發(fā)動機缸蓋多層水套智能清潔單元的研制

王海洋

（大連現(xiàn)代輔機開發(fā)制造有限公司技術(shù)中心，遼守大連 116600）

發(fā)動機缸蓋多層水套智能清潔單元的研制

王海洋

（大連現(xiàn)代輔機開發(fā)制造有限公司技術(shù)中心，遼守大連 116600）

為了減少發(fā)動機內(nèi)切屑、雜物等造成汽車動力總成致命故障和排放超標問題，需要提高汽車發(fā)動機潤滑系統(tǒng)清潔度和減小顆粒度。發(fā)動機缸蓋內(nèi)腔孔系毛刺和多層水套型腔切屑、雜物是影響其清潔度和顆粒度的最重要因素?；诖?，提出了一種全新的智能清潔單元.它由物料的數(shù)字標識、集成防水耐蝕機械手的工業(yè)智能機器人、交叉孔靶向去毛刺裝置、內(nèi)窺鏡預判裝置、多層水套定向除屑清污裝置、高速照相比對質(zhì)量預判裝置、探入清潔防撞系統(tǒng)、工件極限干燥裝置、清洗液再生裝置、氣動控制系統(tǒng)、智能化控制及遠程故障診斷系統(tǒng)構(gòu)成。此單元不僅解決了發(fā)動機缸蓋清潔度和顆粒度的難題，同時很好的解決了傳統(tǒng)清洗機造成的資源浪費、環(huán)境污染等問題，具有較好的應(yīng)用價值。

缸蓋清潔單元；靶向去毛刺；多層水套

0 引言

改革開放以來，汽車產(chǎn)業(yè)越來越突出的顯示出其在國民經(jīng)濟發(fā)展中的重要地位，目前我國汽車產(chǎn)業(yè)發(fā)展非?？?，汽車產(chǎn)業(yè)是科技創(chuàng)新和技術(shù)進步最活躍、最積極的領(lǐng)域之一，是吸納和體現(xiàn)各種新技術(shù)、新材料、新工藝、新裝備的重要載體，一個國家汽車工業(yè)和一個汽車企業(yè)的國際競爭力取決于制造工藝與裝備的先進性及質(zhì)量成本。汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，必然伴隨裝備制造業(yè)的發(fā)展。目前我國汽車產(chǎn)銷均超2300萬輛，連續(xù)五年居世界第一。

發(fā)動機作為汽車的心臟，其質(zhì)量決定了汽車產(chǎn)品的品質(zhì)，而缸體、缸蓋、曲軸、連桿和凸輪軸作為發(fā)動機五大零部件，更是其核心所在。然而在加工過程中它們會產(chǎn)生大量的不規(guī)則的雜屑雜質(zhì)，如果在裝配前不將這些切屑、雜物等清潔干凈，總裝后的發(fā)動機在工作運行的時候，將造成汽車動力總成致命故障和排放超標問題。因此，考核發(fā)動機質(zhì)量的重要指標為清潔度和顆粒度。發(fā)動機缸蓋內(nèi)腔孔系毛刺和多層水套型腔雜屑是影響清潔度和顆粒度的最重要因素。

基于此，本文提出了一種全新的智能清潔單元，它由物料的數(shù)字標識、集成防水耐蝕機械手的工業(yè)智能機器人、交叉孔靶向去毛刺裝置、內(nèi)窺鏡預判裝置、多層水套定向除屑清污裝置、高速照相比對質(zhì)量預判裝置、探入清潔防撞系統(tǒng)、工件極限干燥裝置、清洗液再生裝置、氣動控制系統(tǒng)、智能化控制及遠程故障診斷系統(tǒng)等構(gòu)成。

1 防水耐蝕機械手

鑒于清潔單元工作環(huán)境的特殊性，防水耐蝕機械手主體采用化學鍍鎳磷表面處理，通過耐蝕密封圈進行運動及固定部位的密封，實現(xiàn)了針對惡劣及特殊使用環(huán)境的高等級防水、耐蝕；利用齒輪齒條機構(gòu)的設(shè)計保證手爪夾持工件的同步，有效提高了夾持精度；通過機械鎖緊機構(gòu)的應(yīng)用，提高了夾持動作的可靠性，解決了機械手高精度定位、防水、耐腐蝕、耐高溫、同步夾緊和夾緊防松等諸多技術(shù)難題，防護等級達到IP68，如圖1所示。

