一、簡介

美國于1965年開始研制AGT1500坦克燃?xì)廨啓C的同時開展了可靠性設(shè)計、分析和試驗工作。設(shè)計中要求：①發(fā)動機在全速全負(fù)荷工況下，渦輪葉片的壽命為10^3h；②軸承壽命為10^4h；③采用模塊設(shè)計和全部附件易接近的布局原則。

燃?xì)廨啓C經(jīng)臺架和裝車試驗，累計時間分別為5488h和15200h（行駛里程約3.04×10^5km）后完成設(shè)計定型。生產(chǎn)和裝備部隊使用，至1983年生產(chǎn)3000臺發(fā)動機時，美軍按照技術(shù)條件對發(fā)動機的設(shè)計、功能、可靠性、耐久性和品質(zhì)等又進行了一系列的驗證、試驗和全面考核；累計臺架考核約1800h（三臺發(fā)動機）；裝車可靠性試驗里程為46864km（7臺M1坦克），獲得的AGT1500燃?xì)廨啓C的無故障概率為0.87。

前蘇聯(lián)于1932年開始B2坦克柴油機的研制，至1939年定型時，發(fā)動機的保險期為100h；50年代達250h，60年代為350h，至70年代提高至500h。

我國于1958年開始坦克發(fā)動機的生產(chǎn)和研究工作，基于當(dāng)時的技術(shù)水平和掌握的信息所限，未能全面地開展系統(tǒng)的可靠性理論研究、分析和試驗工作。但對在制造、使用和研究中出現(xiàn)的故障和失效，如發(fā)動機機油泵傳動軸斷、齒輪磨損、曲軸斷裂、機體及缸蓋裂紋等，都從結(jié)構(gòu)、材料和工藝各方面進行認(rèn)真分析，找出解決的措施直至問題得以解決。另一方面，把發(fā)動機的臺架和裝車考核試驗，作為產(chǎn)品定型、生產(chǎn)中抽檢的必經(jīng)環(huán)節(jié)。20世紀(jì)50～60年代，坦克發(fā)動機的臺架保險期試驗為250h，70年代后提高至350～500h。

隨著時間的推移，技術(shù)進步和設(shè)施的建立，從70年代中期開始，在新產(chǎn)品的研制過程中，相繼開展了可靠性的研究和試驗，如強度、疲勞、結(jié)構(gòu)的三維光彈、電測應(yīng)力、有限元分析和臺架的振動、超載等試驗。在引進計算程序基礎(chǔ)上開展了計算與實測的對比分析。至80年代，系統(tǒng)地進行了可靠性研究和試驗；在新研制的高功率密度柴油機的同時，編制了《可靠性維修性保證大綱》、《故障模式、影響及危害度分析》；并對可靠性指標(biāo)、試驗剖面等進行了研究和分析。

發(fā)動機是車輛的心臟，推進系統(tǒng)的重要部件和動力源。發(fā)動機的品質(zhì)直接影響著車輛的總體性能及使用任務(wù)的完成。

發(fā)動機的品質(zhì)是其能滿足給定要求的全部特性和特征，包括性能、可靠性、維修性、經(jīng)濟性等。而發(fā)動機在使用過程中，其經(jīng)濟性又與可靠性緊密相關(guān)。

坦克發(fā)動機，特別是主戰(zhàn)坦克用發(fā)動機，由于要求它具有高的功率密度、瞬態(tài)響應(yīng)性、可靠性，低散熱及良好的經(jīng)濟性；因此涉及許多高新技術(shù)領(lǐng)域，并且結(jié)構(gòu)復(fù)雜。一般研制周期長達10～15年且耗資巨大。為此在新機型的研究和發(fā)展的全部過程中，必須同時開展可靠性研究，貫徹可靠性要求并實施系統(tǒng)的管理；這是保證獲得高性能機型，按期裝備，保障資金合理使用并減少或避免浪費的關(guān)鍵性工作。

發(fā)動機的可靠性是其本身的先天屬性，是通過論證、設(shè)計、試驗、制造和管理等一系列工程活動所獲得，并在使用過程中顯示出來的一種特性。因此，可靠性工作亦是一項系統(tǒng)工程。

二、可靠性指標(biāo)

