柴油發(fā)電機(jī)平衡軸襯套壓裝問(wèn)題分析
發(fā)布時(shí)間：2023-11-12 點(diǎn)擊：155
為了滿足社會(huì)對(duì)康明斯發(fā)電機(jī)組噪聲和振動(dòng)的更高要求，設(shè)計(jì)師們采用了多種方案來(lái)使柴油發(fā)電機(jī)運(yùn)行更平穩(wěn)，讓康明斯發(fā)電機(jī)組的運(yùn)行得更舒適。為此，平衡軸技術(shù)作為一項(xiàng)十分重要的技術(shù)在發(fā)電機(jī)組上得到廣泛應(yīng)用。本文對(duì)某柴油發(fā)電機(jī)平衡軸襯套壓裝設(shè)備的壓裝方案進(jìn)行剖析，對(duì)其存在的問(wèn)題提出了解決方案。
柴油發(fā)電機(jī)處在工作狀態(tài)時(shí)，活塞的運(yùn)動(dòng)速度極快，且速度不均勻。活塞在柴油發(fā)電機(jī)氣缸上下止點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)速度為零，在上下止點(diǎn)中間位置的速度則達(dá)到最高。活塞在氣缸內(nèi)做高速往復(fù)直線運(yùn)動(dòng)，因此會(huì)在活塞、活塞銷和連桿上產(chǎn)生較大的慣性力。在連桿上增加的配重可以有效等平衡這些慣性力，由于這部分增重只有部分參與直線運(yùn)動(dòng)，另外一部分參與旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，因此，除在上下止點(diǎn)外，其他狀態(tài)慣性力不能完全達(dá)到平衡狀態(tài)，故柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生振動(dòng)。
活塞上下運(yùn)動(dòng)一次，柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動(dòng)，因此柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)頻率息息相關(guān)。在振動(dòng)理論上，經(jīng)常使用多個(gè)諧波振動(dòng)來(lái)描述柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。隨著振動(dòng)頻率的增大，振幅逐漸減小，柴油發(fā)電機(jī)二階以上的振動(dòng)可以忽略不計(jì)。柴油發(fā)電機(jī)70%以上的振動(dòng)為一階振動(dòng)，為了消除這些振動(dòng)，設(shè)計(jì)者采用了很多方法，例如采用輕質(zhì)的活塞減少運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量、提高曲軸的剛度以及采用“v”型布置柴油發(fā)電機(jī)等。增加平衡軸也是解決柴油發(fā)電機(jī)拉缸故障的辦法之一，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)的軸，利用偏心重塊所產(chǎn)生的反向振動(dòng)力使柴油發(fā)電機(jī)獲得良好的平衡效果。目前，此項(xiàng)技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，可以大大降低柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。
一、平衡軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.平衡軸的作用
平衡軸分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸利用齒輪傳動(dòng)方式進(jìn)行工作，通過(guò)曲軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固連的平衡軸驅(qū)動(dòng)齒輪、平衡軸從動(dòng)齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個(gè)振動(dòng)比例相當(dāng)大的一階振動(dòng)，使柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)得到明顯改善。