建模分析探讨，MAM L3240发电机，Top Land Ring拆卸工具的三代升级
【笔者语】：本文由简入繁，根据笔者近20年服务过的不同类型的船舶有感而写，以在服务期间所遇到不同厂家机型以及同型不同系列的发电柴油机为范例素材，介绍发电柴油机燃烧室组成部分之一——“保护环”拆卸特点，最后引出并重点说明笔者近几年服务的箱子船，所配备大功率发电机曼恩6L、7L32/40柴油机“保护环”——TOP LANG RING结构特点，其日常保养拆卸该部件漫长的柴油机发展史进程中，其第一、第二、第三代原厂拆卸专用工具的变化发展，以及使用过程中优缺点和遇到的问题。
本文的中心思想——“办法总比困难多”、“实践出真知”，这些口号应用在远洋船舶上并不是空谈，由一线工人摸索并衍生出国产DIY Top Land Ring拆除专用工具，其设计亮点必然是轮机管理人员从实践中，不停的摸索并淘到被汗水冲洗出来的金点子，使得轮机管理人员在实际工作中提高工作效率，如虎添翼，如鱼得水。
本文约8000字左右，为了在枯燥的经验技术分享过程中增添些文学乐趣，文中穿插笔者亲身经历难以忘却依然历历在目，与其相关的工作故事片段……。也许只有特定机型的曼恩发电机才有Top Land Ring这个特殊的结构，所以对于不少同仁感到非常陌生，但对于笔者却记忆犹新，所以才煞费苦心写了这篇文章，接下来跟着笔者的步伐一探究竟吧！
原创作者 ：黄老轨
小功率四冲程船用发柴油机
燃烧室部分——“保护环”
相信服务过洋马（YANMAR）、曼恩（MAN B&W）、瓦锡兰（Wärtsilä）船用发电机的同仁们，或多或少甚至很清晰，对此肯定都有一定的基础印象，它们的燃烧室组成并不是像传统及电喷曼恩、新式瓦锡兰电喷、老式苏尔寿主机一样，单纯由下凹活塞冠顶部、缸套上部及使燃烧室部分上移凹陷设计的汽缸盖底部组成，其略微不同于此类燃烧室，该机型的发电机燃烧室结构组成，除了汽缸盖都是平底设计之外，最大的特点就气缸套“上部”燃烧室部分可拆卸环装构造——即设计内嵌或者置顶式部件“保护环”，主要作用是降低缸套的热负荷及减少缸套上部的磨损及积碳。
朦胧的印象当中，回忆到老式日本大发机型（DAIHATSU）好像没有这个设计，不知道新式的大发机是否有增加这个设计？
接下来笔者从以上各种型号的发电机，完全摘自其原厂说明书部件图及拆卸说明，更加详细的说明这一部件——“保护环”的结构特点及拆除专用工具的类型，相信对于老司机可能都有相关机型的检修工作经验，必定有很深的印象，但是笔者依然不太能绝对相信，这三种机型你很难每年你都能遇到并检修过，所以不要眼高手低，甚至鄙夷对本文进行吐槽，相信读完本文，对你业务的检修技术经验提高、开阔眼界绝对有帮助！
首先由易入繁，首先谈谈日本洋马发电柴油机，以6EY22W机型为例，其缸套上部燃烧室部分嵌入“保护环”——Protection Ring(如下图部件代码42）：
洋马发动机燃烧室部分——保护环
其保护环内嵌于缸套本体上部，每次吊缸检修必须用专用工具放在活塞的顶部，在压住缸套的前提下，稍微盘车即可将保护环顶出。
洋马机型保护环取出方法
该取出专用工具如上图5所示，比较小巧呈方形，两端圆弧刃口设计，由于嵌入缸套上部的保护环的内径略大于缸套内径，所以利用专用工具的刃口即可顶住结合处保护环的略微突出部分，通过点动盘车取出保护环。
由于该机型的保护环的设计与德国曼恩L23/30 H机型燃烧室保护环设计有点类似，不过该曼恩机型说明书称之为火焰环——Flame Ring，其功能基本都是一样的。
