QSK60发动机总成修理信息化管理
2023-06-25
来源:乌哈旅游
第4期 20l7年8月 内燃机 Internal Combustion Engines N0.4 Aug.2017 QSK60发动机总成修理信息化管理 李亭。闫志军,吴海峰 (神华准格尔能源有限责任公司设备维修中心,内蒙古鄂尔多斯010300) 摘要:QSK60发动机广泛应用在哈尔乌素露天煤矿矿用自卸卡车、发电车、装载机、EX3600液压反铲上,如何做好 QSK60发动机总成修理信息化管理就显得尤为重要:我们通过对QSK60发动机下机信息采集方法和预防性检修周期的建模 分析,总结发动机的更换规律.提出修理发动机的合理性建议,从而为企业节约维修成本,进一步提升设备管理水平 关键词:发动机总成修理;信息化管理;预防性检修 中图分类号:TK407 文献标识码:B 文章编号:1000—6494(2017)04—0053—05 QSK60 Engine Assembly Repair Information Management LI Ting.YAN Zhijun.WU Haifeng f Equipment Repair Center of Shenhua Zhungeer Energy Co.,Ltd.,Eet‘(tu ̄)si 0 1 0300) Abstract:The QSK60 engine is widely applied to off-high way mining tack,Loaderr and EX3600 hydraldie ba ̄、khoe al Haerwusu open—pit mine.It’s very.important to manage the assembly repair information for aIl QSK60 engines.This article supplies resonable suggestions on engine repair and engine change out regularities based on QSK60 engine removal data collection method and preventive maintenance(1yele model,which saves the repair cost and improves equipment management for the company. Keywords:engine assembly repair;information management;preventative maintenanee 0前言 QSK60发动机是美国康明斯公司应对当前和 动机大修甚至还有部分MT5500卡车也迎来了第二 轮发动机的大修,与此同时对于MT4400,930E卡 未来市场的竞争,以及世界范围的排放法规要求, 并借鉴K50发动机上的一些成熟经验进行开发的 V型l6缸四冲程柴油机,排量60 L。为了适应各 车发动机也即将全部完成第一轮发动机大修 QSK60发动机总成修理的信息化管理T作也就显 得尤为重要了,一方面做好QSK60发动机总成修 种设备的使用需求,康明斯公司生产出了一系列发 动机。包括单级涡轮增压发动机、双级涡轮增压发 理的信息化是建立在日常信息更新准确记录完善基 础上的不断积累形成的宝贵一手材料,能通过大量 的参数数据反映出设备的真实运行情况:同时.做 动机、电控发动机、带有离心机油滤清器发动机等 等,这些QSK60发动机用在哈尔乌素露天煤矿 (以下简称哈矿)的MT4400卡车、MT5500卡 好QSK60发动机总成修理信息化管理_T作能够在 总结分析的基础上提炼发动机修理呈现出的规律和 特点,以此更好地指导和开展今后QSK60发动机 车、EX3600液压反铲、930E卡车以及L2350装载 机上。QSK60发动机在哈矿设备的装机占比在 95%以上,功率分布在2 300~2 700 HP之间,能 的大修各项准备及相关工作。 在发动机大修计划执行方面还需要设备使用车 间根据设备的使用情况和有关管理制度严格规范发 够基本满足哈矿设备使用的动力输出要求。 