1.發(fā)動機可靠性指標(biāo)體系

發(fā)動機由許多不同的零件組成，它們的失效機理及壽命分布各不相同，因而它是一個由許多零件組成的復(fù)雜機械系統(tǒng)。根據(jù)可靠性函數(shù)的分布制定原則和試驗表明，其壽命基本上符合指數(shù)分布。

發(fā)動機的可靠性是由一系列評定指標(biāo)來衡量，主要包括下述幾大類。

（1）狹義的可靠性特征量指標(biāo)　即可靠度特征量指標(biāo)，如失效概率密度函數(shù)f（t）、累計失效概率密度函數(shù)F（t）、可靠度函數(shù)R（t）、失效率函數(shù)λ（t）等。

（2）壽命特征量指標(biāo)　發(fā)動機常用的壽命評定主要指標(biāo)如下。

①平均故障間隔時間（MTBF）發(fā)動機相鄰兩次故障之間的平均工作時間。

②平均首次故障時間（MTTFF）對于不可維修的產(chǎn)品，發(fā)生失效就意味著壽命終止，其平均壽命可用平均首次故障時間來度量。在發(fā)動機中，活塞環(huán)、氣門和氣門彈簧等零件，一旦發(fā)生失效就要報廢，因此它們可以用MTTFF來衡量其平均壽命。

③額定壽命　發(fā)動機的額定壽命是指發(fā)動機的可靠度為90%（即累計失效率為10%）時發(fā)動機運轉(zhuǎn)的小時數(shù)。

④中位壽命　發(fā)動機的中位壽命是指發(fā)動機的可靠度為50%（即累計失效率為50%）時發(fā)動機運轉(zhuǎn)的小時數(shù)。

⑤大修壽命　新發(fā)動機從開始使用直到需要鏜缸（或更換缸套）和磨曲軸等修理的期限稱為發(fā)動機的第一次大修期。發(fā)動機廠一般要對發(fā)動機產(chǎn)品進行B10大修壽命（即10%的發(fā)動機達到大修水平時的運轉(zhuǎn)小時數(shù)）和B50大修壽命（即50%的發(fā)動機達到大修水平時的運轉(zhuǎn)小時數(shù)）試驗。

（3）維修性特征量指標(biāo)　如平均維修時間（MTTR）。

（4）有效性特征量指標(biāo)　如可用性A等。

2.發(fā)動機采用的可靠性指標(biāo)

若將前述指標(biāo)均用于對發(fā)動機的可靠性進行考核，可得到一個較為完整的評價指標(biāo)體系。但其工作十分復(fù)雜，數(shù)據(jù)采集和完整均困難，可操作性差，難以全面實施。因此，研制部門均根據(jù)其自身特點和實際狀況，對上述指標(biāo)進行選擇，現(xiàn)將部分國家發(fā)動機采用的可靠性指標(biāo)介紹于表1。

表1　部分國家發(fā)動機采用的可靠性、耐久性主要指標(biāo)

表1中所列可靠性、耐久性指標(biāo)定義差別，由表3-9予以說明。

表2　柴油機可靠性、耐久性指標(biāo)定義差別

通常，用MTBF控制所有保修故障出現(xiàn)的頻率；用T0.8控制致命故障、嚴(yán)重故障出現(xiàn)的頻率；用B10、B50控制發(fā)動機的耐久性。

軍用車輛發(fā)動機，特別是坦克發(fā)動機，對可靠性有更加嚴(yán)格的要求。對于一臺新研制的坦克發(fā)動機，通常可從以下幾方面提出其可靠性指標(biāo)。

①整車可靠度的分配進行估算；

②從所給定的任務(wù)時間或?qū)Πl(fā)動機零件總數(shù)量及受高的機械、熱應(yīng)力零件所占百分比；

③降額設(shè)計、集成和兼容的設(shè)計；

④采用的新材料、新工藝等。

將上述這些影響發(fā)動機可靠性的基本因素分析，以及過去的使用統(tǒng)計數(shù)據(jù)加以估計。

軍用車輛發(fā)動機的可靠性指標(biāo)，從使用要求和評價角度，可采用平均故障間隔時間和首次大修時間兩項指標(biāo)。

3.發(fā)動機故障分類

凡由發(fā)動機以外因素造成的故障，為非關(guān)聯(lián)故障，它不應(yīng)計入可靠性指標(biāo)計算之內(nèi)，但仍應(yīng)如實記錄，留作分析參考。常見的非關(guān)聯(lián)故障包括：由于違反操作規(guī)程或維修失誤造成的故障；由于超越使用說明書規(guī)定條件下使用而產(chǎn)生的故障，以及由于其他故障先發(fā)生而導(dǎo)致發(fā)生的故障（從屬故障）。

