效的評(píng)估內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際應(yīng)用狀況。一般來說油液分析有鐵譜法和光譜法兩種。鐵譜法主要是對(duì)內(nèi)燃機(jī)磨損部位成分、形狀及類型的分析，但是在應(yīng)用中存在較為明顯的劣勢(shì)，即對(duì)有色金屬的敏感性不高，其精準(zhǔn)性難以保障。光譜法主要是利用化學(xué)手段對(duì)內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑油進(jìn)行分析，通過對(duì)磨損元素含量的分析評(píng)估內(nèi)燃機(jī)的狀況，但是難以把握磨損的形狀和類型[3]。

3? 內(nèi)燃機(jī)故障診斷措施

3.1 故障機(jī)理分析? 內(nèi)燃機(jī)發(fā)生故障往往是由多個(gè)因素組成，因此在實(shí)際分析和研究的過程中需要找出內(nèi)燃機(jī)故障的真正原因。一般情況下，內(nèi)燃機(jī)故障機(jī)理涉及到的內(nèi)容較為豐富，范圍較為廣泛，包含動(dòng)力學(xué)、熱力學(xué)以及摩擦學(xué)等多個(gè)學(xué)科內(nèi)容，另外還涉及到數(shù)學(xué)的相關(guān)知識(shí)，因此先要對(duì)內(nèi)燃機(jī)的故障機(jī)理進(jìn)行分析。機(jī)理分析最關(guān)鍵的目的是為了明確機(jī)械在實(shí)際運(yùn)行和工作過程中的狀態(tài)，進(jìn)而建立數(shù)學(xué)模型，以此來創(chuàng)建內(nèi)燃機(jī)的機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)，將其作為內(nèi)燃機(jī)故障診斷的有效參考和根本依據(jù)。通過對(duì)故障機(jī)理的分析，能夠在較短的時(shí)間內(nèi)發(fā)現(xiàn)問題產(chǎn)生的根源和類型，從而采取有效的措施進(jìn)行補(bǔ)救。

3.2 狀態(tài)信號(hào)收集? 在內(nèi)燃機(jī)故障診斷的過程中通過狀態(tài)信號(hào)的收集能夠進(jìn)一步的掌握內(nèi)燃機(jī)的實(shí)際運(yùn)行狀態(tài)，提高判斷能力，從而為內(nèi)燃機(jī)故障診斷提供有效的保障。一般來說，狀態(tài)信號(hào)收集的內(nèi)容包含噪聲、轉(zhuǎn)速、壓力、振動(dòng)以及溫度等等多個(gè)方面，在內(nèi)燃機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，通過對(duì)內(nèi)燃機(jī)本身機(jī)體所發(fā)出的故障信息的及時(shí)收集，并對(duì)信號(hào)反饋的數(shù)據(jù)信息進(jìn)行深入的分析，能夠掌握內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)中的基本信息狀況，從而采取有效的措施。

3.3 故障分析診斷? 在內(nèi)燃機(jī)發(fā)生故障的時(shí)候，第一時(shí)間要完成內(nèi)燃機(jī)特征信息的收集，通過對(duì)故障的反饋分析，進(jìn)而判斷出內(nèi)燃機(jī)系統(tǒng)發(fā)生故障的根本原因。在特征信息收集的過程中，要通過多方面途徑尋求內(nèi)燃機(jī)故障的來源。隨著現(xiàn)代工業(yè)技術(shù)的快速發(fā)展和多媒體技術(shù)在工業(yè)生產(chǎn)領(lǐng)域中的廣泛應(yīng)用，其充分的發(fā)揮出自身的優(yōu)勢(shì)取得了良好的成效。因此在內(nèi)燃機(jī)裝配故障分析和診斷的過程中也可以利用較為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來作為診斷的主要方法。以人工智能診斷為代表成為了當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)故障診斷的主流診斷方法。通過人工智能診斷技術(shù)確定內(nèi)燃機(jī)故障發(fā)生的實(shí)際原因之后，要采取有效的方法及時(shí)的進(jìn)行維修，而在維修工作實(shí)際開展的過程中要根據(jù)內(nèi)燃機(jī)故障的類型、部位、性質(zhì)以及程度做出合理的判斷和安排，并做好相關(guān)的維修記錄工作。與此同時(shí)，在維修工作與維修記錄工作開展完成之后，要及時(shí)向維修診斷中心進(jìn)行反饋，從而實(shí)現(xiàn)規(guī)范化的管理，也為內(nèi)燃機(jī)整體零件質(zhì)量和裝配工藝的提升提供有效的保障，奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

4? 總結(jié)

綜上所述，在現(xiàn)代社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展與科學(xué)技術(shù)水平不斷提升的時(shí)代背景下，內(nèi)燃機(jī)將會(huì)是未來工業(yè)領(lǐng)域、農(nóng)業(yè)領(lǐng)域中的大型機(jī)械發(fā)展中非常重要的組成部分，在機(jī)械運(yùn)行中發(fā)揮著關(guān)鍵性作用，因此現(xiàn)階段要加強(qiáng)對(duì)內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配工藝的重視程度，針對(duì)當(dāng)前內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配工藝中存在的問題深入的研究和分析，提出有效的解決措施。鑒于此在文章的介紹中分析了內(nèi)燃機(jī)的結(jié)構(gòu)與主要的作用機(jī)理，為內(nèi)燃機(jī)故障的診斷提供了有效參考，并在此基礎(chǔ)上分析了現(xiàn)階段常見的診斷方法，為內(nèi)燃機(jī)零件質(zhì)量與裝配故障的診斷提出了有效策略，旨在能夠不斷的提升內(nèi)燃機(jī)的使用性能，強(qiáng)化其在工農(nóng)業(yè)中的廣泛應(yīng)用，同時(shí)為我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展提供強(qiáng)有力的保障，奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

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