曼恩L23/30H机型
对于曼恩机型取出Flame Ring，厂家并没有配专门的工具，而是用旧的活塞环盘车顶出，其原理与前文介绍的洋马机型几乎是一样的道理。
说明书取出flame ring 步骤
在此不得不提起丹麦Wärtsilä—20机型，其保护环称之为防磨环——Antipolishing Ring。
瓦锡兰20机型保护环
该机型其拆除保护环的方法，其原理与前文介绍原理基本一样的，稍微不同的是保护环结构和拆卸工具稍微有点不同而已，由于保护内径与缸套内径一样，保护环底部与缸套几乎无缝衔接，所以其专用工具的抓力点只能设计在保护环内部3处对称分布豁口处。
保护环取出专用工具
该工具实际使用中，通过调节固定螺栓牢牢的固定在3个豁口槽内，但是盘车时专用工具也非常容易损坏打滑，损坏部分基本都是专用工具三角抓末端的刃口，总体来说其操作费力程度，相对于前文介绍的两种机型取出保护环的方法，稍微有一点点难度，尤其是碰到保护环积碳卡死比较严重的情况下。不过由于这种保护环质量比较轻，只要多盘车几次都是可以顺利才出来的。
笔者综上介绍的都是小功率机型保护环的设计和拆除要点，对于资深管理者来说都是耳熟能详的事情，或许都是小儿科罢了，笔者也觉得写的有点啰嗦，但是为了引出最近几年所遇到过的曼恩大功率发电机机型其“保护环”的设计及拆除方法，在此赘述仅仅做了一个小小的引子而已，接下来以实际工作经验详细介绍。
下图为笔者最近几年服务的大功率MAN 6L32/40或者7L32/40型发电柴油机，其缸套上部燃烧室结构组成如下图：
曼恩6L32/40机型
从上图可以看出，燃烧室组成部分之一——其“保护环”结构设计与前文介绍的完全不同，即使与小功率曼恩L23/30H也大相径庭。该机型“保护环”如上图图号“29”——称之为Top Land Ring或者Fire Land Ring，很显然它并不是简单轻薄的环片状结构，由于该6 L机型的单机输出功率2500KW，7L机型单机输出功率可达3500KW，可能是由于机械负荷、热负荷比较大原因，Top Land Ring设计比较厚重，相比上文介绍的的保护环，简直可以说是小巫见大巫了，该Top Land Ring内径与缸套内径基本相同，完全坐落在缸套凸肩顶部，使燃烧室完全上移到其环形腔室内部，不仅承担着发电机缸套“保护环”作用，而且为了带有多余的热负荷其内部钻孔设计，冷却水可以循环冷却减小有害热负荷的影响。
Top Land Ring结构
部件Top Land Ring重量至少30Kg以上，虽然一个人可以抱起来，但是还是比较吃力了，所以平时这玩意拆卸出来以后，是主要还是靠Chain block进行吊运操作。别看这玩意很厚重，可能是铸铁材质，一不小心掉在地上，很容易会被摔坏，这让笔者回想起多年前这么一件事，虽然是一件不大不小的事情，几乎让台湾一个小气量的老轨气的几乎吐血！
一个破损Top Land Ring的故事
和谐的人文机舱环境，也许一个合同期都是车顺人安，一旦发生微妙、莫可名状的变化，很多诡异幺蛾子的事情会层出不穷……，连科学的尽头都是玄学，我们也有理由相信这个世界的我们，并不是宇宙的唯一的匆匆过客，也许“上帝”之眼正盯着我们每一个人，时不时“点拨”你一下……，这里作为轮机部的主心骨，轮机长的管理水平至关重要，虽然作为轮机长需要有点脾气，但不是随心而欲无节制放纵“个性”，管理中能够及时沟通纠正、听取与轮机员之间的任何建议和管理分歧，这一点非常重要，那种自以为是什么都是我最牛逼，别人总是不行的轮机最高管理者，不仅自己会很累，轮机员也会感到异常的心力交瘁！