凡全部或部分與發(fā)動機自身缺陷有關(guān)的故障都為關(guān)聯(lián)故障。關(guān)聯(lián)故障有性能下降、零件損壞、緊固失效、“三漏”和堵塞、調(diào)整失效、腐蝕或老化等方面。

故障按其危害程度分為四類。

①致命故障（Ⅳ類）可能導(dǎo)致人身傷亡或重要零部件報廢，或造成重大經(jīng)濟損失的故障。如連桿、連桿螺釘斷裂、飛輪碎裂及機體和曲軸報廢等；

②嚴(yán)重故障（Ⅲ類）可能導(dǎo)致主要零部件損壞或不能用隨機工具和易損備件在較短時間內(nèi)排除的故障，或發(fā)動機主要性能超出規(guī)定范圍等；

③一般故障（Ⅱ類）必須停機檢修的可在較短時間內(nèi)排除的一般零件（不包括非重要標(biāo)準(zhǔn)件和修理費用較低的零件）的故障；

④輕度故障（Ⅰ類）輕于上述三種故障的統(tǒng)歸于此列。

三、可靠性設(shè)計

產(chǎn)品的可靠性分為狹義的可靠性和廣義的可靠性兩類。狹義可靠性是指產(chǎn)品的固有可靠性，它是在設(shè)計和制造階段就確定下來的；廣義可靠性是指產(chǎn)品的工作可靠性，它包括固有可靠性和使用可靠性兩個方面。它們之間的關(guān)系可用下式表示：

工作可靠度=固有可靠度×使用可靠度

產(chǎn)品的固有可靠性是設(shè)計出來的，因此在設(shè)計中引入可靠性設(shè)計并在制造中對產(chǎn)品進行可靠性控制，對提高產(chǎn)品固有可靠性是十分有效的。

高機動性車輛發(fā)動機是一個綜合、復(fù)雜的系統(tǒng)。隨著技術(shù)發(fā)展，作戰(zhàn)使用要求的不斷提高，發(fā)動機應(yīng)具有更高的功能，并在限定時間內(nèi)實現(xiàn)產(chǎn)品具體化。

要求產(chǎn)品的性能提高、功能完善，必然導(dǎo)致產(chǎn)品零、部件數(shù)目增多。以坦克柴油機為例，見表3。面對日趨復(fù)雜且技術(shù)難度大的產(chǎn)品，如果仍使用以往的零部件，仍采用傳統(tǒng)的設(shè)計方法和制造過程，產(chǎn)品發(fā)生故障的機會將隨其零部件數(shù)目的增多而成比例增加。從而，不得不發(fā)展新技術(shù)或進行系統(tǒng)設(shè)計來解決這個矛盾。

表3 部分發(fā)動機的部件總數(shù)

可靠性設(shè)計是系統(tǒng)設(shè)計中的重要組成部分，是保證產(chǎn)品的可靠性更符合實際、更有效的設(shè)計方法。目前機械產(chǎn)品可靠性設(shè)計方法可歸為三種，根據(jù)具體情況選用。

（一）借鑒于電子產(chǎn)品的可靠性設(shè)計和分析方法

1.降額設(shè)計和安全裕度設(shè)計

發(fā)動機零部件的工作應(yīng)力低于設(shè)計值，從而降低零部件的故障率，保證整機目標(biāo)實現(xiàn)，稱降額設(shè)計。對機械零件則是加大安全系數(shù)，提高承載能力，保證零件的可靠性，以適應(yīng)整機目標(biāo)要求。對于重要的涉及安全性的零件，則可采用極限設(shè)計方法，保證在最惡劣的極限狀態(tài)下使用也不發(fā)生故障和損壞。

