冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)中的應(yīng)用

1、·控制與檢測(cè)·文章編號(hào)：10012265（2010）12006803組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)中的應(yīng)用林巨廣，許華，謝峰，王淑旺（合肥工業(yè)大學(xué)機(jī)械與汽車工程學(xué)院，合肥230009）摘要：發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量直接影響其工作性能，發(fā)動(dòng)機(jī)裝配完成后，對(duì)其進(jìn)行裝配質(zhì)量檢測(cè)是必不可少對(duì)冷試技術(shù)的試驗(yàn)原理、試驗(yàn)臺(tái)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和試的一個(gè)環(huán)節(jié)。分析了傳統(tǒng)的發(fā)動(dòng)機(jī)熱式技術(shù)的不足，驗(yàn)流程進(jìn)行了研究，得出了發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)作為一種新型裝配質(zhì)量在線檢測(cè)技術(shù)，具有測(cè)試時(shí)間短、精度高、成本低、污染少等優(yōu)點(diǎn)，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)的需要。關(guān)鍵詞：熱試；冷試；在線檢測(cè)；虛擬儀器技

2、術(shù)中圖分類號(hào)：TH16；TG65文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：AApplicationofColdTestTechnologytoOn-lineTestingforEngineAssemblyQualityLINJu-guang，XUHua，XIEFeng，WANGShu-wang（SchoolofMechanicalAutomotiveEngineering，HefeiUniversityofTechnology，Hefei230009，China）Abstract：，-，-，-，-Keywords：；-；0引言1.1冷試概述概念發(fā)動(dòng)機(jī)是車輛機(jī)械的動(dòng)力源，作為汽車的第一心臟，其裝配質(zhì)量的好壞直接決定整車性能的

3、優(yōu)劣。以前，汽車發(fā)動(dòng)機(jī)制造企業(yè)在發(fā)動(dòng)機(jī)總成裝配完成后都要進(jìn)行數(shù)十分鐘的發(fā)動(dòng)機(jī)熱試試驗(yàn)，用來檢查1發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量。通常，熱試試驗(yàn)時(shí)間比較長(zhǎng)，整條裝配線上需要布置數(shù)臺(tái)熱試試驗(yàn)設(shè)備，試驗(yàn)過程中需消耗大量燃油、機(jī)油和冷卻液，而且熱試過程廢物不僅對(duì)環(huán)境造成污染，也中發(fā)動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的廢氣、對(duì)員工的身體健康造成危害。在環(huán)境保護(hù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)質(zhì)量提升的綜合需求下，冷試技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。發(fā)動(dòng)機(jī)冷試測(cè)試作為一種新型的發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)方式，測(cè)試時(shí)間短、無需消耗燃油，故成本低、排放污染物少、環(huán)保，檢測(cè)過程中，通過高精度的儀器和大量傳感器來捕捉發(fā)動(dòng)機(jī)的工況，具有高度的獨(dú)立性、精2-3。目正日益應(yīng)用于發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線中確度和完善

4、性，前很多著名汽車公司（如美國(guó)通用、江淮、奇瑞等）生產(chǎn)的轎車汽油發(fā)動(dòng)機(jī)的生產(chǎn)試驗(yàn)都采用以冷試試驗(yàn)為主，熱試試驗(yàn)為輔，主輔結(jié)合的試驗(yàn)方法。冷試是一種對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量進(jìn)行綜合檢測(cè)的它由外界動(dòng)力拖動(dòng)飛輪進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，在發(fā)動(dòng)機(jī)不技術(shù)，點(diǎn)火的情況下，通過冷試試驗(yàn)設(shè)備上安裝的各種傳感器采集相關(guān)信號(hào)，經(jīng)計(jì)算機(jī)處理后，同標(biāo)準(zhǔn)模板進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)比和分析，進(jìn)而對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量進(jìn)行判4定。冷試試驗(yàn)設(shè)備通常安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)裝配線尾部，當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)完成試驗(yàn)前必要的裝配后，托盤載著發(fā)動(dòng)機(jī)到達(dá)測(cè)試工位，試驗(yàn)設(shè)備自動(dòng)與發(fā)動(dòng)機(jī)對(duì)接并開始試驗(yàn)。冷試試驗(yàn)?zāi)芴崆鞍l(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配過程中的問題和缺陷，把缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)，從而達(dá)到提升發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量的目的