那些年……那些事，何年何月何日已经不重要要，重要的是笔者依然记忆犹新，那一天大洋航行，船舶以22节的速度拼命东行向北美线冲刺，主机透平高频刺耳的“声……”已经盖过了缸头下燃烧爆炸轰鸣的咣呲声……，即使塞上耳塞在旁边多呆一会，也都让人头晕目眩神经衰弱，此时机舱同仁正忙碌的进行NO1发电机吊缸大修保养工作，沉闷的工作气氛好像早已经没有以前那种热火朝天般的欢声笑语，只听见咣铛……一声，笨重的Top Land Ring从机工小刘手上瞬间滑落，并重重的摔在花铁板上。
当用chain block和拆卸专用工具好不容易，才从缸套上部拆拔出一个Top Land Ring准备吊运时，小刘犯下了一个错误，年轻力盛的小火鸡本想用人力把它取下来，谁知道手部抽搐无法给力Top Land Ring，突然滑落酿成“大祸”，大家都被这个物体以一个G的加速度，从一米多高的空中坠落溅起的一声“巨响”后，着实下了一大跳，即使在各种嘈杂噪音混音的发电机机房里，作业现场六个大脑袋都不转睛，齐刷刷的投向小刘那方向，幸好没有砸到自己和其他人的脚面，尽管如此他也被这突然的意外惊的目瞪口呆。
晨老轨赶紧放下手中的梅花扳手，从发电机缸头层两步跨越跳了下来，嘴里不停的一边嘀咕道：“Oh，shit。”他赶紧把摔在地上的Top Land Ring翻起来仔细检查时，瞬间情绪更加激动了，嘴里不停的咋呼，“Oh shit…Oh shit…Oh shit……。”音浪振幅似乎一波越过过一波。
“怎么了！怎么了！”黄大管轮跑过来问道。
“Oh shit……，我草……，Oh……，啊……嗷……。”晨老轨情绪非常激动，摇头晃脑并抬头仰望着发电机室顶棚，可以看到那开裂的嘴唇大张，不停向空气中泵着愤怒的火气，不时双手抱着那无法控制左右摇晃的脑袋……，“Oh……shit……。”突然，他右手扣住戴在头上的安全帽，手舞足蹈的重重摔在地上，此时又是嘣……咚……的一声巨响，在他附近的黄大管被反弹一米多高的安全帽着实下了一大跳。
看着他气咻咻的离开了……，黄大管这才仔细检查了下Top Land Ring，究竟到底是摔成了啥样子，可以竟然把老轨气到几乎变态到这个屌逼样。
林子大了什么鸟都有，尤其是你在林子里混了很久的时候，当一些猛禽在混到了食物链最高级，几乎掌握了“生杀大权”时，加之其后天被粗砂打磨的心性，或多或少都会有些变态的心里冲动，或者当初是本性也是好的，但是中国有句古话，叫近朱者赤近墨者黑，也许可以给予一点解释其心理变态的原因。
工作现场二三管轮、铜匠、学生等都蹲在掉下来Top Land Ring旁边面面相觑，从上帝的视角，可以看到一些诡异的笑容……，搁就在发电机旁边的小刘沮丧着脸，双眼胀的通红满脸愁容，无法控制的泪水夹杂着汗水几乎被压抑的情绪溢流而出。
“我靠，这玩意这么不耐摔，轻轻一摔竟然把O-Ring槽整裂了。”黄大管朝铜匠老李说道。
Top Land Ring密封O-ring槽严重摔坏
“这能焊吗？”他紧接着说。
“已经完全裂了，而且是铸铁的，即使焊也无法能保证O-ring密封。”铜匠老李说道。
黄大管犹豫思考了一会儿，就近又摸了摸受Top Land Ring损坏处翘起的唇边，不停的摇了摇头，他站了起来，又犹豫了一会儿，然后又弯腰捡起差点被摔爆的安全帽，不过安全帽质量真不错，比几十万的车壳子结实多了，随后推测追寻老轨的足迹，向集控室走去……。
受损照片