單平衡軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，因而廣泛應(yīng)用在單缸和小排量柴油發(fā)電機(jī)中。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動(dòng)方式帶動(dòng)兩根平衡軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一根平衡軸的轉(zhuǎn)速與柴油發(fā)電機(jī)相同，能夠消除柴油發(fā)電機(jī)的一階振動(dòng);另一根平衡軸的轉(zhuǎn)速是柴油發(fā)電機(jī)的兩倍，能夠消除柴油發(fā)電機(jī)的二階振動(dòng)，從而達(dá)到更加理想的減振效果。因?yàn)殡p平衡軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占用較大的柴油發(fā)電機(jī)空間且成本較高，因此常用于大排量柴油發(fā)電機(jī)上。另外，雙平衡軸還存在一種雙對(duì)旋布置方式，將兩個(gè)平衡軸與氣缸中心線呈對(duì)稱布置，兩平衡軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同但旋轉(zhuǎn)方向相反，用來(lái)平衡柴油發(fā)電機(jī)的一階振動(dòng)。
柴油發(fā)電機(jī)安裝平衡軸后能夠較好地平衡和減少柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)降低柴油發(fā)電機(jī)噪聲、延長(zhǎng)使用壽命和提升駕乘者舒適性的目的。
2.襯套的作用
在運(yùn)動(dòng)部件中，因?yàn)殚L(zhǎng)期的磨擦易造成零件的磨損，當(dāng)軸和孔的間隙磨損到一定程度時(shí)，軸或者軸座就會(huì)報(bào)廢。因此，在軸類配合運(yùn)動(dòng)中很多設(shè)計(jì)者會(huì)在軸和軸座之間增設(shè)硬度較低、耐磨性較好的軸套或襯套，以減少軸和座的磨損，當(dāng)軸套或襯套磨損到一定程度時(shí)進(jìn)行更換，從而節(jié)約因更換軸或軸座的成本。柴油發(fā)電機(jī)平衡軸在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到此項(xiàng)技術(shù)，在柴油發(fā)電機(jī)缸體內(nèi)壓裝平衡軸襯套，以達(dá)到增加平衡軸及柴油發(fā)電機(jī)缸體壽命的目的。
3.油孔偏差對(duì)性能的影響
平衡軸在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，需要具有良好的潤(rùn)滑，否則，平衡軸內(nèi)供油效果不好，會(huì)造成平衡軸抱死現(xiàn)象;軸和軸套之間出現(xiàn)干摩擦狀況，平衡軸和軸套將會(huì)很快報(bào)廢，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)造成不可修復(fù)的損傷。因此，平衡軸襯套油孔與柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體油孔應(yīng)存在一定的位置度要求，如位置偏差較大將會(huì)導(dǎo)致油路不暢，易造成平衡軸抱死甚至平衡軸及平衡軸襯套報(bào)廢現(xiàn)象。
二、缸體平衡軸壓裝問(wèn)題分析
為某款柴油發(fā)電機(jī)平衡軸壓裝位置。在某工廠平衡軸壓裝機(jī)安裝調(diào)試初期，該柴油發(fā)電機(jī)一直存在一個(gè)現(xiàn)象，即：進(jìn)氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油道的位置關(guān)系較好，能很好貫通;而排氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油孔的貫通性較差，甚至完全不對(duì)應(yīng)，難以滿足產(chǎn)品要求。
1. 產(chǎn)生原因
平衡軸襯套的上料方式為自動(dòng)上料，油孔位置由平衡軸襯套油孔定位銷保證。
