冷试发动机夹具结构及其工作原理

邹修贤

（上汽通用五菱汽车股份有限公司宝骏基地发动机工厂，广西柳州545007）

冷试发动机夹具结构及其工作原理

邹修贤

（上汽通用五菱汽车股份有限公司宝骏基地发动机工厂，广西柳州545007）

介绍了汽车制造企业发动机装配线发动机全自动冷试测试设备的发动机夹具系统，阐述了发动机夹具的机械机构及工作原理，并总结了气动夹具、液压夹具各自的优缺点。

冷试；发动机夹具；工作原理

发动机冷试是一种检测总装流程错误及发动机零件缺陷的测试方法，可以检测发动机的启动扭矩、油压、NVH、相位、VVT、进排气真空度等，具有高精度、高效率、测试项目多的特点。夹具是发动机冷试设备实现高精度、高效率测试的基石，发动机的准确定位、可靠的夹紧、高速驱动都需要通过夹具来实现。本文介绍冷试测试台架发动机夹具的机械结构与工作原理，并以多年生产线积累的经验对不同的夹具作了对比与分析，对冷试台架发动机夹具的改进或设计具有参考意义。

1 发动机夹具作用

冷试设备在测试发动机时为了能够更准确地反映出发动机在车载时的各项参数以及机能，要求模拟发动机在整车上的安装方式，这就要求发动机悬空夹紧在设备上。发动机夹具的作用便是将发动机悬空夹紧，使得发动机在测试时位置满足要求且紧固、不出现松动。

2 发动机夹具布局及工作原理

冷试发动机夹具组一般由2～4个夹具和2个定位销组成，定位销与缸体上的销孔配合让发动机以正确的体态被夹紧，夹具则通过夹紧缸体壁将发动机夹紧。如图1中的发动机夹具组由3个夹具和2定位销组成，图中可见2、4号夹具两端均可夹紧，其长的一端用于夹紧小机型，短的一端用于夹紧大机型，3号夹具则只能夹紧小机型，1号夹具只用于大机型。

图1发动机夹具布局

图1 是发动机的夹紧状态，正常测试时发动机被分布在发动机周围的3个夹具夹紧，而在夹紧前，发动机的夹具状态则是竖直状态，这样才能让发动机顺利的进出测试站而不与夹具干涉。所以这就规定了发动机夹具的动作是旋转+夹紧。发动机夹具夹紧的类型是外部拉压夹紧[1]，图2是发动机夹具4的剖面，图中0007定位销用于定位发动机，由于夹具容易磨损，因此与发动机接触的是硬质块0006，0005连接在夹具执行机构上。发动机缸体壁夹紧在008与006之间。

图2 发动机夹具剖面图

3 发动机气动夹具

发动机气动夹具是由气缸来作为夹具的执行机构，如图3所示，夹具由四个气缸、夹紧块、转动轴等组成，四个气缸联合工作实现了发动机夹具夹紧、放松、旋转、锁定等动作。如图4所示。

图3 发动机气动夹具

图4 发动机气动夹具剖面图

4 液压夹具

液压夹具整个夹具由一个整体的联动液压缸加上夹紧块组成，联动液压缸可以移固定的顺序实现旋转、夹紧两个动作。如图5所示。

图5 发动机液压夹具

如图6是液压夹具的控制原理图，液压夹具通过一个换向阀来同时控制3个夹具的旋转、夹紧动作，液压回路简单。

图6 发动机液压夹具控制原理

5 气动夹具与液压夹具对比

从上文对两种夹具的描述中可以了解到，无论是气动夹具还是液压夹具，都是为了实现旋转、夹紧这两个动作，但是两者在机构上却差异非常大，从以下几方面来对比。

（1）兼容性

气动夹具是使用几个气缸通过非标件组合在一起，通过对旋转气缸的锁定位置的控制，可以实现2个以上的夹紧位置，意味着气动夹具可以实现兼容2种以上的不同尺寸的发动机；液压夹具是联动的整体液压缸，其动作顺序以及可以旋转的角度在设计之初便以确定好，不能再变动，所以设备上同一个液压夹具只能够夹紧一种尺寸的发动机，要想兼容更多尺寸的发动机，目前只能够以增加夹具数量的方式来实现，如果想用好几个液压缸组合起来实现兼容性更好的组合气缸，实现难度非常大，其一是液压压力大，需使用钢管连接，如果组合起来管路会非常复杂，另外对于设备设计者来说，液压缸的组合设计难度要大于气缸。

