農(nóng)用柴油機(jī)故障特征檢測(cè)與維修技術(shù)應(yīng)用

劉 偉

(黑龍江省農(nóng)業(yè)機(jī)械工程科學(xué)研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

現(xiàn)代農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的實(shí)施與農(nóng)業(yè)機(jī)械化密不可分，截至2020年底我國(guó)農(nóng)作物耕種收綜合機(jī)械化率達(dá)71.25%，農(nóng)業(yè)機(jī)械的先進(jìn)性已經(jīng)成為影響農(nóng)業(yè)生產(chǎn)質(zhì)量和效益的重要因素?，F(xiàn)階段使用的大部分農(nóng)業(yè)機(jī)械需要柴油機(jī)提供動(dòng)力，柴油機(jī)也與農(nóng)業(yè)機(jī)械的發(fā)展關(guān)系密切，農(nóng)用柴油機(jī)隨著農(nóng)機(jī)技術(shù)的發(fā)展也實(shí)現(xiàn)了快速發(fā)展，并與我國(guó)的農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)實(shí)現(xiàn)了更好的契合。盡管近年來(lái)汽油機(jī)和混合動(dòng)力機(jī)型也得到了快速發(fā)展，但目前來(lái)看，柴油機(jī)仍然是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)主要?jiǎng)恿C(jī)械。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程會(huì)受到自然環(huán)境、農(nóng)田環(huán)境，以及人為操作技術(shù)等多方因素影響，農(nóng)用柴油機(jī)存在一定概率會(huì)發(fā)生故障問(wèn)題，農(nóng)機(jī)使用者與維修人員通過(guò)了解柴油機(jī)故障特征，有利于對(duì)故障問(wèn)題的快速檢測(cè)與維修，進(jìn)而保障農(nóng)業(yè)機(jī)械的使用效率。

1 農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀

柴油機(jī)在我國(guó)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中應(yīng)用了較長(zhǎng)的時(shí)間，尤其是2004年以后，在《農(nóng)業(yè)機(jī)械化促進(jìn)法》的支持下，農(nóng)業(yè)機(jī)械整體實(shí)現(xiàn)了技術(shù)飛躍，農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)加強(qiáng)了與國(guó)產(chǎn)農(nóng)機(jī)的技術(shù)融合，柴油機(jī)適用范圍和產(chǎn)品種類實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)展與豐富[1]?，F(xiàn)階段使用的農(nóng)用柴油機(jī)覆蓋了8.8～150 kW(12～200馬力)的主要?jiǎng)恿^(qū)間，部分大馬力拖拉機(jī)的配套動(dòng)力超過(guò)了150 kW，以適應(yīng)更大面積農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的動(dòng)力需求。農(nóng)用柴油機(jī)進(jìn)一步結(jié)合了現(xiàn)代化柴油機(jī)的尖端技術(shù)，應(yīng)用的技術(shù)包括了可變氣門正時(shí)技術(shù)(VVT)、廢氣再循環(huán)技術(shù)(EGR)、均質(zhì)混合氣壓燃技術(shù)(HCCI)、反應(yīng)活性控制燃燒技術(shù)(RCCI)、部分預(yù)混合充量壓燃技術(shù)(PCCI)、柴油機(jī)余熱利用技術(shù)等。農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中使用的柴油機(jī)種類按照汽缸數(shù)量可分為單缸柴油機(jī)、雙缸柴油機(jī)、多缸柴油機(jī)等類型，以適應(yīng)不同體積、不同功能的農(nóng)業(yè)機(jī)械使用[2]。盡管近年來(lái)我國(guó)的農(nóng)用柴油機(jī)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了快速進(jìn)步，但與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在著一定差距。一方面柴油機(jī)的制造精度、零部件使用壽命、燃油消耗、排放特性與歐美等發(fā)達(dá)國(guó)家存在較大差距；另一方面，歐美國(guó)家在農(nóng)業(yè)機(jī)械平均動(dòng)力水平方面具有明顯優(yōu)勢(shì)，其使用的大部分農(nóng)機(jī)動(dòng)力在52 kW以上，遠(yuǎn)超我國(guó)柴油機(jī)配置水平，同時(shí)歐美國(guó)家農(nóng)用柴油機(jī)對(duì)于可變截面渦輪增壓器、電控供油、廢氣再循環(huán)等技術(shù)的普及率很高，更重視柴油機(jī)使用過(guò)程的節(jié)能環(huán)保。