在壓裝時(shí)，平衡軸先自動(dòng)上料到壓頭處。由于襯套上料后，襯套油孔的位置不能保證在正確位置，因此需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。此時(shí)，襯套隨轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如定位銷插入襯套油孔內(nèi)，則襯套不再隨轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并將信號(hào)傳送給設(shè)備，設(shè)備得到信號(hào)后，襯套壓頭伸出，定位銷退回，平衡軸襯套的壓裝到位。
經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，排氣側(cè)平衡軸襯套在壓裝前，定位銷插入襯套內(nèi)(見圖4)，但壓裝后襯套油孔與缸體油道之間總是存在位置偏差，歸結(jié)其原因如下：
(1) 定位銷壓緊力不足
在壓頭伸出過(guò)程中襯套位置移動(dòng)。
(2) 壓頭直徑偏小
壓頭伸出后，襯套與壓頭間隙較大，造成襯套位置移動(dòng)。
(3) 壓頭處襯套定位球
壓力過(guò)大或過(guò)小，襯套在壓頭上的位置移動(dòng)。
(4) 定位銷位置在壓頭周向位置出現(xiàn)偏差
當(dāng)壓頭伸出時(shí)，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動(dòng)。
(5) 定位銷位置軸向均有偏差
當(dāng)壓頭伸出時(shí)，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動(dòng)。
(6) 壓頭形成過(guò)大或過(guò)小
導(dǎo)致襯套油孔與缸體油孔位置存在偏差。
2. 解決措施
針對(duì)以上可能導(dǎo)致襯套油孔偏差的原因，逐項(xiàng)進(jìn)行分析排查：
(1)加大定位銷壓緊力
壓緊力增大后，襯套轉(zhuǎn)動(dòng)困難，定位銷長(zhǎng)時(shí)間未插入襯套油孔內(nèi)，造成設(shè)備報(bào)警停機(jī)。
(2)改變壓頭直徑
減小壓頭與襯套之間的間隙。壓裝后，襯套油孔與缸體油孔之間的位置度仍難以保證。
(3)改變壓頭定位球的壓力
壓力過(guò)小不能起到定位作用，壓裝質(zhì)量更差;壓頭直徑過(guò)大，在壓頭進(jìn)入襯套過(guò)程中定位球返回困難，造成襯套位置變化，不能保證襯套油孔與缸體油孔之間的位置度。
(4)調(diào)整定位銷在壓頭周向的位置
襯套油孔位置與缸體油孔的位置差有所改變，但壓裝一致性較差。
(5)調(diào)整定位銷在壓頭軸向位置
與調(diào)整周向位置出現(xiàn)相同情況，位置有所改善，但一致性較差。
(6)調(diào)整壓頭
襯套油孔與缸體油孔的位置差變差，說(shuō)明前期壓頭行程正確，不需調(diào)整。
經(jīng)多次調(diào)整發(fā)現(xiàn)，襯套油孔與缸體油孔位置受定位銷位置、定位銷伸出力、壓頭與襯套間隙、定位球伸出力以及定位球直徑等多方因素的影響。因此，為保證襯套油孔與缸體油孔位置，需綜合調(diào)整以上參數(shù)，方能保證襯套油孔與缸體油孔的位置關(guān)系。
上述方案雖能進(jìn)一步提高襯套的壓裝質(zhì)量，但為了最大限度地保證產(chǎn)品質(zhì)量，還需在缸體壓裝后增加在線檢測(cè)工位，對(duì)壓裝后的襯套進(jìn)行100%檢測(cè)，從而確保下線缸體平衡軸襯套油孔與缸體油道的相對(duì)位置關(guān)系。
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活塞上下運(yùn)動(dòng)一次，柴油發(fā)電機(jī)產(chǎn)生一上一下兩次振動(dòng)，因此柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速和柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)頻率息息相關(guān)。在振動(dòng)理論上，經(jīng)常使用多個(gè)諧波振動(dòng)來(lái)描述柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)。隨著振動(dòng)頻率的增大，振幅逐漸減小，柴油發(fā)電機(jī)二階以上的振動(dòng)可以忽略不計(jì)。