发动机缸盖多层水套智能清洁单元的研制

王海洋

（大连现代辅机开发制造有限公司技术中心，辽守大连 116600）

发动机缸盖多层水套智能清洁单元的研制

王海洋

（大连现代辅机开发制造有限公司技术中心，辽守大连 116600）

为了减少发动机内切屑、杂物等造成汽车动力总成致命故障和排放超标问题，需要提高汽车发动机润滑系统清洁度和减小颗粒度。发动机缸盖内腔孔系毛刺和多层水套型腔切屑、杂物是影响其清洁度和颗粒度的最重要因素。基于此，提出了一种全新的智能清洁单元.它由物料的数字标识、集成防水耐蚀机械手的工业智能机器人、交叉孔靶向去毛刺装置、内窥镜预判装置、多层水套定向除屑清污装置、高速照相比对质量预判装置、探入清洁防撞系统、工件极限干燥装置、清洗液再生装置、气动控制系统、智能化控制及远程故障诊断系统构成。此单元不仅解决了发动机缸盖清洁度和颗粒度的难题，同时很好的解决了传统清洗机造成的资源浪费、环境污染等问题，具有较好的应用价值。

缸盖清洁单元；靶向去毛刺；多层水套

0 引言

改革开放以来，汽车产业越来越突出的显示出其在国民经济发展中的重要地位，目前我国汽车产业发展非常快，汽车产业是科技创新和技术进步最活跃、最积极的领域之一，是吸纳和体现各种新技术、新材料、新工艺、新装备的重要载体，一个国家汽车工业和一个汽车企业的国际竞争力取决于制造工艺与装备的先进性及质量成本。汽车产业的发展，必然伴随装备制造业的发展。目前我国汽车产销均超2300万辆，连续五年居世界第一。

发动机作为汽车的心脏，其质量决定了汽车产品的品质，而缸体、缸盖、曲轴、连杆和凸轮轴作为发动机五大零部件，更是其核心所在。然而在加工过程中它们会产生大量的不规则的杂屑杂质，如果在装配前不将这些切屑、杂物等清洁干净，总装后的发动机在工作运行的时候，将造成汽车动力总成致命故障和排放超标问题。因此，考核发动机质量的重要指标为清洁度和颗粒度。发动机缸盖内腔孔系毛刺和多层水套型腔杂屑是影响清洁度和颗粒度的最重要因素。

基于此，本文提出了一种全新的智能清洁单元，它由物料的数字标识、集成防水耐蚀机械手的工业智能机器人、交叉孔靶向去毛刺装置、内窥镜预判装置、多层水套定向除屑清污装置、高速照相比对质量预判装置、探入清洁防撞系统、工件极限干燥装置、清洗液再生装置、气动控制系统、智能化控制及远程故障诊断系统等构成。

1 防水耐蚀机械手

鉴于清洁单元工作环境的特殊性，防水耐蚀机械手主体采用化学镀镍磷表面处理，通过耐蚀密封圈进行运动及固定部位的密封，实现了针对恶劣及特殊使用环境的高等级防水、耐蚀；利用齿轮齿条机构的设计保证手爪夹持工件的同步，有效提高了夹持精度；通过机械锁紧机构的应用，提高了夹持动作的可靠性，解决了机械手高精度定位、防水、耐腐蚀、耐高温、同步夹紧和夹紧防松等诸多技术难题，防护等级达到IP68，如图1所示。

图1 防水耐蚀机械手

2 拟人涮洗技术及装置

利用工业智能机器人模拟人类翻转、横移等动作在水槽内完成涮洗。水槽内配置各种用途的喷嘴，用于搅动水流，辅助清洁。机器人和机械手具有较高的精度和可靠性，突破了传统机械结构的限制，提高了生产率，真正达到了结构简单，清洁高效。将复杂机械结构简化，使运行故障率大幅降低，各工位动作更加可靠。本装置通过三维软件对流体的仿真模拟，可以达到理想的清洁效果，如图2、图3所示。

图2 水槽未放入工件流体状态

图3 水槽放入工件流体状态

3 拟人清洁技术及装置

机器人通过机械手夹持工件，在空间坐标里，将工件被清洁面贴住清洁喷嘴慢速移动进行扫洗；将工件的一般孔隙对准专用清洁箱上的喷嘴进行定点定位射流喷洗；将工件的重要孔隙（缸体与缸盖间联接螺纹孔，缸体与主轴瓦盖把和螺纹孔等）定点套入专用插管喷嘴进行探入可编程清洁；多层水套通过内窥镜预判，机器人有针对性自动选择定向除屑清污，如图4所示。

针对传统工艺，智能清洁单元进行了改进，将传统清洁的多工位并联机构设计为串联机构，只需单一水泵逐个工位供水，装备的水泵数量可以减少一半，从而使清洁泵总流量大大减少，由传统清洗机的180m3/h，减小到80m3/h，相应的过滤泵由原来的200 m3/h减小到100m3/h。通过这些新技术的应用，最终使装备的总功率由原来的120kW下降到59kW，降幅达到50%，有效节约了各项资源。