由于此次是NO1发电机投入营运后，五年以来第一次吊缸大修，新船下水后Top Land Ring原厂附件备品，在船上没有任何冗余，这就导致非常尴尬，导致这台发电机即使吊完缸，短时间无法使用，即使紧急申请备品至少也要一个做左右的等待，才能供船安装使用。
“大管，你来写报文汇报公司，他奶奶的谁弄坏的如实陈述，这些人干活一点都不长脑子，我如此的不放心的看着，但还是是出了问题，真不行，真不行……，另外赶快紧急申请备品。”陈老轨语气颤抖，明显依然在气头上，激动的说道。
“你先消消气，这不太好吧，你看我觉得这样跟公司机务解释，就说干活的时候，风浪大船有点摇晃导致的擦撞损坏，毕竟只是一个机工疏忽大意导致，论责任还是在主管你我身上。”黄大管解释道。
损坏理由及紧急备品申请
也许当局者迷旁观者清，也许……，晨老轨沉默了一会儿……。
此时正午时分，机舱里都能闻到大厨的最拿手“速成菜系”——油渣带鱼的香味，伙计们都饥肠辘辘，没有一个敢说下班吃饭……。他坐在办公电脑房漫无目的的打开又关闭文件夹的重复动作，迷离的眼神几乎没有一点点眨眼的生理反应，吓得黄大管也感觉后脊梁冒冷汗，猜想他也许正在气头上，一个上午好不容易折腾出来一个小小的Top Land Ring，，累的胳膊肘都酸痛，简直费了九牛二虎之力，才勉强取出一个，甚至专用工具被扯拉的变形受损了……，竟然是这种结果。
突然，他又拍了下桌子，连集控室明亮的日光灯似乎都突然暗闪了一下，“下班了，你们都去吃饭吧”，他心不情愿的嘶哑道。由于他奇葩的生活作息特点，正常吃饭时间他睡觉，正常睡觉时间他吃饭，太阳升起的时候他下班，太阳落山的时候他上班……。不得不说着实让我们普通人有点后怕。
笔者回忆起来，在那种氛围下，那种管理风格环境下，做大管轮是非常压抑的，你干的再好，最后他向公司机务说了一句话，“机舱人员都不行，我太累了，啥事我都要亲自操心”几乎抹杀所有轮机员的一切劳动成果，现在想起来确实搞笑。
各行各业那些低级的领导的特点——总是把失败的责任推着给下属身上，自己永远没有错！所以换位思考，作为轮机长一定要有所思有所鉴，嗨……，往事不堪回首，继续写点有意义的事情吧。
Top Land Ring一代原厂拆卸专用工具
公司诺大的船队几乎清一色的曼恩6＆7＆9L32/40发电柴油机机型，以笔者目前服务2002年下水的集装箱轮为例，发电柴油机配备也是那个时候的MAN B&W 6L32/40老款的机型，其Top Land Ring结构如下图：
Top Lang Ring 结构图
详细剖解图如下：
Top Land Ring 剖解图
原厂随机配备的老款拆除专用工具，如下图：
老款Top Land Ring拆卸专用工具
从上图，该专用工具结构一目了然，除了有点笨重外，结构还是比较简单，主体由桶状圆环和支撑架焊接一体，附件主要也就是3个12.8级高硬度的定位固定螺栓耗材（备件配备可替换螺栓，可见平时经常损坏变形）、4个顶撑螺杆和2-3和定位销组成。
Top Land Ring拆卸专用工具分解图
该款专用工具的设计，说实话理论上分析拆除Top Land Ring是完全没有任何问题，但还是那句历来不过时的政治术语“实践是检验真理的唯一标准”，让这么漂亮的工具显得是那么的不让人待见，由于Top Land Ring安装在缸套上部衬背环（如下图，backing Ring—12）内部，Top Land Ring与Backing ring 配合间隙非常小，加之2道O-Ring又嵌套其中，历经上万小时外界环境的复杂影响下，所以想用专用工具要拔出Top Land Ring有点困难，尤其是第一次吊缸或者更换缸头时，尤其不易（这也许同行可能会抬杠了，我感觉很好拆卸呀，经过多次吊缸或者更换缸头的机器确实好好拆了很多）。