（1）對曲軸、連桿、活塞等運動件必須降額；

（2）對機體、缸蓋、缸套和氣門導(dǎo)管等承力件應(yīng)進行降額；

（3）軸承應(yīng)對其負(fù)載和溫升進行降額；

（4）對機體絲對、各種高強度螺栓等則應(yīng)加大安全系數(shù)；

（5）對增壓器葉輪，則應(yīng)采用極限設(shè)計方法，以保證在規(guī)定的惡劣的極限狀態(tài)下使用。

2.簡單化和標(biāo)準(zhǔn)化

發(fā)動機屬串聯(lián)系統(tǒng)，提高整機可靠性的最基本原則是從選用可靠的零部件、材料和減少零部件數(shù)及簡化結(jié)構(gòu)做起。盡量采用功能簡單的零部件，盡量減少零件數(shù)目，盡量采用已經(jīng)成熟或標(biāo)準(zhǔn)化的零件和技術(shù)，以減少零件故障率，保證整機系統(tǒng)可靠性目標(biāo)實現(xiàn)。

3.冗余設(shè)計

為完成規(guī)定的功能，增加多余的零部件或設(shè)備數(shù)，即使其中一部分發(fā)生故障，也不會引起整機或系統(tǒng)故障的設(shè)計稱作冗余設(shè)計。如發(fā)動機的電啟動和壓縮空氣啟動系統(tǒng)，機油濾清器的旁通活門等。

4.耐環(huán)境設(shè)計

通過對產(chǎn)品所處工作環(huán)境類型、嚴(yán)酷程度以及對產(chǎn)品影響的預(yù)測和評估，進行產(chǎn)品強度和壽命的設(shè)計。通過耐久性試驗、壽命試驗、環(huán)境試驗等各種可靠性試驗手段，對產(chǎn)品的耐環(huán)境性進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計，分析產(chǎn)品的故障、疲勞和磨損現(xiàn)象，進一步參照各種規(guī)范、技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)進行設(shè)計，這是可靠性設(shè)計中最基本的方法。

強化耐環(huán)境性，自然會受到經(jīng)濟性的限制，協(xié)調(diào)的方法是可以考慮對產(chǎn)品的極端環(huán)境下采取保護措施。例如使用中遇到的高溫、振動、沖擊等情況時，裝備調(diào)節(jié)器、緩沖器等保護裝置，比強化產(chǎn)品本身的耐環(huán)境性更為經(jīng)濟。

對于新研制的發(fā)動機所進行的臺架考核，熱沖擊，熱箱，超速超負(fù)荷，縱、側(cè)傾等試驗；裝車運行于高原、沙漠、海濱、嚴(yán)寒等地區(qū)的試驗；發(fā)動機排氣管的隔熱，渦輪增壓器隔熱擋板，采用彈性支承、彈性聯(lián)軸器和減振器等，均屬于耐環(huán)境設(shè)計。

（二）機械產(chǎn)品設(shè)計的概率設(shè)計法

關(guān)于概率設(shè)計法，美國亞利桑那大學(xué)教授Kececioglu D將其劃分為15個步驟。在這里僅結(jié)合其中某些步驟，對發(fā)動機的概率設(shè)計進行介紹。

1.使用剖面

車輛發(fā)動機的工作剖面，由臺架試驗剖面和所裝車輛的使用剖面所構(gòu)成。對于軍用車輛則含壽命剖面和任務(wù)剖面。

2.發(fā)動機可靠性模型

（1）往復(fù)活塞式發(fā)動機　通常由增壓器、中冷器、輸油泵、燃油濾、噴油泵、噴油器、水泵、機油泵、機油濾、曲軸、連桿、活塞組、機體、汽缸蓋、配氣機構(gòu)、傳動機構(gòu)等單元組成的系統(tǒng)。渦輪增壓柴油機可靠性模型見圖1。

圖1渦輪增壓柴油機可靠性模型

（2）燃?xì)鉁u輪軸發(fā)動機　通常由啟動電機、高壓壓氣機渦輪、回?zé)崞?、輸油泵、燃油濾、燃油定量泵、噴油嘴、燃燒室、機油泵、機油濾、低壓壓氣機渦輪、動力渦輪、減速機構(gòu)等單元組成的系統(tǒng)。燃?xì)鉁u輪軸發(fā)動機可靠性模型見圖2。