5、。1.2試驗(yàn)原理之所以能通過冷試試驗(yàn)對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的裝配質(zhì)量進(jìn)5主要是利用故障映像（Mapping）技術(shù)，可行診斷，以將其原理簡(jiǎn)要概括為以下幾點(diǎn)：同類型發(fā)動(dòng)機(jī)，如果設(shè)計(jì)制造都沒有誤差的話，它們之間就會(huì)擁有“信號(hào)特征”，共同的即發(fā)動(dòng)機(jī)在測(cè)試過程中所采集收稿日期：20100607；修回日期：20100719（E作者簡(jiǎn)介：林巨廣（1963），男，安徽六安人，合肥工業(yè)大學(xué)汽車裝備技術(shù)研究所，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事汽車自動(dòng)化裝備等研究，mail）linjuguang263net。·68·2010年第12期到的各項(xiàng)參數(shù)均在合格范圍內(nèi)；對(duì)大量已知的合格發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試，所采集到的特性參數(shù)處于

6、一定的范圍內(nèi)，依據(jù)此范圍可以建立各特征參數(shù)的極限值，從而確定測(cè)試基準(zhǔn)；如果對(duì)某臺(tái)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行測(cè)試后，其所采集到的特性參數(shù)與正常值之間出現(xiàn)明顯偏差，即特性參數(shù)與基準(zhǔn)不符，則表明該發(fā)動(dòng)機(jī)存在某些缺陷或故障。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)完整的冷試試驗(yàn)臺(tái)應(yīng)包含以下三大系統(tǒng)：機(jī)械系統(tǒng)、數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)和控制系統(tǒng)。其試驗(yàn)臺(tái)整體組成如圖1所示。圖1冷試試驗(yàn)臺(tái)整體組成（1）機(jī)械系統(tǒng)。機(jī)械系統(tǒng)由為各參數(shù)采集而設(shè)計(jì)的試驗(yàn)臺(tái)架、驅(qū)動(dòng)、機(jī)械定位、夾緊、舉升和封堵等機(jī)構(gòu)組成6。為保證測(cè)試精度，試驗(yàn)臺(tái)架采用整體鑄鐵結(jié)構(gòu)，具有足夠的重量，以使試驗(yàn)臺(tái)的振動(dòng)降至最低限度。驅(qū)動(dòng)部分采用交流伺服電機(jī)，其轉(zhuǎn)速穩(wěn)定而均勻，可保證高精度測(cè)量和提高測(cè)量重

7、復(fù)精度。機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2冷試試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)（2）數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)。本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)采用了以PC工控機(jī)為主控單元，以Lab-VIEW為軟件開發(fā)平臺(tái)的虛擬儀器技術(shù)7。系統(tǒng)主要包含數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、故障診斷、顯示、存儲(chǔ)以及其它輔助功能，其功能框架如圖3所示。將安裝在冷試試驗(yàn)臺(tái)機(jī)械結(jié)構(gòu)上的各類傳感器所采集到的特征信號(hào)，經(jīng)系統(tǒng)處理分析后，通過先期的故障映像（Mapping）來自動(dòng)判定發(fā)動(dòng)機(jī)是否合格并分析故障原因，它可以通過用戶界面將各測(cè)試結(jié)·控制與檢測(cè)·圖3數(shù)據(jù)采集分析系統(tǒng)功能框架圖果顯示出來，以利于故障的處理。（3）控制系統(tǒng)?？刂葡到y(tǒng)通過PLC來實(shí)現(xiàn)，它

8、完成以下兩個(gè)功能：一方面，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程的輸入輸出控制，比如用來控制機(jī)械系統(tǒng)的執(zhí)行、電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)等；另一方面，由于控制系統(tǒng)必須與微機(jī)之間進(jìn)行通訊，所以PLC還擔(dān)任部分?jǐn)?shù)據(jù)的采集任務(wù)。3試驗(yàn)流程整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)冷試試驗(yàn)過程中，發(fā)動(dòng)機(jī)都處于不點(diǎn)火狀態(tài)下，由交流伺服電機(jī)拖動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，發(fā)動(dòng)機(jī)冷試試驗(yàn)按照如下幾個(gè)階段進(jìn)行：第一階段，叫安全測(cè)試階段，在此階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速較低，約為300r/min，測(cè)量時(shí)間大約10s；第二階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速升至2000r/min，測(cè)量時(shí)間大約15s；第三階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速為1200r/min，測(cè)量時(shí)間大約為10s，第四階段，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速降至150r/min，測(cè)量時(shí)間大約為20s。具體的冷