曼恩6L32/40机型
此时使用该款专用工具拔出此部件，一旦四个撑力螺杆点受力不均匀，无论如何都是无法拔动的，一旦使劲用蛮力只会容易导致固定Top Land Ring的内圈定位固定孔打滑毛边，严重时导致无法固定，这对后续拆除更是难上加难。
下图为模拟工具安装剖面原理图：
专用工具使用使用示意图
下图为实际检修过程中，工具的安装使用。
专用工具安装检修图
使用此原厂第一代专用工具的优点，只要Top Land Ring的3个定位孔不拉毛变形，最终还是可以取出来，但是该工具多次使用后，多次拆卸由于固定螺栓上紧力度的过大，最终的结果会导致专用工具底部圆周变形失圆，定位孔无法准确定位Top Land Ring内圈的锁紧孔。
变形的专用工具
前文已提到，下图为多次拆卸后其Top Land Ring内圈的3个锁紧定位小孔变形拉毛损伤，应该是非常常见的问题。
Top Lang Ring定位固定孔拉伤
老款拆卸升级二代PLUS加强款
好像曼恩厂家也注意到了这些表面问题，也努力的改进着，笔者最近两年也服务过2012年下水的箱子船，其配备的曼恩柴油机配备7L32/40机型，整整10年的技术革新过渡，新7L机型与老款6L机器相比，总体结构形式变化不大，至少Top Land Ring设计还是原来的味道，拆除Top Land Ring的专用工具完全是在原来的基础上加强升级了一点，似乎没有质的变化，不好用依然如故。
加强款拆卸工具
如上图，改进款第二代Top Land Ring专用工具，其改进的部分其中下部定位圆环部分，为了防止在上紧定位固定螺栓的过程中，或者在上紧顶杆螺栓过程中收到不均衡力使之变形，特别设计了加强肋板，但是从实际使用者的角度来看，其实没有解决此类变形的问题，该变形依然还是变形，相比第一代只是略微好了一些而已。
加强款拆卸工具
另一个改进的部分——工具的上部焊接增加了一个螺纹孔，仅仅是为了拖动或者调整工具的平衡位置，而设计安装固定在工具上方的一个杠杆把手而已，但从实际使用角度来看，几乎鸡肋一般没有多大的作用。
当第一次遇到这种发电机机型，第一次更换处女缸头，第一次使用这种一代或者二代拆卸专用工具，Top Land Ring拔出，可谓是历尽千辛万苦，敲、砸、拽、震、酸液及WD-40渗透润滑除垢，能想的办法几乎都绞尽脑汁了，依然让人精疲力尽，笔者曾经创造了一天拆除一个Top Land Ring的窝囊记录。
经验绝对都是在实践中探索和摸索出来的，也许一线劳动者的不经意的发现，换一个角度去思考解决问题也许会带来意想不到的效果，这就促使曼恩厂家设计第三代Top Land Ring拆卸专用工具。
原厂升级三代新款拆卸工具
吊缸检修过程发现，Top Land Ring与缸套结合处有一圈1MM左右的缝隙，当然对于到期保养的机器需要清洁积碳才可以更加清楚的显露。
Top Land Ring与缸套的配合间隙
寻迹这道缝隙仔细去探究，完全是由于Top Land Ring自身的结构而形成的，剖面打开我们会发现该部件底部与缸套结合处并非完全的平面接触，再仔细观察会发现Top Land Ring底部仅有一圈环形凸台与缸套上部进行硬配合接触，其余非接触部分就形成了我们可以用新新款专用工具嵌入的环形缝隙。
环形缝隙剖面示意图