2 農(nóng)用柴油機(jī)的故障特征

從我國(guó)農(nóng)用柴油機(jī)故障來(lái)看，其故障發(fā)生的特征包括以下幾點(diǎn)。

2.1 隨機(jī)性

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)機(jī)械化作業(yè)具有工作時(shí)間集中、工作量大的特點(diǎn)，農(nóng)用柴油機(jī)在短時(shí)間內(nèi)頻繁使用故障發(fā)生概率明顯增加，但總結(jié)故障發(fā)生的時(shí)間或周期規(guī)律，往往不會(huì)產(chǎn)生明顯的規(guī)律性特點(diǎn)。由于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的使用環(huán)境、操作方法、作業(yè)強(qiáng)度、氣候條件均存在較大差異性，柴油機(jī)故障發(fā)生的機(jī)械結(jié)構(gòu)和位置、發(fā)生的時(shí)間、發(fā)生的原因均具有一定隨機(jī)性，很難準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生的時(shí)間，較難根據(jù)故障發(fā)生的時(shí)間規(guī)律進(jìn)行相應(yīng)的故障處理與預(yù)防工作[3]。

2.2 可預(yù)判性

隨著柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用也積累了很多經(jīng)驗(yàn)用以預(yù)判柴油機(jī)的故障。總體來(lái)說(shuō)，柴油機(jī)的部分故障在嚴(yán)重影響使用功能之前，都會(huì)產(chǎn)生一定的異常特征，例如，異常振動(dòng)、異常高溫、排氣異常、噪音明顯、動(dòng)力下降等，當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)這些問(wèn)題時(shí)，往往表示已經(jīng)存在故障問(wèn)題，有經(jīng)驗(yàn)的駕駛員或農(nóng)機(jī)維修人員可根據(jù)以上故障特征預(yù)判可能存在的故障隱患，并提前處置，避免重大故障發(fā)生。

2.3 集中性

在對(duì)農(nóng)用柴油機(jī)長(zhǎng)期維修的過(guò)程中，可以總結(jié)出柴油機(jī)不同部位的故障率，從而統(tǒng)計(jì)出柴油機(jī)的常見(jiàn)易損件種類。表1為農(nóng)用柴油機(jī)常見(jiàn)故障部位及易損件明細(xì)?？梢?jiàn)柴油機(jī)的故障部件具有相應(yīng)的集中性特點(diǎn)。例如，配氣機(jī)構(gòu)是控制柴油機(jī)空氣供給與廢氣排出的機(jī)構(gòu)，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中，進(jìn)氣門、排氣門等結(jié)構(gòu)持續(xù)頻繁開(kāi)關(guān)，則易出現(xiàn)氣門間隙增大、挺柱磨損、凸輪磨損等問(wèn)題，可針對(duì)集中性故障提前準(zhǔn)備易損件，以備維修更換。

表1 農(nóng)用柴油機(jī)常見(jiàn)故障部位及易損件明細(xì)

2.4 復(fù)雜性

農(nóng)用柴油機(jī)包括了供油系統(tǒng)、配氣機(jī)構(gòu)、燃燒系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、控制系統(tǒng)等，各系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能都十分復(fù)雜，各個(gè)系統(tǒng)組合在一起，則構(gòu)成了更為復(fù)雜且需精密配合的柴油機(jī)整體?，F(xiàn)代化的柴油機(jī)故障不僅涉及機(jī)械結(jié)構(gòu)，還涉及電氣控制功能的維修。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生故障，對(duì)故障的判斷與檢查往往需要耗費(fèi)大量的人力與時(shí)間，故障的判斷與確定具有明顯的復(fù)雜性特征。

2.5 滯后性

從我國(guó)現(xiàn)階段的農(nóng)機(jī)使用來(lái)看，農(nóng)民對(duì)于農(nóng)用柴油機(jī)的故障初期特征并不敏感，很多農(nóng)民認(rèn)為柴油機(jī)還能使用就不需要維修，導(dǎo)致很多故障的維修具有滯后性特點(diǎn)。當(dāng)柴油機(jī)出現(xiàn)故障而送修時(shí)，常常已經(jīng)發(fā)展成為中度到重度的故障問(wèn)題，原本單一系統(tǒng)的故障問(wèn)題也可能擴(kuò)展到多個(gè)系統(tǒng)。柴油機(jī)故障的滯后性造成了維修難度和維修成本的增加。