随着QSK60发动机在哈矿设备的投产使用, 目前MT5500卡车发动机已经全部完成第一轮的发 作者简介:李亭(1983一),男,内蒙古赤峰市人, 动机的更换程序,能够做到既不提前更换发动机又 不至于造成发动机的曲轴、缸体、凸轮轴的损坏。 据统计,哈矿每年因各种原因造成发动机提前下 机,而需提前下机检修的发动机平均在2~3台。 随着近年来维修中心计划保养检修、维修质量保障 体系工作的扎实开展以来,因发动机保养和大修T 上程师,主要从事矿山柴油机保养、修理相关管理工作。 收稿日期:2017—04—21 ・54- 内燃机 2017年8月 作开展不到位造成发动机发生重大机械故障的数量 在逐渐下降,发动机的检修质量也在稳步提高。 发动机的检修水平无外乎修理人员的高度爱 岗敬业态度和一流的修理专业水平。近年来,发动 础上,经过每年讨论逐步完善形成的。发动机预防 性检修周期的形成很大程度上减少了QSK60发动 机突发故障的发生,同时减少了维修T人的劳动强 度,提高了维修工作效率。 1.2 QSK60发动机预防性检修周期的建模 1.2.1 QSK60发动机预防性检修基础信息记录 机的修理受制因素也是多种多样的。 a.发动机配件采购工期长。 b.发动机机型种类繁多,修理备件储备占用 QSK60发动机预防性检修信息包括发动机的 下机车号、车型、发动机序列号、大修El期、发动 机的运行时间、运走及运回日期、故障原因、新装 库存严重 c・.发动机的维修手册和资料更新速度快,需要 及时了解配件的升级换代产品。 d.先进的检修仪器和完善的检修T艺还需要 不断的引进和学习? e.机发动机序列号、装机日期、维修单位等。QSK60 发动机预防检修信息统计表(见表1)是统计和分 析QSK60发动机修理情况的基础: 1.2.2发动机信息统计的方法 在发动机到达预防性检修周期后,南相关车 间提出发动机下机申请,经生产技术部f】核实确定 QSK60发动机的序列号、装机Et期、运行时间、 检修人员的培训力度和培训范围还有待进一 步加强和提高。 1 QSK60发动机总成件预防性检修周期的 制定、 1.1 QSK60发动机预防性检修周期的早期形成 运行状态等信息后,报中心主管领导审批同意后准 许下机修理。在下机更换发动机的同时,由车间主 管工程师和维修人员做好下机发动机的基本信息统 计工作。受发动机小时数表损坏等因素影响,在统 计下机发动机运行时间时,一定要注意标明发动机 的装机小时数(H1)及装机日期、更换4,H,1数表 的4,H,f数运行底数(H2)和换表日期以及下机时 我矿QSK60发动机的检修工作原则是采用计 划检修兼状态检修。每年年初,公司会制定全年发 动机总成修理计划。发动机的大修计划提出一般在 发动机修理前的2000~4 000 h内提出来,经过车 间主修人员和技术管理人员的充分讨论后报送维修 中心生产技术部,由生产技术部组织中心级管理人 员二次讨论定稿后报送公司业务主管部门,在经过 小时数表的显示小时数(//3)和下机日期 然后 按照以下公式计算发动机装机使用时间(H)。 发动机装机使用U,/S司:H=(//2+/-/_3)一 1 只有计算出发动机下机时在车上运行的准确 公司相关业务主管部门三次审核后确定全年发动机 的大修方式和修理数量。 最初QSK60发动机的检修计划主要是依据发 动机保养维修手册和发动机生产厂家的大修经验提 叶IJ下机修理时间,一般建议QSK60发动机的大修 时间,才能在后续发动机信息化管理方面推算出发 动机的统计分析工作。 1.2.3 QSK60发动机换机记录的意义 期为20 000 h,但实际上QSK60发动机受:r作环 境、装车载重、燃油消耗率等因素影响,QSK60 系列发动机的实际下机修理周期不尽相同。 在这样的情况下,经过维修管理人员对 QSK60发动机机型的熟悉和运行规律的探索,逐 在准确记录QSK60发动机换机记录信息后, 可方便开展发动机的提报考核、出具验收单等工 作,有助于高效利用发动机信息化管理参数推算发 动机下机日期规律,进而合理开展发动机的大修工 作。 