曼恩厂家也基于这道甚是狭窄的环形缝隙，另辟蹊径设计出“新新款”——第三代Top Land Ring取出专用工具，如下图所示，该工具的主要结构由5部分组成：支撑架、支撑环座、张开环、张开螺栓、牵引螺杆副组成，其主要的特点是安装在支撑环外圈的张开环外表面很窄的受力区域，设计了一个很薄的环形突出唇边（或者称为为长方形台阶），使用时靠张开螺栓的上紧力，使突出唇边完全嵌入环形缝隙内，然后再利用3个牵引螺栓副，均匀收紧使Top Land Ring缓慢的被拽出。
第三代专用工具结构图
该款专用工具的优点是，环形唇边完全嵌入环形缝隙后，再牵引螺杆均匀收紧时，可以使Top Land Ring底部360范围均匀平衡受力，这对取出该部件非常重要。
专用工具剖面细节图
笔者初始接触到该专用工具时，非常担心该工具受力唇边的材料特性，质疑这工具的可靠性，这么苗条的方形唇边，能顶得住强大的牵引拉力吗？
第三代改进款工具
但是实际的使用过程中，唇边材质确实比较硬，即使再强大的外力接触作用下几乎没有任何变形，确实发现比第一、二代专用工具好用多了。
专用工具的实际使用
没有更好的专用工具横空出世的前提下，这套第三代工具可以说是机舱轮机员检修保养最完美的选择了。
自古以来中国人的模仿能力堪称世界一流，其创造能力往往也毫不逊色于洋鬼子，在曾经重农轻商的时代，我们的老祖先面朝黄土背朝天，炎炎烈日下创造了多少传世或者失传与农相关的技术和设备。
创造力往往伴随着实际生产的过程中，俗话说“高手在民间”不无道理，坐在办公室闭门造车，无论如何是创造不出有益于生产的工具来，只能是枯燥的一堆普通人甚至自己都看不懂的深奥文字！
“土八路”拆卸法
子曰:“工欲善其事,必先利其器，2500多年前大圣人孔子就已经领悟，如果时光倒流让孔子穿越到现在做机务管理者的话，对于机舱管理人员来说必然是福利，相信仲尼兄时不时在公司和自媒体抖音短视频，气的吐血的大骂道：”你们现代人各行各业咋都在混日子吗，除了勾心斗角尔虞我诈的厚黑学炼的炉火纯青，那些我呕心沥血的箴言，除了小学生应试填鸭式灌输外，那些儒家的仁义礼智信，你们成年人的社会风气中有体现吗？你们年轻人还有正确的还有信仰和人生价值观吗？”
当仲尼兄访船，看到工作场所的花铁板上扔了一堆变形两端打磨锋利的刃口角铁时，钦佩的抬头望了望正在汗流浃背用如此简陋的自制工具拆卸Top Land Ring的轮机管理人员。
自制角铁拆卸工具
他激动的说：“尔等甚苦久也，器具如此陋之，尽吾之罪焉……。”
一年后，仲尼已经准备辞职不干了，打算穿越回到了春秋战国时代，谁知跨越2000多年的穿越真是劳神伤身，他宁愿在棺材板下静静的待着，也不敢唐突再次穿越现代了，入乡必须随俗，首先他即使不胜杯勺，洗浴、美酒、KTV……让他身体几乎掏空，其次思想肮脏的现代人和他的思想摩擦冲突冒火……！
半空中突然迸发一速光线射在仲尼身上，随着光线螺旋扭曲，仲尼已经没了人的样子变成混沌的一团，声音也逐渐怪异的起来，但他还是含泪给跟现代人说了几句话：“人类历史规律总是如此，好像魔咒一般，放眼千年人的思想总是决定着个体行为，你们自信生活越来越好那是虚伪“口号”，曾经的康乾盛世相比大唐盛世还是逊色很多，元朝时期的臣民并没有比明朝有太多幸福感，即使是清朝末期处于水深火热的民众依然畅享着美好的过去，未来依然危机四伏，或许不全是你们的错，也许这也是上帝留给人类的一个致命BUG吧，不争气的炎黄子孙们，你们好自为之吧！”
压缸套（盘车前）
孔仲尼走了以后，虽然很失望但是生活还得继续，房贷、教育、养老哪一个都像牛皮癣一样顽固黏住你前后半生，劳动致富万岁！