图4 清洁箱示意图

4 靶向去毛刺技术及装置

根据内窥镜预判，对油道交叉孔中因加工而产生的毛刺采用针对性的靶向去除。在工件移动的同时，随动导向机构也随之下降或上升，保护插管能够在主油道中相对顺畅运行。

采用探入可编程清洁防撞系统，如果油孔没加工或因意外插管未套入，则插管会柔性容让并报警，避免了工件和插管的损伤。

5 内窥镜预判与高速照相比对预判

引进医学内窥镜检查技术，在上料工位前设置内窥镜检测装置，对主油道交叉孔的毛刺进行检测，检测结果存入工控机，当该工件进入清洁工位，机械手抓取该工件，机器人自动根据内窥镜检测结果所对应的程序靶向去除交叉孔毛刺；同时，内窥镜检查装置也对多层水套进行检测，检测结果存入工控机，当该工件进入清洁工位后，机械手抓取该工件，机器人自动根据内窥镜检测结果所对应程序对多层水套定向除屑清污。

对清洁后的工件拍照，照片存入工控机通过专用软件与清洁质量合格件比照判定是否合格，不合格时机器人自动根据污染物位置和程度所对应的程序定向去除污染物。

6 极限干燥技术及装置

工件被清洁后，保证其干燥度是为下序生产做准备，也是工件防锈的重要措施。本技术和装置使用了真空室独立技术和油式旋片真空泵组技术。真空室独立技术极大的提高了设备结构的灵活性，使设备在制作和后期扩容、改造方面更加方便，而油式旋片真空泵组技术则极大地提高了系统的真空度，传统装备真空度为650Pa，而采用新泵组技术创新后仅70Pa，极大地提高了工件的干燥度。另外，干燥过程排出的水汽经循环再生系统处理后可继续使用，提高了水资源利用率，节约能源、降低排放。

7 清洗液再生技术及装置

本装置采用了当今世界上先进的自动反冲免维护过滤技术制成过滤器。过滤精度高、运行可靠、免维护；采用了切屑离心干燥技术，将残存于切屑中的清洗液分离出来循环使用。通过上述循环再生系统，增加清洗液的使用寿命，有效减少了单位时间内清洗液的排放、挥发和飞溅，水和清洗剂的消耗量仅为原技术的1/6，节水和节约成本效能十分明显。

8 智能化控制及远程故障诊断系统

清洁单元采用机器视觉技术（感知），采集发动机零部件特征和被清洁部位特性等相关信息，根据所采集信息，机器人自动分析数据（分析），自动编制并智能控制清洁程序（决策），结合可编程控制（PLC）系统、PROFIBUS-DP现场总线及以太网通讯技术（自动控制）实现清洁工序的智能化控制，如图5所示。

图5 清洁单元控制系统构架图

9 清洁单元远程诊断系统

当前，国内在远程服务方面的研究应用主要集中于医疗系统，在制造业中应用较少，但此系统已成为制造业研究开发的热点。远程故障诊断系统由状态监测和故障诊断两部分组成，核心部件是设备状态监测和故障预处理终端；在设备的关链部位，根据需要安装不同的传感器，在线获取震动、温度、转速等运行状态信息；同时通过控制系统智能通讯接口，获得控制系统各种电气状态数据和出现的故障代码，综合进行各种数据的预处理，并利用状态分析和故障处理技术，形成状态数据和故障数据包，并在出现故障或潜在故障的时候，利用网络将该数据包发送到设备生产厂家的远程故障诊断中心，完成远程状态监测和故障诊断终端的功能，如图6所示。

图6 清洁单元远程诊断系统构架图

10 结束语

发动机缸盖多层水套智能清洁单元具有完整合理的工艺路线、智能化程度高、使用稳定性好等特点，在解决清洁度和颗粒度的难题基础上，同时很好的解决了传统清洗机造成的资源浪费、环境污染等问题。其核心指标与传统清洗设备比较，油道清洁度由10mg提升至5mg，总体清洁度由40mg提升至20mg，并且清洁单元运行稳定，状况良好，有推广价值。

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（编辑 赵蓉）

The Development of the Cleaning Unit for the Engine Cylinder Head Multilayer Water Jacket

WANG Hai-yang
（Technology Center，Dalian Modern Auxiliary Machinery Development&Manufacturing Co.Ltd，Dalian Liaoning 116600，China）

In order to reach the emissions standard and reduce the fatal fault because of the cuttings and debris in the engine，it is quite neccessary to improve the cleanliness of automobile engine lubrication system and reduce the particle size.The engine cylinder head inner cavity holes'burr and the cuttings and debris in multilayer water jacket cavity are one of the important factors affecting the cleanliness and granularity.Base on this point，a new kind of intelligent cleaning unit is introduced.This unit consists of the material number identification module，the industrial robot module integrated with a waterproof corrosion resistant gripper，the targeted cross hole deburring device，the endoscopic pre-judging device，the multilayer water jacket cavity fixed-point remove cuttings and clean up dirt device，the quality comparison pre-judging via high-speed photographic technique device，the plug-in clean collision avoidance system，the workpiece extremely dry device，the cleaning fluid regeneration device，the pneumatic control system，the intelligent control system and the remote fault diagnosis system.This unit not only solves the problem of engine cylinder head cleanliness and the granularity，but also good to solve the problems about the traditional washing machine which creates the wasting of resources and causes the environmental pollution.Therefore，it is valuable to apply and spread.

cylinder head cleaning unit；targeted deburring；multi-layer water jacket

TH32；TG65

A

1001-2265（2015）06-0143-03 DOI：10.13462/j.cnki.mmtamt.2015.06.039

2015-01-10；

2015-05-15

王海洋（1985—），男，辽宁大连人，大连现代辅机开发制造有限公司技术中心工程师，（E-mail）wang-haiyang-1985@163.com。