3 農(nóng)用柴油機(jī)的故障原因

3.1 柴油機(jī)技術(shù)性問(wèn)題

一方面，由于柴油機(jī)工作原理使柴油機(jī)長(zhǎng)期在高溫高壓下運(yùn)轉(zhuǎn)，造成柴油機(jī)很多部件會(huì)不可避免的成為易損零件，例如，活塞、氣門等密封結(jié)構(gòu)，還有一部分零部件如機(jī)油過(guò)濾器和空氣濾清器也屬于易損部件，若長(zhǎng)期使用不更換，則易出現(xiàn)故障問(wèn)題；另一方面，柴油機(jī)可能受到設(shè)計(jì)不合理，加工精度不合格，裝配質(zhì)量不合理等問(wèn)題影響，造成柴油機(jī)出現(xiàn)一定的故障，這些都是柴油機(jī)產(chǎn)品結(jié)構(gòu)和技術(shù)特征決定的，在柴油機(jī)使用過(guò)程中較難避免相關(guān)故障或零件損壞的發(fā)生。

3.2 操作技術(shù)性問(wèn)題

受到農(nóng)民使用習(xí)慣的影響，在農(nóng)機(jī)使用過(guò)程中常存在操作不當(dāng)或使用不規(guī)范等問(wèn)題。例如，農(nóng)業(yè)機(jī)械長(zhǎng)時(shí)間超負(fù)荷使用、超速超載、時(shí)快時(shí)慢的駕駛等習(xí)慣會(huì)對(duì)柴油機(jī)造成嚴(yán)重的不良影響。此外不按時(shí)保養(yǎng)柴油機(jī)、忽視柴油機(jī)的異常狀態(tài)，也可能造成柴油機(jī)的早期磨損和損壞，從而引發(fā)嚴(yán)重故障。現(xiàn)階段，隨著農(nóng)機(jī)技術(shù)的不斷提升，農(nóng)業(yè)機(jī)械先進(jìn)性增強(qiáng)的同時(shí)對(duì)駕駛技能的要求也越高，我國(guó)農(nóng)民受到自身知識(shí)和能力的制約，目前駕駛操作技能提升緩慢，導(dǎo)致因?yàn)檎`操作而造成農(nóng)機(jī)損壞和故障的概率大幅提升[4]。

3.3 環(huán)境因素性故障

我國(guó)的農(nóng)田環(huán)境相對(duì)復(fù)雜，從地勢(shì)上來(lái)說(shuō)，平原地區(qū)更適合農(nóng)業(yè)機(jī)械化作業(yè)，山地、丘陵或地表不平等地區(qū)農(nóng)業(yè)機(jī)械作業(yè)環(huán)境相對(duì)惡劣，導(dǎo)致柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程還受到顛簸、受力不均、偏置等問(wèn)題影響，地區(qū)的嚴(yán)寒、酷暑、降雨、揚(yáng)塵等氣候也會(huì)提高柴油機(jī)的故障率。此外，部分地區(qū)使用地下水，也會(huì)造成冷卻系統(tǒng)水垢積聚、堵塞等問(wèn)題，影響柴油機(jī)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的正常工況，易發(fā)生故障。

3.4 檢測(cè)維修性故障

檢測(cè)與維修的不合理也會(huì)造成柴油機(jī)出現(xiàn)故障，一方面我國(guó)基層的農(nóng)機(jī)維修能力相對(duì)不足，正規(guī)的農(nóng)機(jī)維修點(diǎn)不能完全覆蓋農(nóng)機(jī)作業(yè)區(qū)，導(dǎo)致柴油機(jī)不能得到及時(shí)的維修，造成農(nóng)機(jī)故障的擴(kuò)大化；另一方面，基層地區(qū)工作條件苦，工作收益低，很難吸引足夠的高素質(zhì)、高技術(shù)人才從事維修工作，導(dǎo)致柴油機(jī)在維修過(guò)程中常出現(xiàn)檢測(cè)、分析過(guò)程不合理，故障維修過(guò)程反復(fù)拆裝，故障維修不專業(yè)，零配件的更換不符合原廠要求等問(wèn)題，導(dǎo)致柴油機(jī)故障的維修質(zhì)量不達(dá)標(biāo)，甚至出現(xiàn)在維修過(guò)程引入新的故障問(wèn)題，造成柴油機(jī)使用效率低下[5]。

