发电机组装配过程质量控制及常见失效模式分析

发电机组装配过程质量控制及常见失效模式分析

杨杰

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摘要：本文以发电机组装配过程质量控制为研究对象，以发电机组装配工艺为基础，根据发电机组装配过程中不同部件的装配特点，对每一个安装部件进行装配质量控制；用理论知识分析发动机常见的故障原因，并结合安装工位进行关键工位的划分及每一个安装过程的质量控制，将装配过程中的每一个工位都进行科学性、合理性的分配，提高装配过程质量的高效性和稳定性，生产出让用户满意的发电机组。

关键词：发电机组；装配过程；质量控制

一、概述

随着我国冷链物流行业的加速发展，冷链物流车的市场保有量逐步提升；与此同时，与冷链物流车配套的发电机组需求量逐步上升，发电机组为整个冷链车货柜提供电源，保证货柜内运输货物的质量安全，发电机组的质量稳定性至关重要。通过控制发电机组的装配质量，分析发电机组常见的故障以及出现故障的原因，提前防范质量风险，为用户提供质量可靠的发电机组设备。

二、发电机组的组成

图1  柴油发电机组总图

发电机组是一部由许多机构和系统组成的复杂机器（如图1）。发电机组的类型各不相同，但其基本构造相似。以柴油机发电机组为列，柴油机是发电机组的心脏，柴油机由两大机构四大系统（曲柄连杆机构、配气机构、燃料供给系统、冷却系统、润滑系统和启动系统）组成，目前国内主流发电机组的柴油机主要特点为立式、直列、水冷、四冲程、增压中冷、顶置双凸轮轴、每缸四气门和应用电控高压共轨技术。

图2 柴油发电动力               图3 发动动力曲柄连杆机构组成

柴油发电机组的主要组成结构为：（1）发动机。发动机是发电机组的核心，发电机组发电量的大小主要取决于发动机功率及电机功率的大小，其发动机占主要原因，柴油发动机由曲柄连杆机构、配气机构、供给系、冷却系、润滑系等组成部分。气缸盖和气缸壁共同组成燃烧室，是承受高温高压的机件。发动机的机体组包括汽缸盖、汽缸垫、气缸体及油底壳等。曲柄连杆机构(如图3)：它将活塞在气缸中的往复运动转变为曲轴的旋转运动，在膨胀行程中气缸内气体对活塞顶的压力通过曲柄连杆机构的传递变成扭矩输出，它包括活塞、连杆、曲轴和飞轮等，将柴油燃烧产生的动力通过飞轮输出，飞轮与电机相连，输出的动力带动电机工作。发动机配气机构：它是使新鲜空气及时冲入气缸并从气缸及时排出废气，它包括进气门、排气门、液力挺杆总成、凸轮轴、凸轮轴正时链轮、曲轴正时链轮等。发动机燃料供给系统：它是根据发动机各种工况要求，把经过过滤的柴油在规定时间内以一定的压力喷入气缸，它包括柴油箱、柴油滤清器、燃油泵、高压共轨、喷油器等。发动机冷却系统：它是利用冷却水为介质，将受热零件所接受的热量及时传递出去，柴油机冷却系统为封闭型强制循环水冷式，其结构主要有水泵、风扇、节温器、冷却水套和管路等。发动机润滑系统的作用主要是减少零部件直接的摩擦阻力，普通柴油机润滑系统包括机油泵、机油滤清器、机油冷却器以及管路等。发动机启动系统主要是依靠起动机的外力作用，使发动机由静止状态转入工作状态，包括起动机、冷启动加热器及附属装置。（2）发电机（如图4）。发电机是输出电压、电流的核心部件。发电机通常由定子、转子、端盖及轴承等部件构成。定子由定子铁芯、线包绕组、机座以及固定这些部分的其他结构件组成。转子由转子铁芯(或磁极、磁扼)绕组、护环、中心环、滑环、风扇及转轴等部件组成。由轴承及端盖将发电机的定子，转子连接组装起来，使转子能在定子中旋转，做切割磁力线的运动，从而产生感应电势，通过接线端子引出，接在回路中，便产生了电流。（3）散热器。冷却液经水泵加压以后，经水管进入气缸水套内，冷却液在流动的同时吸收气缸壁的热量，温度升高，冷却水经节温器进入散热器，与此同时，由于风扇的旋转抽吸，空气从散热器芯吹过，使流经散热器芯的冷却液的热量不断散到大气中去，达到降温的作用。（4）其它仪表等附件，用于读取发电过程中发电机组各参数。