这一天我们收到了最新款的专用工具，回想起那年那月在没有更好工具的前提下，拆卸Top Lang Ring这些土办法也不失为一种辅助的措施，也许都是长期摸索的土办法，也许是上帝眷顾我们这群海上的劳动者，即使我们不是虔诚耶稣信徒，也要感谢上帝，阿们……！
后续
也许受第三代原厂工具的启发，据说是一位同行轮机长改进设计的专用工具，并批量生产卖给船队百十条船上使用，根据实际使用的效果来看，设计的确实非常合理，对于拆除Top Land Ring起到事半功倍的效果，笔者对于这款工具的设计生产及材料硬度的选择也竖起大拇指！
接下来笔者将在公众号分享下Top Land Ring国产DIY拆卸专用工具的设计特点及使用中的注意事项……。
驻车取力发电技术
介绍驻车取力发电技术在载重汽车底盘上的应用，叙述了实现驻车取力发电底盘柴油机转速控制的两种技术途径，并针对底盘柴油机转速控制的智能电子调速技术进行了分析研究，指出工程应用中应注意的问题。
1 前言
现代战争对武器系统的各方面要求越来越苛刻，而地面供电设备性能的优劣是武器系统能否担当起如此重任的基础。目前，国内外武器系统的供电设备较多采用的是电源车方式，武器系统展开时需先对接各整车装备间的供电电缆，影响了武器系统机动后作战反应时间。为了提高武器系统的机动性,缩短武器系统的作战反应时间，对有供电需求的整车装备增加驻车取力发电装置是目前行之有效的措施。增加驻车取力发电装置后，装备可以实现停下就打、打完即刻转移的战术动作，在消灭对方的同时有效保存己方力量。
目前国内载重汽车底盘发动机一般为柴油机，本论文针对底盘发动机为柴油机且柴油机调速器为机械离心式调速器的驻车取力发电装置进行研究，并着重对底盘柴油机转速控制的技术研究。
2 驻车取力发电的含义及与柴油发电机组的区别
所谓驻车取力发电装置，就是当载车停下后，利用汽车底盘上取力口，通过传动轴等传动装置驱动发电机发电的装置。底盘柴油机是取力发电装置的动力源，取力发电装置输出交流电的频率指标通过电子调速器对底盘柴油机的调速控制实现。
取力发电装置中底盘柴油机除了为取力发电装置提供动力外，还为汽车行驶提供动力，为满足汽车行驶性能要求，柴油机的转速调速率一般都较大，不利于取力发电装置输出交流电的技术指标实现；柴油发电机组中柴油机只为发电机组提供动力输出，为保证发电机组的输出交流电技术指标，一般都要求柴油机的转速调速率较小。其次，取力发电装置中柴油机飞轮转动惯量较小，不利于柴油机转速的稳定控制；而在柴油发电机组中通常都是选用较大转动惯量的飞轮来保证柴油机转速稳定运行。
另外，柴油发电机组可以将柴油机、发电机等集成于专用底架上，柴油机运行产生的振动、噪声等可以通过减震、降噪等措施适当削弱，这也有利于柴油机的平稳运行和转速控制；而取力发电装置的动力源为底盘柴油机，柴油机按照底盘需求进行安装固定，柴油机运行产生的振动、噪声等不利影响一般不易通过额外的减震、降噪措施来削弱，工程应用时一般只有通过降低柴油机转速来实现，而柴油机转速的降低将导致取力发电装置输出交流电技术指标的实现更加困难。另外，取力发电装置的油门控制机构和汽车底盘的脚踏油门机构均与底盘柴油机油门摆臂连接，如果取力发电装置的油门控制机构设计不合理，容易与脚踏油门机构干涉，不利于柴油机转速的稳定控制；柴油发电机组中油门摆臂只用于发电控制用，不会产生干涉问题，利于柴油机转速的稳定控制。
综上所述，取力发电装置的柴油机转速控制受到汽车底盘固有行驶特性需求的影响，柴油机转速控制在技术实现上与一般的柴油机组具有较大的区别，要达到柴油发电机组的性能指标要求，技术实现难度很大，要克服的不利因素很多，要实现柴油机转速的理想控制，在控制方法上就要针对诸多不利影响因素，采取有效控制策略和措施达到理想控制柴油机转速的目的。