1.3 QSK60发动机预防性检修周期的建模分析 1.3.1发动机下机日期的制定 步提出了QSK60发动机的预防性检修周期的概 念。发动机预防性检修周期是建立在维修经验的基 表1 QSK60发动机预防检修信息统计表 第4期 李亭,等:QSK60发动机总成修理信息化管理 ・55・ 表1第5列可以汇总每台发动机的下机日期, 通过对下机日期的观察可以分析出发动机集中出现 在哪年及哪个月下机大修发动机较多。通过对发动 机下机日期的统计,发现MT5500卡车发动机第一 轮大修集中出现在2011年7月~2012年4月,第 二批大修集中出现在2015年9月~2015年11月 期间;而MT4400卡车发动机在2012年6月~ 2013年4月较为集中;930E卡车发动机的下机日 期多集中在2015年7月 2016年3月。 从发动机下机日期规律来看,QSK60发动机 每4年基本上进行一次密集修理。通过下机日期可 以反映出QSK60发动机的备机周转使用情况,开 展计划修理QSK60发动机的工作月份开展密集程 度。为下・年度开展QSK60发动机预防性检修工 作提供参考数据依据。实践证明,通过对发动机下 机日期规律的研究,可以减少QSK60发动机突发 故障的发生,更科学合理的将全年修理工作安排在 换机工作量较少的月份进行。 1.3.2发动机下机小时数的制定 QSK60发动机预防性检修周期的制定与发动 机下机小时数安排紧密相关。两者互相联系,密不 可分。QSK60发动机预防性检修周期是在大量 QSK60发动机下机小时数规律总结的基础上建立 和发展的产物。如果发动机预防性检修周期制定偏 小,会造成QSK60发动机大修间接成本浪费。如 果发动机预防性检修周期制定偏大,会造成 QSK60发动机拉缸、抱瓦的风险加大,增加发动 机的大修成本。 为了更好的对发动机下机时间进行统计分 析,假设 是下机小时数的随机变量,若 { 一 )] }存在,则称E{ 一E )] }为 的方差,记 作D ),即: J[) )=E{ 一E )12), 而称 )为标准差或均方差,记作 ), 即: )=丽 由定义知,方差实际上就是随机变量 的函 数g ): 一E )12的数学期望。于是对于离散 型随机变量,按照E(Y)=E )]=∑g(xk 式 有: 三 . D( )=二[ 一E )】2P 式中,P = )=Pk,k=1,2,…是 的分布 律。 对于连续型随机变量,按E(Y):E【g )】= 』 g(x)f(x)dx式有: D(X)=』 [ —E )】 厂∞ 式中, ∽是 的概率密度。 为了计算方便,我们进一步得到公式: D )=E )一 )】2 QSK60发动机的平均下机运行小时数为: 一 ∑ = =!: 离差表示各数值与平均值之间的离散程度, 其值等于与该数据集的平均值之差,即: =X 一 平均离差是把离差取绝对值,然后求和,再 除以变量个数,即: 一 ..... ...!............... l离差平方和是把离差求平方,然后求和,即: ∑(X 一 ) 方差是均方差的简称,它是以离差平方和除 以变量个数,-即: ::圣 二三 方差的数据分型应用于回归分析、正态分布 的检验,还可用与误差分析、评价数据精度、求取 变差系数等。 用以检测数据分析是否符合概率分布的正态 分布。 设 服从参数为 , 的正态分布,即: ~Ⅳ( , ) E )=f f(x)dx=f 击e一 令t: 得: E )=去』 (0r 贵』 {+去』 导 o+ ・ = 所以,E )= 。 这表明第一参数的 恰是该随机变量的均 值。 我们已经知道,正态分布N(g, ),其密度 函数的图形以X= 为对称轴。肛的概率含义为: 内燃机 2017年8月 它是该分布的均值。其实从均值的定义看出, 一般 的若随机变量密度函数图形是以x=C为对称轴, 则其均值必是C。 按照更换QSK60发动机的下机小时数来分析 与供应商开展产品升级改造洽谈。由于康明斯发动 机连杆、气门压块、缸套、活塞、中冷器、柴油压 板、前齿轮隋轮组件等存在设计缺陷,在后续的索 赔、洽谈过程中基本实现了QSK60发动机的整体 升级改造。 