柴油發(fā)電機(jī)70%以上的振動(dòng)為一階振動(dòng)，為了消除這些振動(dòng)，設(shè)計(jì)者采用了很多方法，例如采用輕質(zhì)的活塞減少運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量、提高曲軸的剛度以及采用“v”型布置柴油發(fā)電機(jī)等。增加平衡軸也是解決柴油發(fā)電機(jī)拉缸故障的辦法之一，其實(shí)質(zhì)是一個(gè)裝有偏心重塊并隨曲軸同步旋轉(zhuǎn)的軸，利用偏心重塊所產(chǎn)生的反向振動(dòng)力使柴油發(fā)電機(jī)獲得良好的平衡效果。目前，此項(xiàng)技術(shù)在柴油發(fā)電機(jī)上得到廣泛的應(yīng)用，可以大大降低柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)和噪聲。
一、平衡軸結(jié)構(gòu)特點(diǎn)
1.平衡軸的作用
平衡軸分為單平衡軸和雙平衡軸兩種。單平衡軸利用齒輪傳動(dòng)方式進(jìn)行工作，通過(guò)曲軸旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)固連的平衡軸驅(qū)動(dòng)齒輪、平衡軸從動(dòng)齒輪以及平衡軸。單平衡軸可以平衡占整個(gè)振動(dòng)比例相當(dāng)大的一階振動(dòng)，使柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)得到明顯改善。單平衡軸結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，占用空間小，因而廣泛應(yīng)用在單缸和小排量柴油發(fā)電機(jī)中。而雙平衡軸則采用的是鏈傳動(dòng)方式帶動(dòng)兩根平衡軸轉(zhuǎn)動(dòng)，其中一根平衡軸的轉(zhuǎn)速與柴油發(fā)電機(jī)相同，能夠消除柴油發(fā)電機(jī)的一階振動(dòng);另一根平衡軸的轉(zhuǎn)速是柴油發(fā)電機(jī)的兩倍，能夠消除柴油發(fā)電機(jī)的二階振動(dòng)，從而達(dá)到更加理想的減振效果。因?yàn)殡p平衡軸的結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，占用較大的柴油發(fā)電機(jī)空間且成本較高，因此常用于大排量柴油發(fā)電機(jī)上。另外，雙平衡軸還存在一種雙對(duì)旋布置方式，將兩個(gè)平衡軸與氣缸中心線呈對(duì)稱布置，兩平衡軸轉(zhuǎn)速與曲軸轉(zhuǎn)速相同但旋轉(zhuǎn)方向相反，用來(lái)平衡柴油發(fā)電機(jī)的一階振動(dòng)。
柴油發(fā)電機(jī)安裝平衡軸后能夠較好地平衡和減少柴油發(fā)電機(jī)的振動(dòng)，從而實(shí)現(xiàn)降低柴油發(fā)電機(jī)噪聲、延長(zhǎng)使用壽命和提升駕乘者舒適性的目的。
2.襯套的作用
在運(yùn)動(dòng)部件中，因?yàn)殚L(zhǎng)期的磨擦易造成零件的磨損，當(dāng)軸和孔的間隙磨損到一定程度時(shí)，軸或者軸座就會(huì)報(bào)廢。因此，在軸類配合運(yùn)動(dòng)中很多設(shè)計(jì)者會(huì)在軸和軸座之間增設(shè)硬度較低、耐磨性較好的軸套或襯套，以減少軸和座的磨損，當(dāng)軸套或襯套磨損到一定程度時(shí)進(jìn)行更換，從而節(jié)約因更換軸或軸座的成本。柴油發(fā)電機(jī)平衡軸在設(shè)計(jì)過(guò)程中考慮到此項(xiàng)技術(shù)，在柴油發(fā)電機(jī)缸體內(nèi)壓裝平衡軸襯套，以達(dá)到增加平衡軸及柴油發(fā)電機(jī)缸體壽命的目的。
3.油孔偏差對(duì)性能的影響
平衡軸在旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，需要具有良好的潤(rùn)滑，否則，平衡軸內(nèi)供油效果不好，會(huì)造成平衡軸抱死現(xiàn)象;軸和軸套之間出現(xiàn)干摩擦狀況，平衡軸和軸套將會(huì)很快報(bào)廢，對(duì)柴油發(fā)電機(jī)造成不可修復(fù)的損傷。因此，平衡軸襯套油孔與柴油發(fā)電機(jī)機(jī)體油孔應(yīng)存在一定的位置度要求，如位置偏差較大將會(huì)導(dǎo)致油路不暢，易造成平衡軸抱死甚至平衡軸及平衡軸襯套報(bào)廢現(xiàn)象。