图4 发电机组简图

三、发电机组生产过程质量控制

发电机组装配采用人工手动流水线装配生产的方式，为了确保发电机组装配质量，发电机组装配分为关键工序工位和一般装配工序工位，对关键工序的装配进行更为准确、严格的质量控制。同时，也利用发电机组测试台架及测试系统，对装配过程中的不合格产品进行检测，对不合格产品进行及时检查和修理；采用扭矩法对某些重要部件的安装进行力矩的控制，避免螺栓过紧或假紧造成质量问题；在每一个工位安装装配过程工序卡和注意事项的说明，让安装操作人员对部件的安装过程容易理解，对装配过程中的一些注意事项更加关注，避免错装或漏装；部分零部件装配前采用清洗机和人工结合的方式对部分零部件进行清洁，避免清洁度问题影响发电机组的质量；构成发电机组总成的单元零部件的质量是保证发电机组总成质量的基本前提，如果有部分零部件本身的质量不稳定，必将导致发电机组的质量不合格，成立零部件供应商质量考察部门也是必然，对所供应的零部件质量进行监控，加强装配过程质量控制，确保发电机组的装配质量，提高发电机组的整机性能，让用户用得放心。

图5 螺栓力矩要求

装配线的设备、工装、测量器具首先要能保证发电机组的装配精度和质量，同时也要保证发电机组的装配速度。在装配过程中能够准确采集数据和传输数据，提高发电机组装配生产过程的质量。

    （1）编码打刻机。用于发电机组编号的打刻，满足国家标准要求，编号可扫描，方便后续追踪装配的流转。

    （2）螺栓紧固方法。发电机组关键螺栓多采用扭矩角度法对螺栓进行扭紧，保证螺栓稳定、可靠和耐用。例如曲轴主轴承盖螺栓扭紧力矩，机体的重要扭紧部件有机滤器总成力矩、发动机前支承紧固螺钉、发动机支承紧固螺栓；曲柄连杆机构中的扭振减震皮带轮到曲轴螺栓的力矩、飞轮螺栓和连杆螺栓的力矩；气缸盖上的有凸轮轴轴承盖、气缸盖螺栓、喷油器压板螺栓、预热塞的安装力矩；正时驱动系统中的凸轮轴链轮螺栓、喷油泵链轮螺母、机油泵链轮螺栓；燃油喷射系统中的喷油泵螺钉、共轨连接到缸盖螺栓、高压油管到喷油器螺母，发电机与飞轮壳、飞轮连接处紧固螺栓，散热器支脚螺栓，发电机组减震垫螺栓等扭紧并做记录，出现扭紧不合格等现象进行原因分析，及时处理，提高发动机的安装质量。

（3）零部件清洁。发动机零部件的清洁度是影响发动机质量的重要因素，为了避免因为污染而造成的发动机性能故障，保证发动机的高性能和高可靠度，装配前用清洗设备对发动机的缸体、缸盖、曲轴、连杆、运转小车等部件进行清洗。电控高压共轨柴油机相比于传统的机械式燃油系统柴油机而言清洁度要求更高，电控系统燃油压力更高，控制更为精确，车间的粉尘、微粒等可能会影响其性能，需要清洁的安装现场才能确保整机的清洁度达标，不影响发动机的质量。