9、試試驗(yàn)工作周期如圖4所示。圖4冷試試驗(yàn)工作周期圖各階段測(cè)試項(xiàng)目如下：（1）第一階段。主要檢測(cè)啟動(dòng)扭矩和油壓。啟動(dòng)扭矩是冷試檢查的第一步，其值通過安裝在驅(qū)動(dòng)電機(jī)與發(fā)動(dòng)機(jī)之間的扭矩傳感器測(cè)得，當(dāng)啟動(dòng)扭矩不正常時(shí)，則可表明發(fā)動(dòng)機(jī)存在較大的機(jī)械故障或缺陷。如果扭矩傳感器檢測(cè)到啟動(dòng)扭矩值超過設(shè)定的極限值時(shí)，系統(tǒng)發(fā)出報(bào)警信號(hào)，并立即停機(jī)。達(dá)到300r/min穩(wěn)定一段時(shí)間后通過壓力傳感器對(duì)油壓進(jìn)行檢測(cè)，檢測(cè)其在規(guī)定時(shí)間和轉(zhuǎn)速內(nèi)是否達(dá)到指定壓力，以診斷燃油供給系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)工作是否正·69··控制與檢測(cè)·常。如油路是否有滲漏或阻堵、機(jī)油泵是否有故障或缺陷、機(jī)油壓力調(diào)節(jié)器

10、是否正常工作。并在這階大氣溫度等環(huán)境參數(shù)。段采集大氣壓力、（2）第二階段。在這一階段，主要檢測(cè)凸輪正時(shí)、曲軸正時(shí)、有無漏油、凸輪相位以及進(jìn)行點(diǎn)火測(cè)試。由于正時(shí)及點(diǎn)火測(cè)試都要結(jié)合轉(zhuǎn)角信號(hào)來進(jìn)行所以在此階段必須同步采集曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)，曲分析，軸轉(zhuǎn)角一般通過安裝在電機(jī)后端的編碼器采集脈沖信號(hào)然后經(jīng)相應(yīng)換算得出。分析正時(shí)可以檢出正時(shí)皮帶是否安裝正確，向前或向后錯(cuò)齒。發(fā)動(dòng)機(jī)在冷試過程中，雖然發(fā)動(dòng)機(jī)不點(diǎn)火因而不存在燃燒，但其點(diǎn)火過程是始終存在的。通過安裝在測(cè)試臺(tái)架上靠近點(diǎn)火線圈的磁場(chǎng)傳感器來感應(yīng)點(diǎn)火過程中磁場(chǎng)的變化并記錄感應(yīng)的波形，通過觀察感應(yīng)到的波形來判斷發(fā)動(dòng)機(jī)點(diǎn)火系統(tǒng)的好壞，并可以結(jié)合曲軸轉(zhuǎn)角信號(hào)分析出

11、點(diǎn)火提前角的大小是否合適。（3）第三階段。對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行噪聲檢測(cè)。發(fā)動(dòng)機(jī)各機(jī)構(gòu)在正常工作條件下，發(fā)出的響聲是平穩(wěn)而又有節(jié)奏、協(xié)調(diào)而又圓滑的，如果發(fā)動(dòng)機(jī)異響，則表明發(fā)動(dòng)機(jī)存在故障。通過安裝在發(fā)動(dòng)機(jī)及臺(tái)架上的壓電式加速度傳感器采集振動(dòng)信號(hào)，再利用分析軟件對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻域分析，結(jié)合故障診斷技術(shù)可直接對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診斷。噪聲振動(dòng)分析能比其精較全面的對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量進(jìn)行判定和評(píng)估，細(xì)程度甚至可以達(dá)到零件一級(jí)。（4）第四階段。對(duì)進(jìn)氣壓力、排氣壓力以及回轉(zhuǎn)扭矩進(jìn)行檢測(cè)和分析，最后完成數(shù)據(jù)的保存。進(jìn)氣回轉(zhuǎn)扭矩及排氣壓力的檢測(cè)通常采用壓力傳感器，跟啟動(dòng)扭矩一樣，用扭矩傳感器來檢測(cè)。通過對(duì)進(jìn)（上接第67頁）表

