柴油机设计阶段的可靠性技术与矿用防爆柴油机的配套可行性研究

柴油机设计阶段的可靠性技术与矿用防爆柴油机的配套可行性研究

发表时间：2018-05-18T11:45:21.590Z 来源：《基层建设》2018年第3期作者：李艳勤

[导读] 摘要：柴油机在国民经济当中占据了重要的地位。

广西玉柴动力股份有限公司 537005

摘要：柴油机在国民经济当中占据了重要的地位。作为一种保障型技术，可靠性技术对于柴油机正常使用有着重要的保护意义。对于柴油机寿命周期而言，设计阶段最主要的阶段之一通过分析柴油机的工作原理和工作过程将可靠性工作运用到设计阶段，就可以将柴油机整体的可靠性提高，避免柴油机费用的耗费。

关键词：柴油机；设计；可靠性；发动机设计

前言：柴油机有着良好的动力性、经济性、方便性特点，是目前移动式机械设备的主要动力装置。而产品的可靠性，可以将产品设计与制造当中存在的缺陷逐步地改善，有利于在产品可靠性提升的过程中将产品存在的缺陷或者是薄弱环节消除掉，这样可促进产品可靠性的全面提升。

1.柴油机设计阶段可靠性工作开展的意义

在柴油机寿命周期费用当中，设计研制阶段的费用只占据了很小一部分，但是设计研制阶段却会影响到寿命周期费用，实际而论，在方案的论证以及设计阶段就将生产与使用阶段的费用都决定下来了。在寿命周期当中，对于出现的设计错误或者是失误，如果纠正的时间越，所需要付出的代价越高。可靠性工作是从论证系统方案开始的，也是贯穿了从设计到使用阶段的，越早越好。站在系统寿命周期费用的角度上来思考为了确保系统可靠性保持较高的水平，就应该越早的开展可靠性工作，这样就不会花费过多的全寿命周期费用，而设计研制阶段正是其中最重要、对寿命周期费用影响最大的阶段。开展设计阶段的可靠性工作对降低柴油机寿命周期成本，具有十分重要的意义。

2.各个阶段柴油机寿命周期的可靠性工作技术

2.1 方案论证阶段：在这一个阶段主要是对现行的机型进行分析，做好市场的调查用户的需求分析，能够做到“知己知彼”，将新机型的计划与定义都提出来，然后将新的计划任务书输出，作为设计研制阶段的基础条件。在这一个阶段的工作就是对新系统发展方向的根本决定。

2.2 设计阶段：这一个阶段主要是按照计划任务书当中的内容，从粗到细的系统化设计，这样才能够奠定柴油机系统功能的物质基础。系统最终会拥有一定的技术特性和功能，也只有将每一个工作过程细化，才能够实现这一部分的技术与功能。设计阶段时对系统固有可靠性的根本性决定阶段。虽然柴油机的可靠性也会受到后续过程的影响，但是设计阶段对于固有可靠性的决定是柴油机可靠性的上限，而其余的因素最多就可以保证系统实际的可靠性能够与固有可靠性尽可能地接近。

2.3 研制阶段：（1）在开发样机时，主要的可靠性工作有：分析设计阶段的故障模式以及具体的影响，进一步更新与细化对故障树的分析，对于在设计阶段无法考虑或者是未能考虑到的故障模式进行补充；通过零部件可靠性水平的设计与选择，可以将系统以及子系统的可靠性情况加以预计看起是够能够满足可靠性的目标要求；对于重要的零部件，可以进行可靠性色剂修改工作，确保其可靠性水平能够符合设计标准。（2）对于测试与评价阶段的可靠性工作包含了：将故障模式以及故障树的分析补充到新的故障模式之中，然后对于故障产生的影响以及产生原因进行分析；根据可靠性的验证试验，就可以进一步分析试验结果：根据样机的实际情况还可以将部分的设计进行修改，做好可靠性分配结果的最终调整。

2.4 生产阶段：这一个阶段主要是制作柴油机的各个子系统以及组成部分，确保设计能够得以实现。这一个阶段分为和批量生产两个阶段：（1）在阶段的可靠性工作：确保设计可靠性能够满足可靠性目标的要求。（2）批量生产阶段的可靠性工作就包含了：分析设备故障数据，做好产品生产流程的监控，确保可靠性目标能够稳定实现。

3.矿用防爆柴油机的研究

3.1 温度的控制：防爆柴油机对温度控制有严格的要求，其主要是控制两个方面的温度：（1）柴油机及其附属装置的表面温度；（2）废气排放到大气环境前的出口温度。在防爆柴油机的设计中，要通过选择良好的冷却方式和有效的隔热措施来满足表面温度的要求。柴油机的冷却方式有水冷和风冷两种，只有水冷方式才具备有优良的、均衡的冷却能力，故防爆柴油机必须采用水冷方式。而对于表面温度很高的零件，如排气管路中的零件表面温度可达300摄氏度以上，只有再通过采取有效的隔热措施来满足温度控制要求。由于柴油机废气温度可高达650摄氏度，该温度已经超过了许多可燃性物质的引燃温度，废气在排放到空气环境前，必须经过降温处理，在排气系统的设计时，必须设计有废气冷却装置，对废气进行冷却控制出口温度。

3.2 火焰和火星的消除：为了消除柴油机在工作时排放到空气中的火

焰和火星，在防爆柴油机设计中，通过设计隔爆结合面和设置火焰消除装置来抑制消除火焰和火星。柴油机成为潜在的引燃源，其中燃烧室是源头。燃烧室并不是一个独立的、完全密闭的空间，它是由缸盖和缸体通过螺栓联结构成燃烧室固定元件，再与运动的活塞顶部包围构成，而且气缸盖上还有进气门、排气门、喷油器孔与燃烧室相通。

在柴油机的工作过程中，燃烧室内产生的火焰火星和热气体，均有可能从这些结合面泄露到大气中，对这些结合面的尺寸、配合进行特殊的设计，来抑制火焰火星和热气体泄漏到大气中。

3.3 电气元件的设计：为了满足一定的功能和监控柴油机是否正常工作，柴油机装配有发电机、传感器及电磁控制器等电气元件，这些元件在工作过程中，不可避免地产生电弧和电火花，为了控制和消除电火花，在防爆柴油机设计中，需将电气元件设计成隔爆型或本质安全型，或者是采用非电气元件代替电气元件。现代柴油机向电子控制方向发展，最大的特点是电子元件在柴油机上广泛应用，防爆电气元件的设计将是今后防爆柴油机研究的主要工作之一。

3.4 零部件材料的选用：（1）构成柴油机的主要零件有300多个，制造材料有金属和非金属之分。在防爆柴油机设计中对材料的选取遵循以下原则：外露的零部件，如水管、进气软管、输送带等非金属材料的零部件，由于非金属材料一般易产生静电和易燃烧的特性，应采用电阻值小于1 x 10Q的不燃或阻燃性材料制造。（2）外露的零部件都有可能受到撞击，为了避免机械火花的产生，尽量不使用轻金属材料。对更换材料困难的零件，可采取表面喷涂防护层或设置钢质罩壳保护措施。

结束语：随着现代化技术的不断发展，柴油机也在朝着精密化、大型化以及高速化的方向发展，工作性能也在不断地完善。但为了确