MT5500、MT4d00、930E卡车发动机的下机小时数 概率分布趋势图,从而确定QSK60发动机的平稳 运行区间正常运行的概率分布,超过QSK60发动 机风险小时数的要严加看护,必要时提前更换发动 机进行修理。 1.3.3发动机运走、运回信息统计分析 运走运回日期在一定程度上反映的是维修厂 家的维修业务能力,以及在组织修理配件采购周期 方面的能力,以便为企业安排大修理计划预留准备 实例一:QSK60发动机的三种机型MT5500、 时间,从而有序制定下一年度检修计划。通过对信 MTd400、930E卡车QSK60发动机下机运行小时数 息管理系统的优化来确定最佳的发动机下机装机时 图,见图1。 间,提高生产组织效率,让设备效率实现最大化。 1.3.4信息化管理反映出的问题及意见措施 25 000 c曼20 000 \_ _ 一 招标工作一般在6月份以后开展,造成维修压 k r 童15 000 力增加。据统计,2012 2016年哈尔乌素露天煤矿 i V l0 000  ̄930E发 维修大型QSK60发动机的数量的下机时间观察,其 一55O0发 5 000 中70%的QSK60发动机均安排在8月份以后才开 一4400发 0 始招标送修,这带来了维修下机工作短期内工作量 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 增加,另外进入11月份以后天气转冷给维修人员 下机台数/台 图1 QSK60发动机下机运行小时数统计图 带来了诸多不便。因此在保证备机充分的前提下, 尽量减少在入冬严寒极端天气里安排换机工作。 实例二:据统计2011~2016年,哈尔乌素修 另外发动机的下机修理多集中在下半年,受 理MT5500、MT4400、930E卡车QSK60发动机下 制于招投标工作开展工作滞后。因此应在每年年初 机小时数和下机数量之间的关系。 提前做好招投标的准备工作,尽量将一部分 得出QSK60发动机的下机时间较为集中在 QS ̄6O发动机送修时间安排在每年2~6月份,以 19 000~23 000 h进行下机修理。930E卡车发动机 减少积压修理带来的诸多不便。 在21 000~22 000 h下机修理概率最大,MT5500 发动机多集中于19 000~20 000 h进行下机修理, 2 QSK60发动机信息化管理意义和影响 MTd400卡车发动机下机修理离散概率加大。假设 2.1 QSK60发动机大修趋势预计 我们对MT5500、930E卡车QSK60发动机下机小 通过对发动机下机月份的统计,可以看出 时数假定为19000~20000 h、21 000~22 000h区 QsK6o发动机修理受季节影响较大,冬季由于发 间符合Ⅳ( , )的正态分布。通过推算,计算得 动机冷起动等因素故障率偏高。因此有针对性的增 到发动机下机小时数的概率分布。概率较大的发动 加一套发动机冷起动保护装置,保证发动机在低温 机的大修分布区间为发动机正常运转的安全区间, 起动时的润滑性能不下降,从而减少发动机拉缸、 如果超过该区间认为发动机内部零配件磨损加剧, 抱瓦大型机械故障的发生。通过观察,发动机的大 会带来额外的维修成本增加。如果达不到该区间而 修周期一般为4年左右进入一轮大修期。通过对 提前进入修理,原因是早期发动机运转过程中有很 QSK60发动机大修趋势的预计,为QSK60发动机 大一部分发动机冬季冷起动造成发动机提前下机修 大修质量评价体系的建立和大修周期合理设定提供 理;还有部分发动机由于产品质量原因或结构缺陷 可靠依据。 导致提前下机修理。 2.2 QSK60发动机大修合理性分析 发动机受季节影响使用工况,需在冬季重点 a.发动机的预期使用寿命更趋于合理,通过信 防范冷起动对发动机的异常损坏,应有针对性的改 息化管理手段的整合与优化,可提前做好各项维修 变发动机的起动条件,增加发动机机油预热和检测 准备工作,提高了工作效率。 装置。针对发动机产品质量存在缺陷问题,积极的 b.能够直观地反映出QSK6O发动机的整体维 第4期 李亭,等:QSK60发动机总成修理信息化管理 修情况。