4 故障檢測(cè)與維修技術(shù)

4.1 傳統(tǒng)檢測(cè)技術(shù)

農(nóng)用柴油機(jī)主要在農(nóng)村地區(qū)使用，傳統(tǒng)的故障檢測(cè)主要通過(guò)人工輔助相關(guān)的工具進(jìn)行判斷，早期的檢測(cè)以人工判斷為主，通過(guò)維修工人經(jīng)驗(yàn)判斷可能的故障位置，再結(jié)合壓力表、內(nèi)視表、拆裝工具完成復(fù)雜的檢測(cè)過(guò)程，該種方式對(duì)于故障的檢測(cè)和判斷需要耗費(fèi)較長(zhǎng)的時(shí)間。隨著技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步，人工檢測(cè)技術(shù)所能依靠的工具逐漸向智能化方向發(fā)展，人工檢測(cè)還能結(jié)合測(cè)溫儀、振動(dòng)監(jiān)測(cè)儀等提高檢測(cè)效率，近年來(lái)市場(chǎng)上還推出了可以便捷使用的多功能檢測(cè)儀(圖1)，其具備豐富的接口和多種檢測(cè)功能，能有效輔助人工進(jìn)行檢測(cè)和判斷。

圖1 柴油機(jī)故障綜合檢測(cè)儀

4.2 智能檢測(cè)技術(shù)

智能檢測(cè)技術(shù)主要指能夠替代人工進(jìn)行故障檢測(cè)和判斷的設(shè)備，包括智能檢測(cè)系統(tǒng)、檢測(cè)元件、數(shù)據(jù)庫(kù)等功能，通過(guò)振動(dòng)、溫度、噪聲、排氣、油液等多方自動(dòng)監(jiān)測(cè)實(shí)現(xiàn)對(duì)柴油機(jī)故障的綜合判斷，但現(xiàn)階段的智能檢測(cè)設(shè)備在功能上存在一定的局限性，只能完成如供油提前角、機(jī)械磨損、汽缸壓力等有限故障的判斷，不能完全覆蓋柴油機(jī)故障問(wèn)題，加之設(shè)備售價(jià)高，普及率和應(yīng)用率較低[6]。

4.3 柴油機(jī)故障維修技術(shù)

農(nóng)用柴油機(jī)的故障維修應(yīng)按照科學(xué)的流程實(shí)施，參考工藝流程如圖2所示。維修方式包括拆卸調(diào)整、局部清潔、油液更換、滲漏粘補(bǔ)、密封件更換、磨損件修復(fù)、替換件直接更換等。隨著維修技術(shù)的不斷提升，傳統(tǒng)難以維修只能更換的受損件可通過(guò)現(xiàn)代化的激光熔覆、表面噴涂等技術(shù)實(shí)現(xiàn)快速修復(fù)，有效降低了維修成本。

圖2 農(nóng)用柴油機(jī)維修工藝流程

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，農(nóng)用柴油機(jī)是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程的重要?jiǎng)恿ΡＵ?，隨著農(nóng)機(jī)保有量的持續(xù)增長(zhǎng)，柴油機(jī)所能發(fā)揮的作用也越來(lái)越大。對(duì)于使用過(guò)程中出現(xiàn)的故障問(wèn)題，農(nóng)機(jī)使用者和維修人員應(yīng)當(dāng)掌握常見(jiàn)故障的特征與原因，采取合理的檢測(cè)方式與維修技術(shù)，確保故障問(wèn)題得到合理解決，在保證柴油機(jī)功能恢復(fù)的同時(shí)避免故障的再次發(fā)生，使柴油機(jī)為農(nóng)業(yè)機(jī)械化生產(chǎn)的高效實(shí)施貢獻(xiàn)更大力量。