基于Marposs VCM的全自動氣門挺柱計算補償方法概述

劉立波 張俊 覃尚第

摘 要 基于現有氣門挺柱計算模型，通過分析現有模型的缺點，提出了一種全新的氣門挺柱計算模型。自主編寫python程序，完成了氣門間隙數據采集以及補償值K更改預測程序，并結合PLC控制邏輯，實現了該計算模型補償值K的全自動補償。通過大批量驗證，驗證了新模型的可行性，同時為工廠自主開發智能制造應用提供了一種可行方案。

關鍵詞 氣門間隙;挺柱;python;PLC;補償值

Abstract Based on the existing tappet calculate model and analyzing the shortcomings of the existing model， a new tappet calculation model is proposed.? Collecting valve clearance data and predicting compensation value K via python， combined with logic controlling via PLC， achieved automatic changing compensation value K. Through mass verification， the feasibility of the new model is verified， and at the same time， a feasible solution is provided for the factory to independently develop intelligent manufacturing applications.

Key words Valve clearance; Tappet; python; PLC; Compensation value

前言

發動機是在冷態下裝配的，為保證發動機正常工作，在發動機裝配過程中需要在配氣機構預留氣門間隙。如氣門間隙過大，會導致氣門延遲開啟、提前關閉，如氣門間隙過小，會導致氣門提前開啟、延后關閉，導致發動機燃燒異常甚至損壞。因此，在發動機裝配過程中，需要保證準確的氣門間隙。

生產過程中，選擇的氣門挺柱等級越大氣門間隙越小。現有的氣門挺柱的計算模型為2D模型，不能完全包含所有影響因素，所以，計算模型增加了補償值代替其他影響因素，生產中可根據實際情況調整補償值來修正計算結果。但是，由于該補償值內置于測量軟件，調整補償值時需要關閉整個測量系統，再調整補償值，然后重新啟動測量系統，整個過程耗時至少10分鐘，造成了極大的等待浪費。其次，該補償值更改的量需在生產過程中人員手工記錄氣門間隙波動范圍并以此預估，過于依賴人員感知，無法準確及時更改。因此，本文基于現有計算模型，提出一種新的氣門挺柱計算模型，通過實時采集氣門間隙數據預測補償值更改大小及更改PLC計算控制邏輯，實現計算模型的全自動補償[1]。

1氣門挺柱計算模型簡介

1.1 原計算模型

Marposs VCM測量系統假定凸輪軸軸頸和缸蓋凸輪軸孔在距氣門桿最近的點處相切，計算達到標準氣門間隙的理論挺柱厚度T，并通過T換算出挺柱等級，計算模型如公式（1）圖1所示。

1.2 新的計算模型

通過分析測量數據傳遞過程發現，原模型計算過程都在測量軟件內完成（軟件獨立編譯封裝，無法更改），同時將氣門挺柱厚度值輸出到了PLC內存中，根據原計算模型，可以在輸出的挺柱厚度值的基礎上，再增加一個補償值K2，重新計算挺柱厚度及挺柱等級，且新增的補償值K2計算在PLC內完成，以此達到將模型中的補償值K遷移到測量軟件外部的目的。由此可得，新的計算模型如公式（2）所示：

2氣門挺柱厚度計算自動補償方案

根據新的挺柱厚度計算模型，需在PLC中將挺柱厚度加上K2，重新計算挺柱厚度及挺柱等級。同時，為了實現模型的全自動補償，需要實時采集氣門間隙測量數據，并對數據進行分析，預測補償值更改范圍[2]。總體邏輯框架如圖2所示：

2.1 補償值變更預測

使用python編寫程序，實時采集氣門間隙測量數據，并通過采集到的數據計算出補償值K2更改大小，通過modbus_tcp發送至PLC指定交互地址，補償值K2計算過程如公式（3）所示：

其中gap為最近10～15臺實測氣門間隙集合，nominal為標準值，ul為公差上限，ll為公差下限。

同時，當檢測到實際應用的K2發生變化，預測程序會自動將更改的內容及氣門間隙實時趨勢圖發送至工作人員手機[3]。

2.2 氣門挺柱計算PLC程序設計

在PLC內新增功能塊，專門用于計算增加K2后的挺柱厚度和等級。該功能塊除了包含自動補償功能，還提供手動更改功能，以便在極端情況時人工直接干預，手動更改界面如圖4所示[4]。

3方案驗證

方案實施前后典型數據對比如圖5所示。應用前，在出現了10臺發動機氣門間隙不合格后，進行了一次補償值調整，補償值調整范圍依賴個人經驗來決定。相對于人工修改補償值的方式，新方案通過實時采集的氣門間隙數據來預測補償值更改范圍，會自動選擇恰當的時間實時不停機動態補償，盡量將氣門間隙波動范圍控制在合格區域內，在選取的樣本中僅有1臺不合格，最大限度地降低了氣門間隙不合格率[5]。

4結束語

本文基于Marposs VCM的氣門挺柱計算模型，提出了將補償值遷移到測量軟件外部（PLC內）計算，實現了不停機調整補償值。通過python自主編程，實時采集氣門間隙數據，完成了補償值更改范圍預測，并與生產設備的實現數據交互，最終實現了氣門挺柱計算全自動補償。該方法為工廠自主開發只能應用提供了一種新的思路。

參考文獻

[1] 王印.發動機氣門間隙（機械式挺桿）測量與應用[J].裝備制造技術，2010，（4）：70-72.

[2] 王偉，于曉紅.MARPOSS測量系統應用解析[J].裝備制造技術， 2014，（6）：232-235.

[3] 楊連升.內燃機設計[M].北京：中國農業機械出版社，1981：171.

[4] 朱德忠.測量系統原理[M].北京：中國計量出版社，1988：76.

[5] Sebastian Raschka，陳斌.Python機器學習[M].第2版.北京：機械工業出版社，2018：215.