圖2　燃?xì)鉁u輪軸發(fā)動機可靠性模型

3.發(fā)動機可靠性數(shù)學(xué)模型

根據(jù)試驗結(jié)果，發(fā)動機經(jīng)全部使用期，其系統(tǒng)故障率近于指數(shù)分布，故其可靠度函數(shù)為

R（t）=e-λt

式中　λ——故障率；

t——時間。

4.可靠性分配

（1）可靠性分配的約束條件　將發(fā)動機整機可靠性指標(biāo)分配到各分系統(tǒng)一級，并按下列約束條件進行

①整機系統(tǒng)故障率必須等于各分系統(tǒng)和零部件故障率之和，即

②所有系統(tǒng)和零部件的可靠度都必須分別大于整機系統(tǒng)的可靠度，即

R（t）=P（t1>t）P（t2>t）…P（ti>t）

（2）可靠性分配方法

①根據(jù)上述約束條件，將新研制機型的分系統(tǒng)和零部件，參照同類機型或原準(zhǔn)機的故障率統(tǒng)計值 （如12V150L柴油機分系統(tǒng)和零部件故障率，見表4），并結(jié)合新研制機型的性能、強化程度和結(jié)構(gòu)特點進行分配。

表4　12V150L柴油機分系統(tǒng)和零部件故障率

②采用專家評分法進行可靠性預(yù)計或分配。

（3）示例　現(xiàn)以增壓柴油機的幾個部件為例。

①故障率分配

a.曲柄連桿機構(gòu)　曲柄連桿機構(gòu)由固定件和運動件組成。固定件由上箱和下箱（即機體）以及缸蓋組成；運動件由活塞、連桿、曲軸（含減振器）等組成?？煽啃钥驁D如圖3所示。

圖3　曲柄連桿機構(gòu)可靠性框圖

所以曲柄連桿機構(gòu)故障率λa

b.潤滑系　潤滑系主要由機油泵和機油濾組成，可靠性框圖如圖4所示。

圖4　潤滑系可靠性框圖

所以潤滑系統(tǒng)故障率λb

λb=0.0003+0.000025=0.000325

c.供油系　供油系主要由輸油泵、柴油泵、噴油泵（含噴油泵安裝和管路系統(tǒng)）、噴油器（含噴油器安裝和管路系統(tǒng)）等組成，可靠性框圖如圖5所示。

圖5　供油系可靠性框圖

供油系統(tǒng)故障率λc

②研制機型與相似機型故障率列表比較。以新機型與12V150L故障率比較為例，見表5。

表5　新機型與12V150L故障率對比

由表5可見：新機型分系統(tǒng)的故障率已經(jīng)接近，以致低于原準(zhǔn)機型的故障率，這是由于研制機型結(jié)構(gòu)改進所致；由于原準(zhǔn)機型的故障率統(tǒng)計數(shù)據(jù)不全，加之無其他同類機型的故障率參考，因此，可靠性分配和預(yù)計必然存在一定的不確定性?？煽啃苑峙溥^程本身也必然是：預(yù)計—分配—再預(yù)計—再分配的過程。根據(jù)分配的故障率和任務(wù)時間，則可計算出各分系統(tǒng)的可靠度。

5.故障模式、影響及危害度分析（FMECA）

（1）已給出故障分類，并將發(fā)動機故障按其危害度分為四類，即對各種故障危害的嚴(yán)酷程度進行了確定。

（2）確定各種故障模式的故障概率等級，對裝甲車輛發(fā)動機分成以下等級：

A級（經(jīng)常發(fā)生），即故障模式出現(xiàn)的概率大于總故障概率的0.2；

B級（很可能發(fā)生），即故障出現(xiàn)的概率為總故障概率的0.1～0.2；

C級（偶然發(fā)生），即故障模式出現(xiàn)的概率為總故障概率的0.01～0.1；

D級（很少發(fā)生），即故障模式出現(xiàn)的概率為總故障概率的0.001～0.01；

E級（極不可能發(fā)生），即故障模式出現(xiàn)的概率小于總故障概率的0.001。

（3）填寫故障模式、影響及危害度分析（FMECA）表，示例見表3-14。對表3-14所列故障模式在設(shè)計過程中要進行檢查，看是否最大限度地做到了預(yù)防和改正，在試驗過程中要對照進行檢查，最大限度地做到預(yù)防，觀察其征兆出現(xiàn)和防止發(fā)生。

表6　故障模式、影響及危害度分析表（僅給出一個部件）

（4）危害性矩陣　根據(jù)表6，繪制危害性矩陣圖，見圖6。

圖6　危害性矩陣圖

①危害性矩陣是用來確定每一故障模式的危害程度并與其他故障模式相比較，為確定補償措施的先后順序提供依據(jù)。

②FMECA的結(jié)果可確定可靠性關(guān)鍵件和重要件。這些是改進產(chǎn)品設(shè)計的主要目標(biāo)，是詳細(xì)分析、增長試驗、可靠性應(yīng)力分析的主要對象。