所以在兼容性这方面来看气动夹具要强于液压夹具。

（2）稳定性、可靠性

气动夹具是组合夹具，其机构繁多，为了解决气体存在可压缩会使夹具在测试过程中松动的问题，每个执行动作的气缸都需要做抱闸机构，空气的可压缩量大，会让气动夹具的稳定性下降，同时不同的气缸之间的通过机构连接，连接点数量大，极大地增加了夹具可能发生故障的概率；液压夹具结构简单，是一个整体的独立单元，其发生故障的概率要低于组合的气动夹具，其次，液压相对于气压力量更大，更稳定、更可靠。

所以在稳定性与可靠性方面，液压夹具要强于气动夹具。

（3）可维修性

生产线的设备使用过程中由于其使用时间长，一般的工厂是8 h 3班倒或10 h 2班倒的生产制度，设备在长期使用中不可避免会发生故障，在产能要求较高的情况下，一旦设备发生故障，就要求维修部门可以快速的修复。

从维修方便性来看，由于气动夹具体积大，受限于设备不能做太大，意味着夹具与台架之间的空间要很小，小空间不利于维护的进行，而液压夹具由于液压系统可以采用较高的油压，但个油缸并不需要很大的夹紧力，所以夹具中的液压缸可以做成较小的尺寸[2]，这就使得液压夹具体积小，维修空间大，更利于维修。从故障点来看，根据现场的使用经验气动夹具最常见的故障是里面的轴承损坏、旋转锁紧销断裂、旋转锁紧感应块断裂、旋转不到位等故障。液压夹具常见的故障是液压接头处密封圈老化漏油、导致压力不够，夹具无法动作，液压缸内部密封圈老化等故障，液压夹具的故障点少于气动夹具，且液压夹具整体更换简单。

所以在可维修性方面，液压夹具要强于气动夹具。

6 结束语

本文介绍了冷试发动机夹具的工作原理及其机械结构，阐述了气动夹具与液压夹具的优缺点，随着社会发展，人们对汽车的要求会越来越高，相应的对发动机的制造要求也会提高，尤其是NVH的测试，发动机的NVH直接影响到汽车的舒适度。所以对于冷试夹具，则会要求有更高的稳定性与精度，那么液压夹具便会逐渐取代气动夹具，而液压夹具也会朝着更好的兼容性、更稳定、智能化控制液压这个方向发展。

[1]吴拓.现代机床夹具典型结构实用图册[M].北京：化学工业出版社，2015：66-73.

[2]朱耀祥，浦林祥.现代夹具设计手册[M].北京：机械工业出版社，2009：506.

The Clamp System and Control Principle of Engine Cold Test

ZOU Xiu-xian
（Engine Plant，SAIC-GM-Wuling Auto Co.，Ltd.，Liuzhou Guangxi 545007，China）

This paper introduces the engine clamp system of engine automatic cold test equipment in an engine assemble line of one automobile manufacturing enterprise.The paper told us the mechanical structure and working principle of engine clamp and，summarizes the merit and demerit of pneumatic clamping and hydraulic clamp.

cold test；engine clamp；principle of operation

TG759

B < class="emphasis_bold">文章编号：1

1672-545X（2017）05-0179-02

2017-02-13

邹修贤（1989-），男，广西桂林人，本科，助理工程师，研究方向：发动机装配线自动化。