農用柴油機故障特征檢測與維修技術應用

劉 偉

(黑龍江省農業機械工程科學研究院，哈爾濱 150081)

0 引言

現代農業生產的實施與農業機械化密不可分，截至2020年底我國農作物耕種收綜合機械化率達71.25%，農業機械的先進性已經成為影響農業生產質量和效益的重要因素。現階段使用的大部分農業機械需要柴油機提供動力，柴油機也與農業機械的發展關系密切，農用柴油機隨著農機技術的發展也實現了快速發展，并與我國的農業機械化生產實現了更好的契合。盡管近年來汽油機和混合動力機型也得到了快速發展，但目前來看，柴油機仍然是農業生產主要動力機械。由于農業生產過程會受到自然環境、農田環境，以及人為操作技術等多方因素影響，農用柴油機存在一定概率會發生故障問題，農機使用者與維修人員通過了解柴油機故障特征，有利于對故障問題的快速檢測與維修，進而保障農業機械的使用效率。

1 農用柴油機技術現狀

柴油機在我國的農業生產中應用了較長的時間，尤其是2004年以后，在《農業機械化促進法》的支持下，農業機械整體實現了技術飛躍，農用柴油機技術加強了與國產農機的技術融合，柴油機適用范圍和產品種類實現了擴展與豐富[1]。現階段使用的農用柴油機覆蓋了8.8～150 kW(12～200馬力)的主要動力區間，部分大馬力拖拉機的配套動力超過了150 kW，以適應更大面積農業生產的動力需求。農用柴油機進一步結合了現代化柴油機的尖端技術，應用的技術包括了可變氣門正時技術(VVT)、廢氣再循環技術(EGR)、均質混合氣壓燃技術(HCCI)、反應活性控制燃燒技術(RCCI)、部分預混合充量壓燃技術(PCCI)、柴油機余熱利用技術等。農業生產中使用的柴油機種類按照汽缸數量可分為單缸柴油機、雙缸柴油機、多缸柴油機等類型，以適應不同體積、不同功能的農業機械使用[2]。盡管近年來我國的農用柴油機技術實現了快速進步，但與歐美等發達國家相比，仍存在著一定差距。一方面柴油機的制造精度、零部件使用壽命、燃油消耗、排放特性與歐美等發達國家存在較大差距；另一方面，歐美國家在農業機械平均動力水平方面具有明顯優勢，其使用的大部分農機動力在52 kW以上，遠超我國柴油機配置水平，同時歐美國家農用柴油機對于可變截面渦輪增壓器、電控供油、廢氣再循環等技術的普及率很高，更重視柴油機使用過程的節能環保。

2 農用柴油機的故障特征

從我國農用柴油機故障來看，其故障發生的特征包括以下幾點。

2.1 隨機性

農業生產機械化作業具有工作時間集中、工作量大的特點，農用柴油機在短時間內頻繁使用故障發生概率明顯增加，但總結故障發生的時間或周期規律，往往不會產生明顯的規律性特點。由于農業生產過程中的使用環境、操作方法、作業強度、氣候條件均存在較大差異性，柴油機故障發生的機械結構和位置、發生的時間、發生的原因均具有一定隨機性，很難準確判斷故障發生的時間，較難根據故障發生的時間規律進行相應的故障處理與預防工作[3]。

2.2 可預判性

隨著柴油機在農業生產過程中的應用也積累了很多經驗用以預判柴油機的故障。總體來說，柴油機的部分故障在嚴重影響使用功能之前，都會產生一定的異常特征，例如，異常振動、異常高溫、排氣異常、噪音明顯、動力下降等，當柴油機出現這些問題時，往往表示已經存在故障問題，有經驗的駕駛員或農機維修人員可根據以上故障特征預判可能存在的故障隱患，并提前處置，避免重大故障發生。

2.3 集中性

在對農用柴油機長期維修的過程中，可以總結出柴油機不同部位的故障率，從而統計出柴油機的常見易損件種類。表1為農用柴油機常見故障部位及易損件明細。可見柴油機的故障部件具有相應的集中性特點。例如，配氣機構是控制柴油機空氣供給與廢氣排出的機構，在柴油機運轉過程中，進氣門、排氣門等結構持續頻繁開關，則易出現氣門間隙增大、挺柱磨損、凸輪磨損等問題，可針對集中性故障提前準備易損件，以備維修更換。

表1 農用柴油機常見故障部位及易損件明細

2.4 復雜性

農用柴油機包括了供油系統、配氣機構、燃燒系統、冷卻系統、控制系統等，各系統的結構和功能都十分復雜，各個系統組合在一起，則構成了更為復雜且需精密配合的柴油機整體。現代化的柴油機故障不僅涉及機械結構，還涉及電氣控制功能的維修。當柴油機發生故障，對故障的判斷與檢查往往需要耗費大量的人力與時間，故障的判斷與確定具有明顯的復雜性特征。

