农用柴油机故障特征检测与维修技术应用

刘 伟

(黑龙江省农业机械工程科学研究院，哈尔滨 150081)

0 引言

现代农业生产的实施与农业机械化密不可分，截至2020年底我国农作物耕种收综合机械化率达71.25%，农业机械的先进性已经成为影响农业生产质量和效益的重要因素。现阶段使用的大部分农业机械需要柴油机提供动力，柴油机也与农业机械的发展关系密切，农用柴油机随着农机技术的发展也实现了快速发展，并与我国的农业机械化生产实现了更好的契合。尽管近年来汽油机和混合动力机型也得到了快速发展，但目前来看，柴油机仍然是农业生产主要动力机械。由于农业生产过程会受到自然环境、农田环境，以及人为操作技术等多方因素影响，农用柴油机存在一定概率会发生故障问题，农机使用者与维修人员通过了解柴油机故障特征，有利于对故障问题的快速检测与维修，进而保障农业机械的使用效率。

1 农用柴油机技术现状

柴油机在我国的农业生产中应用了较长的时间，尤其是2004年以后，在《农业机械化促进法》的支持下，农业机械整体实现了技术飞跃，农用柴油机技术加强了与国产农机的技术融合，柴油机适用范围和产品种类实现了扩展与丰富[1]。现阶段使用的农用柴油机覆盖了8.8～150 kW(12～200马力)的主要动力区间，部分大马力拖拉机的配套动力超过了150 kW，以适应更大面积农业生产的动力需求。农用柴油机进一步结合了现代化柴油机的尖端技术，应用的技术包括了可变气门正时技术(VVT)、废气再循环技术(EGR)、均质混合气压燃技术(HCCI)、反应活性控制燃烧技术(RCCI)、部分预混合充量压燃技术(PCCI)、柴油机余热利用技术等。农业生产中使用的柴油机种类按照汽缸数量可分为单缸柴油机、双缸柴油机、多缸柴油机等类型，以适应不同体积、不同功能的农业机械使用[2]。尽管近年来我国的农用柴油机技术实现了快速进步，但与欧美等发达国家相比，仍存在着一定差距。一方面柴油机的制造精度、零部件使用寿命、燃油消耗、排放特性与欧美等发达国家存在较大差距；另一方面，欧美国家在农业机械平均动力水平方面具有明显优势，其使用的大部分农机动力在52 kW以上，远超我国柴油机配置水平，同时欧美国家农用柴油机对于可变截面涡轮增压器、电控供油、废气再循环等技术的普及率很高，更重视柴油机使用过程的节能环保。

2 农用柴油机的故障特征

从我国农用柴油机故障来看，其故障发生的特征包括以下几点。

2.1 随机性

农业生产机械化作业具有工作时间集中、工作量大的特点，农用柴油机在短时间内频繁使用故障发生概率明显增加，但总结故障发生的时间或周期规律，往往不会产生明显的规律性特点。由于农业生产过程中的使用环境、操作方法、作业强度、气候条件均存在较大差异性，柴油机故障发生的机械结构和位置、发生的时间、发生的原因均具有一定随机性，很难准确判断故障发生的时间，较难根据故障发生的时间规律进行相应的故障处理与预防工作[3]。

2.2 可预判性

随着柴油机在农业生产过程中的应用也积累了很多经验用以预判柴油机的故障。总体来说，柴油机的部分故障在严重影响使用功能之前，都会产生一定的异常特征，例如，异常振动、异常高温、排气异常、噪音明显、动力下降等，当柴油机出现这些问题时，往往表示已经存在故障问题，有经验的驾驶员或农机维修人员可根据以上故障特征预判可能存在的故障隐患，并提前处置，避免重大故障发生。

2.3 集中性

在对农用柴油机长期维修的过程中，可以总结出柴油机不同部位的故障率，从而统计出柴油机的常见易损件种类。表1为农用柴油机常见故障部位及易损件明细。可见柴油机的故障部件具有相应的集中性特点。例如，配气机构是控制柴油机空气供给与废气排出的机构，在柴油机运转过程中，进气门、排气门等结构持续频繁开关，则易出现气门间隙增大、挺柱磨损、凸轮磨损等问题，可针对集中性故障提前准备易损件，以备维修更换。

表1 农用柴油机常见故障部位及易损件明细

2.4 复杂性

农用柴油机包括了供油系统、配气机构、燃烧系统、冷却系统、控制系统等，各系统的结构和功能都十分复杂，各个系统组合在一起，则构成了更为复杂且需精密配合的柴油机整体。现代化的柴油机故障不仅涉及机械结构，还涉及电气控制功能的维修。当柴油机发生故障，对故障的判断与检查往往需要耗费大量的人力与时间，故障的判断与确定具有明显的复杂性特征。

