新型机动车发动机维修辅助装置设计研究

王鹏飞，宋林，赵晏林，张学刚，廖映华

（1.攀枝花学院智能制造学院，四川 攀枝花 617000；2.四川轻化工大学，四川 自贡 643000）

0 引言

发动机是机动车的重要部分[1-3]，机动车的一些基本性能都直接或间接与发动机的性能相关，发动机的故障占全车的故障比例最高[4-5]。发动机损坏时一旦维修操作不当或者缺乏维修，轻则会导致发动机工作异常、油耗高，重则导致发动机直接报废，所以发动机故障的维修在机动车维修中最为重要。进而导致发动机的维修工作也越来越受到关注[6-7]。

1 常见的发动机故障

1）启停故障。发动机发生启停故障是非常常见的故障，启停故障的直接表现为机动车无法正常启动或者正常行驶过程中机动车发动机突然停止。前者只是影响机动车的正常使用而后者则非常危险，极易引发交通事故。因此机动车发动机启停故障受到了人们的广泛关注。从实际反馈来看，与其他故障相比，发动机启停系统出现故障的概率相对较高，具体原因和表现如表1所示。

表1 发动机启停故障原因及表现

2）噪声故障。正常情况下，机动车发动机正常工作时因为其零部件的运转会有极小的声响，而且这种声响往往频率较低、有规律，将这类声音称之为正常声音。因此往往出现频率高、响度大等特点的声音称之为异常声响，也就是噪声。一旦机动车发动机出现噪声这种现象，机动车使用者必须立刻引起关注，因为这类噪声往往是发动机零部件出现松动或者供油不足引起的。为了避免供油不足和发动机零部件松动引发更严重的故障，使用者应该立即对发动机进行检修，否则必定造成更大的损失。

3）异常温升故障。发动机启动之后，由于发动机工作中能量的转化，温度会慢慢升高，加上机动车行驶过程中促进散热，会使得发动机温度维持在一个稳定的值，但是一旦温度在正常工作中超过了该值，那么就认为发动机产生了异常温升故障。产生异常温升故障的通常原因如表2所示。

表2 发动机异常温升故障原因及表现

4）油耗异常故障。机动车经过一段时间的使用，通常油耗会慢慢增加，如果油耗增加过于明显，必须对发动机进行检修，因为产生油耗明显增加的原因往往非常危险。发动机油耗增加往往是发动机内部燃油不能充分地与空气进行接触，这种情况下将产生大量的一氧化碳有害气体，大部分随着尾气管排入空气，但是部分将进入车内，不管是行人还是车内人员长时间吸入将对身体造成难以想象的危害。

5）发动机润滑系统故障。对于高速运转的发动机来说，发动机润滑系统是非常重要的，常见的发动机润滑系统故障原因及表现如表3所示。

表3 发动机润滑油系统故障原因及表现

目前国内外对于汽车发动机维修辅助工装设备在技术和设备改造方面都进展不明显[8-10]，我国现在各地的机动车修配厂在修理或者检测机动车发动机时，一般都采用吊架或人工把发动机从车体吊出，或人力将发动机抬到一个固定的检修工作台面进行检测和维修，并且在检测和维修过程中往往需要对发动机进行翻转，因发动机体积和质量较大，因此该检修过程效率较低，工作人员往往会感觉非常吃力，增大发生人身危险的可能。

本文设计出一种新型机动车发动机维修辅助装置，该装置由发动机悬臂吊吊装机构、可360°旋转发动机固定卡盘、电动辅助提升机构组成，与现有维修装置相比具有操作简单、安全可靠、省时、省力、高效、清洁等优点，在机动车发动机维修领域有广泛的应用前景。

2 总体设计

该装置的设计旨在解决机动车检修过程中，从发动机拆卸下来的吊起、检修过程中的翻转、检修完毕后的吊回全过程问题。装置立体结构示意图和装置总体三维模型如图1所示。针对垂直方向的移动问题，本文采用小型悬臂吊来实现其功能，基本组成包括减速电动机、立柱、旋转臂、支撑臂、环链电动葫芦等；水平方向的移动功能采用手推式移动小车实现；旋转功能利用液压升降台将发动机移动到固定卡盘位置，固定发动机后降低升降台，利用减速器将手轮旋转传递给发动机以实现发动机的旋转，其主要组成包括手轮、减速器、发动机固定卡盘、电动辅助提升装置。

图1 装置立体结构示意图和装置总体三维模型图

3 关键零部件设计

3.1 悬臂吊装置

将发动机从机动车机箱吊出和发动机检修完毕后的吊回工作都需要悬臂吊装置完成，本文设计了如图2所示悬臂吊装置，该装置由电葫芦、工字钢、立柱组成，电葫芦及工字钢参数分别如表4和表5所示。在立柱上焊接2个加强筋，加强筋和工字钢连接处有圆锥滚子轴承，其型号如表6所示，其作用是保证电葫芦可实现沿着立柱周向的旋转运动。

表4 选用的电葫芦参数表

表5 20a型工字钢参数

图2 悬臂吊装置三维模型图

3.2 电动辅助提升装置

利用悬臂吊装置将发动机从机动车机箱或者其他地方移动到操作台后，需要将发动机提升到指定位置高度便于固定盘装夹，以及旋转后需要的辅助支撑。本文考虑到提升高度和发动机放置的方便，采用叉车式辅助提升装置，如图3所示。优点在于操作简单，便于发动机不同位置旋转后的支撑和发动机内部机油的排放。

图3 电动辅助提升机构三维模型图

3.3 360°旋转装置

发动机的检修过程中需要被翻转，并且考虑到发动机清洁问题，设计了图4所示的360°旋转装置，发动机固定卡盘由卡盘方立柱、旋转手轮、发动机卡盘和手动旋转减速机组成；手动旋转减速机安装在卡盘方立柱的内腔，手动旋转减速机的旋转轴与可360°旋转发动机固定卡盘连接，可360°旋转发动机固定卡盘上设置有发动机固定槽。如图5所示，力臂通过螺栓与固定卡盘上的固定槽连接。

图4 旋转装置三维模型图

图5 卡盘6和力臂7连接结构示意图

4 实施方式

如图1（a）所示，首先通过电动辅助提升机构将货叉12设置到最低位置，将发动机悬臂吊吊装机构移动至待修机动车车头的上方，吊起已经拆卸下来的发动机，再与电动辅助提升机构配合将发动机移动至可360°旋转发动机固定卡盘处，发动机固定卡盘6上设有发动机固定槽，通过力臂7和螺栓将发动机固定在发动机固定卡盘6上。然后摘掉悬臂吊钩，通过旋转手轮5带动发动机固定卡盘6可使发动机360°范围内随意旋转，便于对发动机检修。每次旋转之后都需将货叉12移动至待修发动机的下端面承重，来减少减速机旋转轴的受力，延长减速机旋转轴的使用寿命，并能防止螺栓滑丝，避免待修发动机从固定卡盘上脱落。发动机检修完成后，将电动辅助提升机货叉设置到最低位置，再将悬臂吊移动至车头上方，将发动机放回原位。

5 结语

该新型机动车发动机维修辅助装置考虑了整个检修过程的全部运动，不仅使机动车的维修过程变得简单可靠，还节约了检修时间，提高了检修效率。检修过程的离地操作，也防止了土屑对发动机的污染，保证了检修过程的清洁问题。从目前国内外发动机辅助维修装置的研究情况来看，该装置将会有巨大的应用市场。