③根據(jù)FMECA結(jié)果找出了薄弱環(huán)節(jié)，有助于設(shè)計人員考慮在薄弱環(huán)節(jié)上是否采用冗余技術(shù)。

④FMECA工作是設(shè)計評審必需的主要內(nèi)容。

四、可靠性試驗

可靠性試驗是考核發(fā)動機在給定條件下，規(guī)定時間內(nèi)完成規(guī)定功能的試驗。通過對試驗結(jié)果的統(tǒng)計和失效分析，對發(fā)動機進行可靠性評價，找出薄弱環(huán)節(jié)，提出改進措施。

1.可靠性試驗

（1）目的　為了評價發(fā)動機零件、部件和整機的可靠性，應(yīng)按規(guī)定的方法進行可靠性試驗，并對試驗結(jié)果進行統(tǒng)計處理，從而獲得其可靠性參數(shù)。

（2）可靠性試驗與耐久性試驗

①發(fā)動機傳統(tǒng)的耐久性試驗的目的只是在做產(chǎn)品鑒定或質(zhì)量抽查時，在規(guī)定的時間內(nèi)，產(chǎn)品發(fā)生的故障數(shù)與性能下降不超過規(guī)范要求。由于耐久試驗僅是通過性試驗，因此數(shù)據(jù)處理比較簡單。

②發(fā)動機可靠性試驗則要對某一批產(chǎn)品的可靠性進行推斷，因此要采用嚴(yán)格的數(shù)理統(tǒng)計方法，才能得出較為可靠的結(jié)論。

③耐久性試驗所用樣機（樣本）數(shù)量一般只用一臺，而可靠性試驗用樣本數(shù)要求有一定的數(shù)量，才能滿足置信度要求。

2.可靠性試驗分類

發(fā)動機可靠性試驗一般分為四類。

（1）壽命試驗

壽命試驗是在規(guī)定試驗條件下，模擬實際使用工況而進行的試驗。

①壽命試驗的目的　確定發(fā)動機的壽命分布；求出發(fā)動機的各項可靠性指標(biāo)；研究產(chǎn)品的失效機理。

②壽命試驗的類型

a.完全壽命試驗　試驗進行到被試驗樣機完全失效為止，所得到的是完全樣本。發(fā)動機整機壽命試驗一般不采用完全壽命試驗，因為整機是可修復(fù)產(chǎn)品，很難定義出“完全失效”的含義。

b.截尾試驗　又稱不完全壽命試驗，其中又分為定時截尾試驗和定數(shù)截尾試驗。

（2）裝車使用試驗。

（3）特殊試驗。

（4）環(huán)境試驗。

3.可靠性試驗的規(guī)范（剖面）

所選擇的試驗規(guī)范要盡可能接近發(fā)動機實際使用時的工況。下面主要介紹幾種典型的臺架試驗規(guī)范；裝車試驗的剖面因隨不同的車型而異，故此處不作介紹。

（1）耐久性試驗剖面

①英國雷蘭德（Leyland）汽車公司柴油機試驗規(guī)范　試驗時間為1500h，分三個階段進行，每個階段為500h，其試驗規(guī)范列于表7。

表7　英國雷蘭德汽車公司柴油機試驗規(guī)范

②英國里卡多（Ricado）公司對不同用途發(fā)動機采用不同循環(huán)進行試驗

a.2.25h循環(huán)，運轉(zhuǎn)1000h。其中，全速全負(fù)荷運轉(zhuǎn)20min，最大扭矩45min，調(diào)速器超速運轉(zhuǎn)5min。試驗規(guī)范見表8。

表8　英國里卡多公司2.25h循環(huán)試驗規(guī)范

b.2h循環(huán)，運轉(zhuǎn)1000h。其中，全負(fù)荷最大功率20min，全負(fù)荷最大扭矩30min。試驗規(guī)范見表9。

表9　英國里卡多公司2h循環(huán)試驗規(guī)范

③美國康明斯公司試驗規(guī)范

a.全速全負(fù)荷試驗 3臺柴油機通過1000h試驗。

b.混合循環(huán)試驗 1臺柴油機作550/575h混合循環(huán)試驗。

標(biāo)定轉(zhuǎn)速為2500r/min時，按下列循環(huán)運轉(zhuǎn)550h。試驗規(guī)范見表10。

表10　康明斯公司550h試驗規(guī)范

標(biāo)定功率為2200r/min時，按下列循環(huán)運轉(zhuǎn)575h。試驗規(guī)范見表11。

表11　康明斯公司575h試驗規(guī)范

④350h臺架考核試驗剖面　

試驗的總延續(xù)時間為700h，前350h作為驗收產(chǎn)品的依據(jù)，后350h作為產(chǎn)品改進性能的考核。試驗由35個獨立的循環(huán)組成，每個循環(huán)的試驗時間為10h。試驗剖面見圖7。