2.5 滞后性

从我国现阶段的农机使用来看，农民对于农用柴油机的故障初期特征并不敏感，很多农民认为柴油机还能使用就不需要维修，导致很多故障的维修具有滞后性特点。当柴油机出现故障而送修时，常常已经发展成为中度到重度的故障问题，原本单一系统的故障问题也可能扩展到多个系统。柴油机故障的滞后性造成了维修难度和维修成本的增加。

3 农用柴油机的故障原因

3.1 柴油机技术性问题

一方面，由于柴油机工作原理使柴油机长期在高温高压下运转，造成柴油机很多部件会不可避免的成为易损零件，例如，活塞、气门等密封结构，还有一部分零部件如机油过滤器和空气滤清器也属于易损部件，若长期使用不更换，则易出现故障问题；另一方面，柴油机可能受到设计不合理，加工精度不合格，装配质量不合理等问题影响，造成柴油机出现一定的故障，这些都是柴油机产品结构和技术特征决定的，在柴油机使用过程中较难避免相关故障或零件损坏的发生。

3.2 操作技术性问题

受到农民使用习惯的影响，在农机使用过程中常存在操作不当或使用不规范等问题。例如，农业机械长时间超负荷使用、超速超载、时快时慢的驾驶等习惯会对柴油机造成严重的不良影响。此外不按时保养柴油机、忽视柴油机的异常状态，也可能造成柴油机的早期磨损和损坏，从而引发严重故障。现阶段，随着农机技术的不断提升，农业机械先进性增强的同时对驾驶技能的要求也越高，我国农民受到自身知识和能力的制约，目前驾驶操作技能提升缓慢，导致因为误操作而造成农机损坏和故障的概率大幅提升[4]。

3.3 环境因素性故障

我国的农田环境相对复杂，从地势上来说，平原地区更适合农业机械化作业，山地、丘陵或地表不平等地区农业机械作业环境相对恶劣，导致柴油机运转过程还受到颠簸、受力不均、偏置等问题影响，地区的严寒、酷暑、降雨、扬尘等气候也会提高柴油机的故障率。此外，部分地区使用地下水，也会造成冷却系统水垢积聚、堵塞等问题，影响柴油机在农业生产中的正常工况，易发生故障。

3.4 检测维修性故障

检测与维修的不合理也会造成柴油机出现故障，一方面我国基层的农机维修能力相对不足，正规的农机维修点不能完全覆盖农机作业区，导致柴油机不能得到及时的维修，造成农机故障的扩大化；另一方面，基层地区工作条件苦，工作收益低，很难吸引足够的高素质、高技术人才从事维修工作，导致柴油机在维修过程中常出现检测、分析过程不合理，故障维修过程反复拆装，故障维修不专业，零配件的更换不符合原厂要求等问题，导致柴油机故障的维修质量不达标，甚至出现在维修过程引入新的故障问题，造成柴油机使用效率低下[5]。

4 故障检测与维修技术

4.1 传统检测技术

农用柴油机主要在农村地区使用，传统的故障检测主要通过人工辅助相关的工具进行判断，早期的检测以人工判断为主，通过维修工人经验判断可能的故障位置，再结合压力表、内视表、拆装工具完成复杂的检测过程，该种方式对于故障的检测和判断需要耗费较长的时间。随着技术的持续进步，人工检测技术所能依靠的工具逐渐向智能化方向发展，人工检测还能结合测温仪、振动监测仪等提高检测效率，近年来市场上还推出了可以便捷使用的多功能检测仪(图1)，其具备丰富的接口和多种检测功能，能有效辅助人工进行检测和判断。

图1 柴油机故障综合检测仪

4.2 智能检测技术

智能检测技术主要指能够替代人工进行故障检测和判断的设备，包括智能检测系统、检测元件、数据库等功能，通过振动、温度、噪声、排气、油液等多方自动监测实现对柴油机故障的综合判断，但现阶段的智能检测设备在功能上存在一定的局限性，只能完成如供油提前角、机械磨损、汽缸压力等有限故障的判断，不能完全覆盖柴油机故障问题，加之设备售价高，普及率和应用率较低[6]。

4.3 柴油机故障维修技术

农用柴油机的故障维修应按照科学的流程实施，参考工艺流程如图2所示。维修方式包括拆卸调整、局部清洁、油液更换、渗漏粘补、密封件更换、磨损件修复、替换件直接更换等。随着维修技术的不断提升，传统难以维修只能更换的受损件可通过现代化的激光熔覆、表面喷涂等技术实现快速修复，有效降低了维修成本。

图2 农用柴油机维修工艺流程

5 结语

综上所述，农用柴油机是农业生产过程的重要动力保障，随着农机保有量的持续增长，柴油机所能发挥的作用也越来越大。对于使用过程中出现的故障问题，农机使用者和维修人员应当掌握常见故障的特征与原因，采取合理的检测方式与维修技术，确保故障问题得到合理解决，在保证柴油机功能恢复的同时避免故障的再次发生，使柴油机为农业机械化生产的高效实施贡献更大力量。