2.5 滯后性

從我國現階段的農機使用來看，農民對于農用柴油機的故障初期特征并不敏感，很多農民認為柴油機還能使用就不需要維修，導致很多故障的維修具有滯后性特點。當柴油機出現故障而送修時，常常已經發展成為中度到重度的故障問題，原本單一系統的故障問題也可能擴展到多個系統。柴油機故障的滯后性造成了維修難度和維修成本的增加。

3 農用柴油機的故障原因

3.1 柴油機技術性問題

一方面，由于柴油機工作原理使柴油機長期在高溫高壓下運轉，造成柴油機很多部件會不可避免的成為易損零件，例如，活塞、氣門等密封結構，還有一部分零部件如機油過濾器和空氣濾清器也屬于易損部件，若長期使用不更換，則易出現故障問題；另一方面，柴油機可能受到設計不合理，加工精度不合格，裝配質量不合理等問題影響，造成柴油機出現一定的故障，這些都是柴油機產品結構和技術特征決定的，在柴油機使用過程中較難避免相關故障或零件損壞的發生。

3.2 操作技術性問題

受到農民使用習慣的影響，在農機使用過程中常存在操作不當或使用不規范等問題。例如，農業機械長時間超負荷使用、超速超載、時快時慢的駕駛等習慣會對柴油機造成嚴重的不良影響。此外不按時保養柴油機、忽視柴油機的異常狀態，也可能造成柴油機的早期磨損和損壞，從而引發嚴重故障。現階段，隨著農機技術的不斷提升，農業機械先進性增強的同時對駕駛技能的要求也越高，我國農民受到自身知識和能力的制約，目前駕駛操作技能提升緩慢，導致因為誤操作而造成農機損壞和故障的概率大幅提升[4]。

3.3 環境因素性故障

我國的農田環境相對復雜，從地勢上來說，平原地區更適合農業機械化作業，山地、丘陵或地表不平等地區農業機械作業環境相對惡劣，導致柴油機運轉過程還受到顛簸、受力不均、偏置等問題影響，地區的嚴寒、酷暑、降雨、揚塵等氣候也會提高柴油機的故障率。此外，部分地區使用地下水，也會造成冷卻系統水垢積聚、堵塞等問題，影響柴油機在農業生產中的正常工況，易發生故障。

3.4 檢測維修性故障

檢測與維修的不合理也會造成柴油機出現故障，一方面我國基層的農機維修能力相對不足，正規的農機維修點不能完全覆蓋農機作業區，導致柴油機不能得到及時的維修，造成農機故障的擴大化；另一方面，基層地區工作條件苦，工作收益低，很難吸引足夠的高素質、高技術人才從事維修工作，導致柴油機在維修過程中常出現檢測、分析過程不合理，故障維修過程反復拆裝，故障維修不專業，零配件的更換不符合原廠要求等問題，導致柴油機故障的維修質量不達標，甚至出現在維修過程引入新的故障問題，造成柴油機使用效率低下[5]。

4 故障檢測與維修技術

4.1 傳統檢測技術

農用柴油機主要在農村地區使用，傳統的故障檢測主要通過人工輔助相關的工具進行判斷，早期的檢測以人工判斷為主，通過維修工人經驗判斷可能的故障位置，再結合壓力表、內視表、拆裝工具完成復雜的檢測過程，該種方式對于故障的檢測和判斷需要耗費較長的時間。隨著技術的持續進步，人工檢測技術所能依靠的工具逐漸向智能化方向發展，人工檢測還能結合測溫儀、振動監測儀等提高檢測效率，近年來市場上還推出了可以便捷使用的多功能檢測儀(圖1)，其具備豐富的接口和多種檢測功能，能有效輔助人工進行檢測和判斷。

圖1 柴油機故障綜合檢測儀

4.2 智能檢測技術

智能檢測技術主要指能夠替代人工進行故障檢測和判斷的設備，包括智能檢測系統、檢測元件、數據庫等功能，通過振動、溫度、噪聲、排氣、油液等多方自動監測實現對柴油機故障的綜合判斷，但現階段的智能檢測設備在功能上存在一定的局限性，只能完成如供油提前角、機械磨損、汽缸壓力等有限故障的判斷，不能完全覆蓋柴油機故障問題，加之設備售價高，普及率和應用率較低[6]。

4.3 柴油機故障維修技術

農用柴油機的故障維修應按照科學的流程實施，參考工藝流程如圖2所示。維修方式包括拆卸調整、局部清潔、油液更換、滲漏粘補、密封件更換、磨損件修復、替換件直接更換等。隨著維修技術的不斷提升，傳統難以維修只能更換的受損件可通過現代化的激光熔覆、表面噴涂等技術實現快速修復，有效降低了維修成本。

圖2 農用柴油機維修工藝流程

5 結語

綜上所述，農用柴油機是農業生產過程的重要動力保障，隨著農機保有量的持續增長，柴油機所能發揮的作用也越來越大。對于使用過程中出現的故障問題，農機使用者和維修人員應當掌握常見故障的特征與原因，采取合理的檢測方式與維修技術，確保故障問題得到合理解決，在保證柴油機功能恢復的同時避免故障的再次發生，使柴油機為農業機械化生產的高效實施貢獻更大力量。