圖7　350h臺架考核試驗剖面（T為試驗時間）

剖面中每個循環(huán)的說明見表12。

表12　剖面中每個循環(huán)說明（一）

前350h試驗期間，不得更換零部件和沒有局部拆卸（但允許更換1～2個噴油嘴，以及一般外部的螺柱、螺母及卡箍等小零件）。350h后允許功率下降4%。

上述規(guī)范為前蘇聯(lián)制定，當(dāng)今俄羅斯已發(fā)展為500h臺架考核試驗規(guī)范，主要用于坦克發(fā)動機的考核試驗。

⑤400h臺架考核試驗剖面　考核試驗時間分為4個階段，每一階段為100h，由10個循環(huán)組成，每個循環(huán)的時間為10h，試驗的剖面見圖8，剖面中每個循環(huán)的說明見表13。

圖8　400h臺架考核試驗剖面

表13　剖面中每個循環(huán)說明（二）

在完成400h耐久考核期間，發(fā)動機出現(xiàn)下種情況，則試驗予以終止。

a.由于零部件的損壞，導(dǎo)致試驗無法進行或引起不可排除的功率損失，即達不到標(biāo)定功率的95%。經(jīng)排除后重新試驗，其時間從0計算。

b.出現(xiàn)重要的故障，通過在規(guī)定的維修、調(diào)整之后，仍達不到標(biāo)定功率的95%。

400h臺架試驗后，功率允許下降5%。

上述規(guī)范為北約（NATO）國家制定，主要用于坦克柴油機的耐久考核試驗。

⑥NJ 289—83柴油機臺架考核試驗規(guī)范　本標(biāo)準(zhǔn)是我國機械工業(yè)部標(biāo)準(zhǔn)，共分為四種，這里僅介紹標(biāo)定功率為1h功率和15min功率的柴油機試驗循環(huán)工況。

a.標(biāo)定功率為1h功率的柴油機　每8h為一個循環(huán)，運轉(zhuǎn)40個循環(huán)后按標(biāo)定工況連續(xù)運轉(zhuǎn)180h，共500h為1個大循環(huán)。重復(fù)進行4個大循環(huán)，總運轉(zhuǎn)時間為2000h。試驗規(guī)范見表14。

表14　機械部標(biāo)準(zhǔn)NJ 289—83柴油機臺架試驗考核方法中標(biāo)定功率為1h功率柴油機的循環(huán)工況

b.標(biāo)定功率為15min功率的柴油機　每2h為一個循環(huán)，共運轉(zhuǎn)1000h。試驗規(guī)范見表15。

表15　機械部標(biāo)準(zhǔn)NJ 289—83柴油機臺架試驗考核方法中標(biāo)定功率為15min功率柴油機的循環(huán)工況

 

（2）裝車考核試驗　臺架考核試驗只能模擬使用中的一些主要工況，與實際使用工況仍有差異，因此對新研制的機型除臺架考核試驗外，還要進行裝車考核（使用）試驗。這樣獲取的可靠性數(shù)據(jù)，才是評價發(fā)動機可靠性的最終數(shù)據(jù)。

對于履帶裝甲車輛，通?？己死锍虨?0000～12000km，對于輪式裝甲車輛為30000～50000km。

亦可采用對新研制機型所裝車輛進行故障跟蹤、記錄使用時間、故障發(fā)生時間、失效形式、修理時間、修理費用等來獲取可靠性數(shù)據(jù)。

（3）特殊試驗　為了確定發(fā)動機在最惡劣的極端工作條件和工況下，發(fā)動機零部件的安全裕度以及發(fā)動機在其工作范圍邊界狀態(tài)時的壽命與可靠度，發(fā)動機還應(yīng)進行幾種必需的特殊試驗。