圖1 防水耐蝕機械手

2 擬人涮洗技術(shù)及裝置

利用工業(yè)智能機器人模擬人類翻轉(zhuǎn)、橫移等動作在水槽內(nèi)完成涮洗。水槽內(nèi)配置各種用途的噴嘴，用于攪動水流，輔助清潔。機器人和機械手具有較高的精度和可靠性，突破了傳統(tǒng)機械結(jié)構(gòu)的限制，提高了生產(chǎn)率，真正達到了結(jié)構(gòu)簡單，清潔高效。將復雜機械結(jié)構(gòu)簡化，使運行故障率大幅降低，各工位動作更加可靠。本裝置通過三維軟件對流體的仿真模擬，可以達到理想的清潔效果，如圖2、圖3所示。

圖2 水槽未放入工件流體狀態(tài)

圖3 水槽放入工件流體狀態(tài)

3 擬人清潔技術(shù)及裝置

機器人通過機械手夾持工件，在空間坐標里，將工件被清潔面貼住清潔噴嘴慢速移動進行掃洗；將工件的一般孔隙對準專用清潔箱上的噴嘴進行定點定位射流噴洗；將工件的重要孔隙（缸體與缸蓋間聯(lián)接螺紋孔，缸體與主軸瓦蓋把和螺紋孔等）定點套入專用插管噴嘴進行探入可編程清潔；多層水套通過內(nèi)窺鏡預判，機器人有針對性自動選擇定向除屑清污，如圖4所示。

針對傳統(tǒng)工藝，智能清潔單元進行了改進，將傳統(tǒng)清潔的多工位并聯(lián)機構(gòu)設(shè)計為串聯(lián)機構(gòu)，只需單一水泵逐個工位供水，裝備的水泵數(shù)量可以減少一半，從而使清潔泵總流量大大減少，由傳統(tǒng)清洗機的180m3/h，減小到80m3/h，相應(yīng)的過濾泵由原來的200 m3/h減小到100m3/h。通過這些新技術(shù)的應(yīng)用，最終使裝備的總功率由原來的120kW下降到59kW，降幅達到50%，有效節(jié)約了各項資源。

圖4 清潔箱示意圖

4 靶向去毛刺技術(shù)及裝置

根據(jù)內(nèi)窺鏡預判，對油道交叉孔中因加工而產(chǎn)生的毛刺采用針對性的靶向去除。在工件移動的同時，隨動導向機構(gòu)也隨之下降或上升，保護插管能夠在主油道中相對順暢運行。

采用探入可編程清潔防撞系統(tǒng)，如果油孔沒加工或因意外插管未套入，則插管會柔性容讓并報警，避免了工件和插管的損傷。

5 內(nèi)窺鏡預判與高速照相比對預判

引進醫(yī)學內(nèi)窺鏡檢查技術(shù)，在上料工位前設(shè)置內(nèi)窺鏡檢測裝置，對主油道交叉孔的毛刺進行檢測，檢測結(jié)果存入工控機，當該工件進入清潔工位，機械手抓取該工件，機器人自動根據(jù)內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果所對應(yīng)的程序靶向去除交叉孔毛刺；同時，內(nèi)窺鏡檢查裝置也對多層水套進行檢測，檢測結(jié)果存入工控機，當該工件進入清潔工位后，機械手抓取該工件，機器人自動根據(jù)內(nèi)窺鏡檢測結(jié)果所對應(yīng)程序?qū)Χ鄬铀锥ㄏ虺记逦邸?/p>

對清潔后的工件拍照，照片存入工控機通過專用軟件與清潔質(zhì)量合格件比照判定是否合格，不合格時機器人自動根據(jù)污染物位置和程度所對應(yīng)的程序定向去除污染物。