包括发动机的修理质量、修理厂家的维修 能力水平,同时也能及时准确地做好发动机考核、 验收、结算所需要准备的数据采集、填报。 c.通过预防性检修手段的不断完善,可以避免 疲劳使用或润滑失效造成QSK60发动机缸体、曲 轴等价格昂贵配件的异常磨损或报废。曲轴作为 QSK60发动机的关键部件,配件采购价格大约在 40万元左右,一般在发生磨损时修复使用的风险 极高,一般不建议再次装机使用。同样作为 QSK60发动机最昂贵的配件一缸体,采购价格更 高达90万元,一般缸体表面加工只能做一次平面 : ,已知p=l 800 kg/m3:1.8 T/m ,求得 :: 724 1. 按照哈尔乌素露天煤矿发动机单位大修成本 0.7元/m 计算,大修一台发动机的大修费用均为 165万元,大修周期按照19 000 h来计算,这样求 得发动机的l h的大修支出成本为86.84元。可得 发动机多运行1 h成本节约为419.96元,这样单台 发动机每多运行500 h,成本节约将累计达到近21 万元 . 加工,装配加厚缸盖垫使用,而在下一个大修周期 进行维修缸体表面时只能进行补焊修理,如补焊修 理仍达不到QSK60发动机缸体的工艺要求,则将 面临报废不能继续使用。 2.3经济效益分析 3结语 通过对QSK60发动机修理总成修理信息的优 化管理,既避免了维修成本的额外增加,又能在达 到或接近发动机大修周期内保证发动机的平稳运 行。在QSK60发动机使用可靠性的分布规律来 QSK60发动机直接成本是指发动机修理过程 中所发生的大修费用,这里按照QSK60发动机单 看,按照每年大修20台QSK60发动机,通过规范 使用延长每台QSK60发动机500 h的可靠运行小 台165万元的修理费用来计算。 时数推算,每年QSK60发动机的大修费用将节余 QSK60发动机间接成本是指发动机延长运行 400多万元的维修费用支出。 时间多产出的价值而发生的费用。以MT5500卡车 当然,QSK60发动机种类较多,因载质量、 为例,已知单台MT5500卡车的载质量 为326 工况使用等因素影响,QSK60发动机的预期使用 吨,平均运距L=2.5 km,岩石密度P=l 800 寿命都不尽相同。QSK60发动机的大修寿命同时 kg/m ,卡车速度 坡=30 km/h、 坡=15 km/h。 受维修人员的修理技能水平高低、现场维修人员保 假设发动机每多运行1 h带走的剥离量为 ,拉 养是否及时到位多因素影响。因此,如何提高 运的次数为Y/。 A =n×Mo=( ,, + ,, )~×Mo= . (等+ 的体积 。 (上接第52页) ×326_1304 QSK60发动机预期使用寿命,做好QSK60发动机 的成本管控需要做的工作还有很多。而仅仅通过发 动机的现有下机时间和发动机下机小时数的概率分 布是远远不够的,但这种分析手段能够最大程度做 求得发动机运行1 h内MT5500卡车剥离岩石 好掌控QSK60发动机修理信息化管控,为优化发 动机管理工作提出了一种思考方式。 ◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇◇ a.通过建立曲柄连杆机构的运动仿真模型,得 比较,可以看出偏心布置的机构在减轻气缸壁磨 到了活塞、连杆运动特性随曲轴转角变化的规律。 损、降低摩擦、提高发动机的机械效率方面存在好 b.利用理论计算值和仿真结果进行了对比, 证明了仿真结果的准确性,说明了对于偏置率不大 的曲柄连杆机构,其运动特性和偏心布置的差异较 小,在进行运动学分析时可以简化处理。 e.在运动学分析的基础上,对活塞组件的往复 惯性力和气体作用力进行了分析,该结果可以用于 后续活塞强度的有限元计算。 d.通过对中心曲柄和偏心曲柄活塞侧推力的 处。 【参考文献】 【1】 吴植民.汽车构造[M].北京:人民交通出版社,1991. 【2] 王晓云.曲柄连杆机构动力学分析与设计系统研究[D】. 西安:西安建筑科技大学机械电子工程学院,2006. 【3】 袁兆成.内燃机设计[M】.北京:机械工业出版社,2012. [4] 黄加亮.轮机维护与修理[M].大连:大连海事大学出版 社.2010,249—262.