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发动机装配的实时在线检测 |
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作者：上海大众汽车有限公司 王珏 李文辉 计维斌 |
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概述和起因
发动机装配质量控制的重要性不言而喻，国内外的整机和零部件生产企业、科研部门为此进行了大量的工作。研究表明，发动机的装配质量除了外协（购）件的质量控制、装配环境、工人的素质和技能之外，主要取决于装配生产系统的完备性和先进性。
某发动机总装配线
一般地，发动机装配生产系统由各部件装配、总成装配和与此对应过程的各种检测和控制组成，如气缸盖装配、活塞连杆总成装配、主轴瓦检测、曲轴转动和轴向间隙检查、扭矩检测、密封检测、冷态检测等。整个装配生产系统的完备性和先进性又主要取决于装配流水线中各关键工位（控制点）的控制，这些关键工位对于最终所生产出来的发动机的质量是至关重要的。
对于装配线上关键工位的研究，在传统的发动机装配生产中，往往要等到产品全部完成之后，通过繁复的分析检测，才能反过来分析生产过程中的哪些步骤和工艺需要改进；而如何改进和改进的程度是多少，又必须通过又一轮的全新试验和生产才能得知；因此很难实现生产的实时控制，更会造成生产设备、生产时间的浪费和返工率的成倍增加。所以， 我们要做的就是如何安排合理地工序间的实时检测和如何进行有效的实时在线检测，及时地发现装配过程中的缺陷，从而降低返工率，提高装配的效率和质量。
目前，一些国际一流汽车发动机生产企业的研究和实践表明，合理工序间的在线实时检测能够从装配过程中对最终产品的质量进行即时预测，然后加以科学反馈，实施及时有效的调整，从而以较低的时间成本、物料成本和加工成本生产出高质量的发动机产品。
在此，将主要讨论总装配线上关键工位的控制，对各分总成装配线的情况暂不分析。
总装配线上关键工位的选择
通过工作实践和对发动机制造工艺的研究，发动机总装线上以下几个控制点是非常重要的。图1所示为某总装配线上典型的关键控制点，其中：
OP10 — 主轴瓦是否安装和安装是否正确；
OP20 — 曲轴和轴盖安装后曲轴是否能正常转动，曲轴的间隙是否能保持在正常的范围内；
OP30 — 连杆轴瓦是否安装及安装是否正确；
OP40 — 活塞型号及方向是否安装正确；
OP50 — 活塞连杆组安装到曲轴上后曲轴是否能正常转动；
OP60 — 短发动机的油道和水道是否存在泄漏；
OP70 — 短发动机安装的完整性、冷态检测等；
OP80 — 长发动机水路系统是否密封；
OP90 — 电气系统功能是否正常。
需要说明的是，OH10、OH20工位是缸盖分总成装配线上的内容，为缸盖气阀座密封检测和缸盖气门锁片检查工位，在此，暂不讨论。
主要检测工艺和手段
针对关键点，采用先进的检测设备可准确地判断出这些关键工序是否符合工艺要求。
1、主轴瓦检测的三种方法
□ 在主轴档装好主轴瓦后用激光检测距离判断轴瓦是否存在，如果没有安装，检测出的距离短。
□ 采用充气检测，可往通往曲轴油道的通路中充气，随后保持充气压力，如果没有安装轴瓦，压力会下降。
□ 设备上安装一定高度的档杆，当工件流经该工位时，如果安装了轴瓦，轴瓦会碰到档杆，随后给传感器一个信号；如果没有安装轴瓦，档杆将不会被碰，从而传感器读不到信号，判断出轴瓦漏装。这个方法对工件和传送板定位要求较高，否则容易误报警。
2、曲轴转动和轴向间隙检查
在曲轴轴盖螺栓安装并拧紧后，夹具套住曲轴前端，用电机驱动，转动曲轴同时采用传感器监测转动扭矩。扭矩在合格的范围（0.22～2.5Nm）内即为合格，否则需下线检查原因在返工，重新上线检测。
在检查扭矩后，再推动曲轴轴向运动，通过传感器检测轴向位移。当位移在合格范围（一般为0.07～0.23 mm）内，判断为合格，否则可能是止推片漏装或安装不正确。
3、连杆轴瓦油孔检测
在轴瓦安装到连杆之前，先用光感检测来料轴瓦是否带有油孔，如果没有就将该轴瓦剔除掉。这样可以保证在连杆体上安装上带有油孔的轴瓦。
4、活塞方向检测
活塞带有方向性，一般活塞上都带有箭头，通过摄像头读取箭头形状与标准图形进行比较从而可以判断安装的正确性。
5、活塞安装以后曲轴转动检查和振动检验
检测曲轴转动扭矩是否在正常范围内(5～19Nm)，同时进行振动检测，测验噪音。如果有异响，可判断出连杆轴瓦漏装。
6、短发发动机油道水道检测
某发动机总装线上全自动油水路密封检测系统的检测工艺简单阐述如下：
□ 油道密封性检测
采用充入压缩空气检测压降的方法，将油道和燃烧室、曲轴箱、进排气道的所有外部口全部密封，然后往其中两处充压缩空气，保持一定时间，检查压降是否在合格范围内。
□ 水道密封性检测
同样采用充入压缩空气检测压降的方法，将水道的所有外部口全部密封，然后往其中两处充压缩空气，随后保持一定时间，检查压降是否在合格范围内。
7、短发动机冷态试验
我们理解为当短发动机安装完后，通过采用外界动力（如电机等）倒拖，使发动机在低速不点火状态下运转。基本的参数测量如下：
□ 通过检测进气管各缸压力、排气管各缸压力，可以检测活塞环、气阀是否安装正确。
□ 通过检测曲轴扭矩和振动噪音，可以检测主轴瓦和连杆轴瓦是否装配正确，油路是否畅通。
□ 通过检测凸轮轴和曲轴相位传感器的信号，可以检测正时系统是否正确。
一般来说，每种发动机的数据参数各不相同，一般需要根据对5000～10000台次左右的合格发动机定出基本参照数据线和合格偏差范围。图5至图8为几个典型的测试图（与实际测试数据不一定一致）。
8、长发动机水路检测
在所有发动机水管安装完毕以后，将所有水路出口堵住，并往两个出口充气，在一定时间内检测气压降从而判断密封性能。
9、电气及燃油系统、点火系统检测
在安装线束和燃油系统后，安装传感器检测各线路是否通畅。
检测效果分析
通过实时的在线检测，可以在装配过程中及时发现产品的缺陷，尽可能地及时发现各种显性和隐性问题。对发现的问题进行及时解决，可以使后续产品的缺陷率大大降低。
仅通过对水道和油道的密封进行实时在线检测，在16周以后缺陷发生率从15%下降到2%左右，总体呈明显下降趋势。如果把其它检测结果综合分析，则缺陷率也呈明显下降趋势。
结论
对发动机总装线工序间合理的关键控制点进行实时在线检测，能够在装配过程中及时、准确地判断和发现缺陷所在，避免了缺陷的传递。
生产结果表明，此类实时在线检测在不长的生产周期内大幅度地降低了缺陷发生率，降低了生产成本，提高了发动机装配的效率和质量。因此，在现代化企业的规模生产和精益生产中发挥着越来越重要的作用。
此类实时在线检测技术先进、性能可靠、使用和维护方便，但价格较贵，如何寻找合理的性价比和开发国产化装备，是我们迫在眉睫的工作。为了进一步提升发动机的装配质量，相信此类实时在线检测技术将会得到越来越多的推广和应用。 (end)
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(10/1/2005) |
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