特殊試驗的目的是，一方面可以發(fā)現(xiàn)設(shè)計和制造中的薄弱環(huán)節(jié)；另一方面可以得到為保證整機可靠性壽命達到某一預(yù)定期限必須給發(fā)動機限定的極限工作條件。

在進行發(fā)動機研制和檢查過程中，常用的特殊試驗有六類。

①超速試驗　為了考核發(fā)動機超速時，配氣機構(gòu)、連桿螺栓等零件工作可靠性。如日本五十鈴10PAI型柴油機（D×S=115mm×120mm），設(shè)計轉(zhuǎn)速為2800r/min，其超速能力要求瞬時超速50%，連續(xù)超速20%。

②超水溫（耐熱性）試驗　五十鈴公司為了考核10PAI型柴油機在偶然事故短期超水溫工作條件下能否可靠運轉(zhuǎn)，將它的冷卻系統(tǒng)加壓，使水溫升到120℃，連續(xù)運轉(zhuǎn)30min，如果此時活塞外形仍與氣缸套配合良好，第一道環(huán)沒有結(jié)焦，頂部沒有金屬熔化痕跡，則說明該柴油機通過了超水溫試驗。

③超負(fù)荷試驗　非增壓車用柴油機由于最大功率工況的過量空氣系數(shù)很低，因此一般很難以大幅度超過15min功率的超功率進行考核，而采用超爆發(fā)壓力或15min功率工況持續(xù)考核。

以五十鈴10PAI為例，其設(shè)計規(guī)定超負(fù)荷能力以爆發(fā)壓力12.75MPa時可連續(xù)運轉(zhuǎn)2000h為標(biāo)準(zhǔn)。

Benz OM403型發(fā)動機在小批試制過程中，為了進一步考核其可靠性，加速暴露結(jié)構(gòu)上薄弱環(huán)節(jié)，在一部分裝車考核試驗的小批樣機中采用特殊的廢氣渦輪增壓裝置，將爆發(fā)壓力提高到14.71MPa（正常非增壓產(chǎn)品為6.865～7.85MPa），使零件機械負(fù)荷人為地提高1倍。

英國里卡多公司規(guī)定新產(chǎn)品樣機需進行超負(fù)荷10%，持續(xù)運轉(zhuǎn)1000h考核，這對非增壓柴油機是相當(dāng)嚴(yán)酷的。

④變負(fù)荷短循環(huán)試驗　這項試驗的主要目的是考核高負(fù)荷零件的抗疲勞能力和氣缸蓋墊片的密封性。它是一項促進暴露問題的試驗，一般以氣缸墊片損壞前能經(jīng)受的循環(huán)次數(shù)為衡量標(biāo)準(zhǔn)。如卡特彼勒3400型發(fā)動機的循環(huán)周期為4min，其中包括高轉(zhuǎn)速、全負(fù)荷、最大扭矩和怠速4種工況。英國里卡多公司的變速短循環(huán)試驗時：怠速2～4min、全負(fù)荷4～5min為一個循環(huán)。

⑤熱箱（Hot Box）試驗　試驗的主要目的是評定發(fā)動機在高溫條件下的壽命。它采用較高的進氣溫度（68.5～71℃）和出水溫度（99～101.7℃），大大提高了柴油機的熱負(fù)荷，并使柴油機以標(biāo)定工況持續(xù)運轉(zhuǎn)，因而能夠較快地評定活塞、活塞環(huán)和缸套拉缸的可能性。

⑥特殊的可靠性試驗　除了上述可靠性試驗外，各種柴油機還根據(jù)各自的使用特點進行各種特殊試驗。

傾斜運行試驗：在專門的縱傾斜和橫傾斜試驗臺上，模擬在陸用機械爬坡或船舶在惡劣氣候和海面條件下發(fā)動機縱傾橫搖的運行狀態(tài)，保證發(fā)動機能可靠運行。

浸水試驗：模擬坦克潛渡時，處于熱的運行狀態(tài)的風(fēng)冷柴油機突然浸入水中，以克服氣缸與氣缸蓋是否因熱應(yīng)力造成破裂；風(fēng)扇等在不同密度的流體介質(zhì)中能否自動脫開或能否防止損壞。

（4）環(huán)境試驗　試驗的主要目的是評定發(fā)動機對環(huán)境的適應(yīng)性，主要有海拔能力、冷啟動性和儲存溫度等試驗。

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