沈阳航天三菱发动机制造有限公司 沈阳市/辽宁省 (110179)
摘 要
研究目的：平衡轴是用来平衡和减少发动机的振动，从而实现降低发动机噪音、延长使用寿命、提升驾乘者舒适性。所谓平衡轴技术其实就是一个装有偏心重块并随曲轴同步旋转的轴，利用偏心重块所产生的反向振动力，使发动机获得良好的平衡效果，降低发动机振动，在4G6型发动机采用后，销量一直良好。平衡轴衬瓦压装的质量直接决定了平衡轴的成功与否；衬瓦压装质量决定于平衡轴孔和衬瓦配合及压入力。
据质管部门统计：发动机平衡轴故障问题中，因衬瓦压装产生问题占到27.8%，随着压装设备的不断进步，原先液压压装技术已经不能满足对整车厂对压装的检测要求。
研究方法：以平衡轴衬瓦压装设备的升级改进为基础，利用电伺服和相关软件的采集数据和数据分析。
研究结果：研究压入力进行检测和控制的实时监测和上下限报警，来保证平衡轴衬瓦压装质量。
关键词 “平衡轴；衬瓦；压入力检测 ；压装工艺；”
1.1前言
在《4G6平衡轴瓦处失效故障的调查总结》报告中指出，在2013年12月-2014年6月18起故障机的拆解和分析过程中，5起，占比27.8%。压入力不足故障由多个因素组成的，缸体方面：缸体平衡轴孔径大和缸体平衡轴孔粗度不足，衬瓦方面：平衡轴瓦外径小和平衡轴瓦外侧粗度不足，由以上各因素造成压入力不足。压入力不足脱出时由于受到平衡块的限制呈半脱出状态会造成轴瓦烧付，轴瓦无法掉落会对缸体持续磨损，缸体上会产生阶梯状磨损或凸状磨损—阶梯状磨损-强参考证据；凸起状磨损-弱参考证据[1]。
对决定压入力大小和相关尺寸进行了测量和计算，没有发现超差的情况，但有个别尺寸工程能力偏低(<1.33) [1] 。
在较低不良率的条件下，从尺寸上的测量很难找出可能存在的极限配合状态，因此压入力的监控就显得非常重要 。
现状：由于当时的技术限制，SAME生产线衬瓦压入在建线之初采用液压缸压入，压入位置通过死挡块和相应的行程开关来控制，压入力的监控方式误差大，以目前的状态无法进行压装负荷试验和评价及效果的确认[2] 。
1.2系统组成
为解决衬瓦压入力的检测难的问题，避免因压入力不足而产生故障机，提出对现有生产线实施改造。生产线情况多次调研和MHI详细讨论，引入TAIYO液压电伺服单元压入检测装置对现有生产线进行改造。
TAIYO电伺服单元，直接驱动方式电伺服与带负荷和长度传感器的油缸组合在一起，可根据内置在油缸中的位置传感器和负荷传感器的数据，进行任意的负荷和定位控制。具有以下优点：
1.无需任何控制阀和液压源装置；
2.高功能、高功率、高输出、高精度 ；
3.大幅降低环境负荷；
4.高效率、节能效果显著；
5.无配管，无需液压配管施工；
6.可根据用途选择控制器[3] 。
系统包括：电伺服缸（含压头）、伺服放大器、交互器和压力、位置检测开关等元件组成，原理如下：
压入力是否合格是通过FRONT GATE判断来实现的，采用“识别压配端基准判断法” [4]，根据工艺设定GATE压力值上下限作为基
准，实际压入力值与各个地方设定GATE基准进行校验,对每个GATE进行压入力的判定，设定GATE数可以根据压入力和压入位置进行设定 。
1.3改造内容
改造内容主要包括以下几个方面：
1.油圧压入缸变更成TAIYO制造ATSUKAN Servo（PQCS2series）；
2.对现副操作盘侧面追加ATSUKAN Servo设定用TOUCH PANEL；
3.拆除停用液压源；
4.停用压入位置限位挡铁；
5.用合格工件去设定每个位置中GATE标准上下限；
精度要求：
位置±0.3mm(圧入深）；
压入力 1.2～1.9ton
工件准备：
缸体平衡轴孔、衬瓦合格件10件，用于正常数据提取；
缸体平衡轴孔、衬瓦上下限工件10件，用于设定GATE上下限基准：
缸体平衡轴孔、衬瓦不合格工件2件，用于测量不合格功能的判定。
验收条件：
1）节拍：在现有基础保持不变；
2）压入：压入力和压入位置在工艺范围内；
3）NG判定：NG工件进行NG功能判定；
4）数据：可实时监控压入力范围，保存相关数据内容。
1.4 数据收集和处理
通过前面对FRONT GATE 数据处理软件的分析，需要在每个位置设定上下限基准值，可以实时监测压入力并实现不合格品报警功能。
压入过程中首先确定相对位置和上下限取值，结果如下表一：
每个位置的压入力范围区间是通过平衡轴孔和衬瓦临界值设定的，平衡轴孔压入力合格的情况下进行产品尺寸测量，经过质管部门测定，衬瓦压装尺寸满足产品尺寸要求；压入力检测系统在调试过程中，按照工艺图设定压力载荷范围，出现了衬瓦压裂的现象，压力调低后衬瓦压裂现象消失；综上所述，经过试验和平衡轴孔产品尺寸检查，原工艺图给定载荷范围不合理，需要修正工艺图和产品图压入力载荷范围。
通过小批量生产，生产验证测量系统的实时检测功能，同时采集数据建立小数据库，采集相关数据及数据处理图像如附表五和六。
从图表中可以看出，平衡轴压装在设定范围内合格没有报警，不合格品曲线相对明显，同时报警。在生产过程中，每个合格工件都会出现图五的曲线图像；通过生产验证，实时检测和不合格品报警功能都能实现。
1.5 结束语
通过对旧设备升级改造，利用ATSUKAN Servo（PQCS2series）对压入力由未知到能够读取、保存数据和实时监控，对产品过程控制和品质控制具体量化；为厂家审查和外审提供可靠数据，保证为客户提供产品都是优良品。但由于受到时间的限制，数据库有限，生产过程中可能会因范围限定出现频繁报警的状况影响设备开动率和产品合格率，需要大批量生产采集大量的压入力检测数据，对上下限范围进行合理优化。此次改造不仅解决了平衡轴孔压装读取难，同时为以后类似结构和实时检测功能积累经验。
参考文献
[1]郑伟. 4G6平衡轴瓦处失效故障的调查总结，2014，6-7页；
[2]郑伟. 4G6平衡轴瓦处失效故障的调查总结，2014，10页；
[3]泰派中国.PQCS2液压伺服系统，2010，3页；
[4]泰派中国.PQCS2液压伺服系统，2010，5页；
论文作者:孙连祥，艾禹成，崔建国，徐浩 张朝军
论文发表刊物:《工程管理前沿》2019年11期
论文发表时间:2019/9/30
标签：缸体论文; 下限论文; 轴瓦论文; 数据论文; 位置论文; 工件论文; 发动机论文; 《工程管理前沿》2019年11期论文;