二、缸體平衡軸壓裝問(wèn)題分析
為某款柴油發(fā)電機(jī)平衡軸壓裝位置。在某工廠平衡軸壓裝機(jī)安裝調(diào)試初期，該柴油發(fā)電機(jī)一直存在一個(gè)現(xiàn)象，即：進(jìn)氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油道的位置關(guān)系較好，能很好貫通;而排氣側(cè)平衡軸襯套油孔與缸體油孔的貫通性較差，甚至完全不對(duì)應(yīng)，難以滿足產(chǎn)品要求。
1. 產(chǎn)生原因
平衡軸襯套的上料方式為自動(dòng)上料，油孔位置由平衡軸襯套油孔定位銷保證。
在壓裝時(shí)，平衡軸先自動(dòng)上料到壓頭處。由于襯套上料后，襯套油孔的位置不能保證在正確位置，因此需要進(jìn)行姿態(tài)調(diào)整。此時(shí)，襯套隨轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，如定位銷插入襯套油孔內(nèi)，則襯套不再隨轉(zhuǎn)動(dòng)輪轉(zhuǎn)動(dòng)，并將信號(hào)傳送給設(shè)備，設(shè)備得到信號(hào)后，襯套壓頭伸出，定位銷退回，平衡軸襯套的壓裝到位。
經(jīng)觀察分析發(fā)現(xiàn)，排氣側(cè)平衡軸襯套在壓裝前，定位銷插入襯套內(nèi)(見圖4)，但壓裝后襯套油孔與缸體油道之間總是存在位置偏差，歸結(jié)其原因如下：
(1) 定位銷壓緊力不足
在壓頭伸出過(guò)程中襯套位置移動(dòng)。
(2) 壓頭直徑偏小
壓頭伸出后，襯套與壓頭間隙較大，造成襯套位置移動(dòng)。
(3) 壓頭處襯套定位球
壓力過(guò)大或過(guò)小，襯套在壓頭上的位置移動(dòng)。
(4) 定位銷位置在壓頭周向位置出現(xiàn)偏差
當(dāng)壓頭伸出時(shí)，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動(dòng)。
(5) 定位銷位置軸向均有偏差
當(dāng)壓頭伸出時(shí)，壓頭上定位球?qū)σr套重新定位，造成襯套位置移動(dòng)。
(6) 壓頭形成過(guò)大或過(guò)小
導(dǎo)致襯套油孔與缸體油孔位置存在偏差。
2. 解決措施
針對(duì)以上可能導(dǎo)致襯套油孔偏差的原因，逐項(xiàng)進(jìn)行分析排查：
(1)加大定位銷壓緊力
壓緊力增大后，襯套轉(zhuǎn)動(dòng)困難，定位銷長(zhǎng)時(shí)間未插入襯套油孔內(nèi)，造成設(shè)備報(bào)警停機(jī)。
(2)改變壓頭直徑
減小壓頭與襯套之間的間隙。壓裝后，襯套油孔與缸體油孔之間的位置度仍難以保證。
(3)改變壓頭定位球的壓力
壓力過(guò)小不能起到定位作用，壓裝質(zhì)量更差;壓頭直徑過(guò)大，在壓頭進(jìn)入襯套過(guò)程中定位球返回困難，造成襯套位置變化，不能保證襯套油孔與缸體油孔之間的位置度。
(4)調(diào)整定位銷在壓頭周向的位置
襯套油孔位置與缸體油孔的位置差有所改變，但壓裝一致性較差。
(5)調(diào)整定位銷在壓頭軸向位置
與調(diào)整周向位置出現(xiàn)相同情況，位置有所改善，但一致性較差。
(6)調(diào)整壓頭
襯套油孔與缸體油孔的位置差變差，說(shuō)明前期壓頭行程正確，不需調(diào)整。
經(jīng)多次調(diào)整發(fā)現(xiàn)，襯套油孔與缸體油孔位置受定位銷位置、定位銷伸出力、壓頭與襯套間隙、定位球伸出力以及定位球直徑等多方因素的影響。因此，為保證襯套油孔與缸體油孔位置，需綜合調(diào)整以上參數(shù)，方能保證襯套油孔與缸體油孔的位置關(guān)系。
上述方案雖能進(jìn)一步提高襯套的壓裝質(zhì)量，但為了最大限度地保證產(chǎn)品質(zhì)量，還需在缸體壓裝后增加在線檢測(cè)工位，對(duì)壓裝后的襯套進(jìn)行100%檢測(cè)，從而確保下線缸體平衡軸襯套油孔與缸體油道的相對(duì)位置關(guān)系。
普及柴油發(fā)電機(jī)機(jī)房保持干凈\功率因數(shù)\并機(jī)使用的條件等基本常識(shí)
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