四、常见失效模式分析

在发电机组设计或装配过程中，由于设计的不合理或装配过程中质量管理的缺陷，在装配结束后的试车阶段会出现各种故障，常见的发动机故障包括：发电机组发电量不足、发动机异响、无法启动、冒黑烟、加速熄火、启动时间长等故障。在发动机装配之前提前分析出现故障的原因，结合装配线设置关键工序，避免这些故障的出现，提高发动机的生产质量。

（1）发动机异响：引起发动机异响的原因主要有配合间隙过大、润滑不良、紧固件松动等原因，所以在发动机装配过程中，要控制好每一个螺栓的扭紧力矩，避免出现假紧、松动的现象。（2）无法启动：导致发动机无法正常启动的原因有电压过低、ECU不上电或是损坏、无法建立正时同步、缸压不够、喷油器或油泵油轨故障等原因，在装配过程中确保曲轴、凸轮轴位置传感器接件安装稳定，避免在安装过程中出现接触不良的现象。(3)动力不足或冒黑烟：可能是进气系统堵塞或泄露、排气不畅通、增压器涡轮损坏或涡轮卡死、空气流量计故障等原因，装配过程中避免出现进气管卡箍不紧、进排气管中进入杂物或增压器中进入杂物的现象。（4）发动机加速熄火：发生这种情况的主要原因有低压油路或柴油冷却器堵塞使得油泵在高速时候供油不足；柴油冷却器和油路堵塞、油路中进入空气、进油及回油不畅通，在安装过程中确保油管密封，无任何弯折。（5）启动时间长：发生故障可能存在于预热系统、水温传感器、低压油路进入空气和喷油器故障等，如在安装电热塞时用扭矩扳手检测到达理论力矩要求，避免出现电热塞松动现象。

五、装配过程人工质量控制

人工现场质量管理是保证整机质量安全和员工人身安全的重要保障，在生产现场对员工的装配过程进行监督和发电机组质量进行监管，培养员工的装配质量意识和安装技能，对一些关键工位的安装质量进行更严格的要求，提高员工装配质量意识，保证发电机组的装配质量。

（1）为了保证发电机组装配过程中各种螺栓力矩满足工艺要求，各工位配备定值扭矩扳手，每天上线前要求操作者对本工位的定值扭矩扳手进行校对，记录数据，检查员对每个工位的定值扳手进行签字确认，满足要求后即可装配使用。

（2）质量管理检查员不定时到每个工位进行观察操作，观察操作者是否按照规定的作业方法操作，检查安装到发电机组上的物料编码是否正确，如有不同型号的机型进行装配，先提醒操作者查看跟随流动的物料装配明细表，提前准备物料，加快安装进度。

（3）专用工具使用注意事项。如用丝表架、千分表和固定曲轴转动工具检测活塞凸出量、活塞上止点时，上止点测量之后必须用固定曲轴转动工具锁住曲轴，目的是为了后续正确安装正时链系统，否则会造成混乱并损坏发动机。压曲轴油封时，封唇口不得产生歪扭和切边等现象，油封不能重复使用。固定凸轮轴、调整发动机正时和方便拆装链轮的正时卡具在装配前必须保持清洁。

（4）树立员工的质量意识，让员工都意识到产品质量影响企业形象的重要性，尽职尽责的完成自己工位的安装工作，其次提高员工的安装技能，加强基础技术训练，熟悉产品特性和工艺，不定期对员工进行培训，提高整体质量水平。

（5）制定《应急计划》对突发事件进行及时处理，如解决库存材料不足、员工有事请假需顶岗、零部件产品不合格等事件，对有质量问题的发动机进行隔离保存，找出对应的解决措施并进行整改。

六、结语

本文以发电机组的装配过程为研究对象，概述了发电机组的基本构造及工作过程，分析了发电机组的常见故障和原因，对装配过程中的质量控制进行具体说明。给出了在装配过程中具体控制质量的决策方法，从而提高发电机组装配过程中质量的高效性和稳定性。

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