6 極限干燥技術(shù)及裝置

工件被清潔后，保證其干燥度是為下序生產(chǎn)做準備，也是工件防銹的重要措施。本技術(shù)和裝置使用了真空室獨立技術(shù)和油式旋片真空泵組技術(shù)。真空室獨立技術(shù)極大的提高了設(shè)備結(jié)構(gòu)的靈活性，使設(shè)備在制作和后期擴容、改造方面更加方便，而油式旋片真空泵組技術(shù)則極大地提高了系統(tǒng)的真空度，傳統(tǒng)裝備真空度為650Pa，而采用新泵組技術(shù)創(chuàng)新后僅70Pa，極大地提高了工件的干燥度。另外，干燥過程排出的水汽經(jīng)循環(huán)再生系統(tǒng)處理后可繼續(xù)使用，提高了水資源利用率，節(jié)約能源、降低排放。

7 清洗液再生技術(shù)及裝置

本裝置采用了當今世界上先進的自動反沖免維護過濾技術(shù)制成過濾器。過濾精度高、運行可靠、免維護；采用了切屑離心干燥技術(shù)，將殘存于切屑中的清洗液分離出來循環(huán)使用。通過上述循環(huán)再生系統(tǒng)，增加清洗液的使用壽命，有效減少了單位時間內(nèi)清洗液的排放、揮發(fā)和飛濺，水和清洗劑的消耗量僅為原技術(shù)的1/6，節(jié)水和節(jié)約成本效能十分明顯。

8 智能化控制及遠程故障診斷系統(tǒng)

清潔單元采用機器視覺技術(shù)（感知），采集發(fā)動機零部件特征和被清潔部位特性等相關(guān)信息，根據(jù)所采集信息，機器人自動分析數(shù)據(jù)（分析），自動編制并智能控制清潔程序（決策），結(jié)合可編程控制（PLC）系統(tǒng)、PROFIBUS-DP現(xiàn)場總線及以太網(wǎng)通訊技術(shù)（自動控制）實現(xiàn)清潔工序的智能化控制，如圖5所示。

圖5 清潔單元控制系統(tǒng)構(gòu)架圖

9 清潔單元遠程診斷系統(tǒng)

當前，國內(nèi)在遠程服務(wù)方面的研究應(yīng)用主要集中于醫(yī)療系統(tǒng)，在制造業(yè)中應(yīng)用較少，但此系統(tǒng)已成為制造業(yè)研究開發(fā)的熱點。遠程故障診斷系統(tǒng)由狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷兩部分組成，核心部件是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障預處理終端；在設(shè)備的關(guān)鏈部位，根據(jù)需要安裝不同的傳感器，在線獲取震動、溫度、轉(zhuǎn)速等運行狀態(tài)信息；同時通過控制系統(tǒng)智能通訊接口，獲得控制系統(tǒng)各種電氣狀態(tài)數(shù)據(jù)和出現(xiàn)的故障代碼，綜合進行各種數(shù)據(jù)的預處理，并利用狀態(tài)分析和故障處理技術(shù)，形成狀態(tài)數(shù)據(jù)和故障數(shù)據(jù)包，并在出現(xiàn)故障或潛在故障的時候，利用網(wǎng)絡(luò)將該數(shù)據(jù)包發(fā)送到設(shè)備生產(chǎn)廠家的遠程故障診斷中心，完成遠程狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷終端的功能，如圖6所示。

圖6 清潔單元遠程診斷系統(tǒng)構(gòu)架圖

10 結(jié)束語

發(fā)動機缸蓋多層水套智能清潔單元具有完整合理的工藝路線、智能化程度高、使用穩(wěn)定性好等特點，在解決清潔度和顆粒度的難題基礎(chǔ)上，同時很好的解決了傳統(tǒng)清洗機造成的資源浪費、環(huán)境污染等問題。其核心指標與傳統(tǒng)清洗設(shè)備比較，油道清潔度由10mg提升至5mg，總體清潔度由40mg提升至20mg，并且清潔單元運行穩(wěn)定，狀況良好，有推廣價值。

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（編輯 趙蓉）

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，遼寧大連人，大連現(xiàn)代輔機開發(fā)制造有限公司技術(shù)中心工程師，（E-mail）wang-haiyang-1985@163.com。