12、4輸入向量X1X2X3X4X5X6SVM1111111組合機(jī)床與自動(dòng)化加工技術(shù)排氣壓力的波形圖分析，可以發(fā)現(xiàn)配氣時(shí)序錯(cuò)氣、位、氣門間隙異常、氣門座圈密封泄漏等不良問題。分析回轉(zhuǎn)力矩可以檢查出發(fā)動(dòng)機(jī)是否存在因卡滯而無法轉(zhuǎn)動(dòng)等現(xiàn)象。4結(jié)束語發(fā)動(dòng)機(jī)冷試試驗(yàn)周期短，從試驗(yàn)開始至結(jié)束，一般在23分鐘，其檢測(cè)項(xiàng)目多，采用了大量高精度傳感器，測(cè)試精度比較高，可以滿足發(fā)動(dòng)機(jī)裝配質(zhì)量在線檢測(cè)的需要。冷試技術(shù)不僅可以檢測(cè)出產(chǎn)品質(zhì)量的優(yōu)劣，而且可以發(fā)現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)存在的故障，分析其產(chǎn)生故障的根源，可反過來指導(dǎo)生產(chǎn)，從而將缺陷控制在生產(chǎn)線內(nèi)。發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)作為一種新型的裝配質(zhì)量在線檢正日趨成熟并被諸多汽車制造廠商引入發(fā)動(dòng)測(cè)

13、技術(shù)，機(jī)裝配線中，在市場(chǎng)上擁有廣闊的前景。參考文獻(xiàn)1柯馬（上海）汽車設(shè)備有限公司現(xiàn)代汽車發(fā)動(dòng)機(jī)總成測(cè)J汽車與配件，2006（4）：9試?yán)?、熱試?yàn)2蘇錫年發(fā)動(dòng)機(jī)冷試技術(shù)的研究J液壓與氣動(dòng)，2008（9）：9103李鶴翔長(zhǎng)缸冷試技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)生產(chǎn)上的應(yīng)用D吉2008林：吉林大學(xué)，4JoachimNinke，宋愛國(guó)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)氣及排氣過程中的冷測(cè)J測(cè)控技術(shù)，2004：1618試技術(shù)5寧克ColdTesttechnologyforcombustionenginesD東2005（1）：8182南大學(xué)，6唐松立發(fā)動(dòng)機(jī)試驗(yàn)新裝備高級(jí)冷試機(jī)J車用1999（4）：3741發(fā)動(dòng)機(jī)，7王宏偉，劉清華，丁喆虛擬技術(shù)在發(fā)動(dòng)機(jī)

14、測(cè)試系統(tǒng)的應(yīng)J機(jī)電工程，2001：2427用研究（編輯趙蓉）識(shí)別結(jié)果SVM2111111SVM3111111輸出結(jié)果新刀狀態(tài)新刀狀態(tài)初期磨損初期磨損嚴(yán)重磨損嚴(yán)重磨損5結(jié)束語在小波包提取特征向量的基礎(chǔ)上，建立了基于支持向量機(jī)的多故障分類器。這種診斷方法具有算訓(xùn)練時(shí)間短、診斷精度高等優(yōu)點(diǎn)，表現(xiàn)出良法簡(jiǎn)單、好的魯棒性和分類能力，能較好地解決刀具故障診斷中狀態(tài)的識(shí)別問題。參考文獻(xiàn)1陳新全，李西南，鄧敏金屬切削過程中的聲發(fā)射現(xiàn)象及其J長(zhǎng)沙電力學(xué)院學(xué)報(bào)，2001，16（1）：7576研究的意義2RABINIR，MENEGHETTJUApplicationoftheenvelopeandwavelettra

15、nsformanalysisforthediagnosisofincipientfaultsinballbearingsJMechanicalSystemsandSignal·70·Processing，2001，15（2）：2873023WANGWJWaveletfordetectingmechanicalfaultswithhighsensitivityJMechanicalSystemandSignalPnocess-ing，2001，15（4）：6856964周小勇，J控葉銀忠小波分析在故障診斷中的應(yīng)用2006，13（1）：7073制工程，5袁勝發(fā)，褚福磊SVM多類分類算法及其在故障診斷中J振動(dòng)工程學(xué)報(bào)，2004，17（5）：420422的應(yīng)用6BURGESJCCAtutorialonsupportvectormachineforJDataMiningandKnowledgeDiscov-patternrecognitionery，1998，2（2）：1211677VAPNIKVStatisticallearningtheoryMNewYork：JohnWileySons，19988ZHANGLing，HANGBoRelationshipbetweensuppervectorsetandkerelfunctionsbasedSVMandthree-la