3 柴油机机械调速器对频率指标的影响
无论是驻车取力发电，还是柴油发电机组，对柴油机的转速控制都是通过电调执行器控制柴油机油门开度实现的，同时，柴油机机械调速器也对柴油机油门开启度进行控制，因此，机械调速器的调速性能也会对驻车取力发电的输出交流电频率指标起着不可忽视的影响。
机械调速器是自动调节柴油机输出功率与负荷间平衡关系的机构，其功用是根据柴油机工况自动调节供油量，限制柴油机在一定转速范围内工作，并起稳定转速的作用。因此取力发电的频率指标尤其是稳态波动率指标在很大程度上依赖机械调速器的工作性能。
柴油机工作过程中，负荷往往发生变化，负荷突然增加，此时不及时地增加柴油机的供油量，则会造成转速下降，甚至停车的危险；反之，当负荷突然减小时，如供油量不及时减少，则转速急剧上升，很容易造成飞车事故。
以RQV型全程式机械调速器为例，介绍机械调速器的一般原理。
喷油泵凸轮轴通过减震装置驱动调速器支架，在支架上有两个飞块，每个飞块内装有一组调速弹簧。飞块与角形杠杆相连，角形杠杆另一端与移动销相连，通过角形杠杆把飞块的径向位移转化为移动销的轴向位移，再传给滑动块，滑动块被导向销约束只能做轴向直线运动，滑动块通过两个扁圆柱销和调节杠杆相连，调节杠杆的上端通过异形连接杆和喷油泵调节齿杆连接，中部有一导向槽，与转动杠杆相连的滑动块可在槽内上下滑动，转动杠杆另一端与操纵杆同轴，这样操作杆移动时，通过转动杠杆和活动块传给调节杠杆，即传给齿杆。
调节杠杆的摆动支点（活动块）可在其导向槽内移动，另外摆动支点又被固定在调速器盖上的曲线导向板导向，这样调节杠杆的杠杆比即可在1：1.7-1：5.9范围内变化。
机械调速器主要原件及其相互作用关系见图1。
根据机械调速器的工作原理可知，机械调速器的工作性能、喷油泵齿杆工作的灵活性等对柴油机转速性能指标有重要影响，尤其影响柴油机转速波动和瞬态指标。
4 电子调速技术一般应用研究
目前，国内针对驻车取力发电的柴油机转速控制，根据电调执行器控制对象的不同主要有两种形式：一是正逻辑电子调速控制，电调控制器初始起作用时底盘柴油机处于怠速位置，通过电调执行器控制底盘柴油机油门转轴，使柴油机在不同工况下运行时转速指标都能满足要求；二是反逻辑调速控制，电调控制器起作用时底盘柴油机处于高转速位置，通过电调执行器控制底盘柴油机停机油门转轴，使柴油机在不同工况下运行时转速指标都能满足要求。
图1 全程式调速器RQV（基本结构）
根据电调控制器的控制信号的不同也可分为两种形式，一种是模拟型电子调速器，转速传感器的频率信号经f-V转换为电压，该电压与设定转速电压比较，控制PWM输出的占空比，从而控制柴油机油门转轴或喷油泵齿条以改变柴油机的供油量，达到控制柴油机转速的目的；另一种是基于单片机的数字调速器，单片机检测柴油机的转速并与设定转速比较，经数字PID校正，输出一定占空比的PWM信号，去控制柴油机油门转轴或喷油泵齿条以改变柴油机的供油量，达到控制柴油机转速的目的。它们的共同特点是电调控制器都包括实际转速检测、实际转速与设定转速的比较、PID调节、PWM输出等四部分。
4.1 正逻辑电子调速技术
正逻辑调速技术采用的是通过在柴油机上加装电调执行器，控制柴油机油门转轴，实现对底盘柴油机的转速控制。底盘加装取力发电装置以后，针对底盘柴油机工作状态分别描述如下：
1）底盘处于行驶状态时，电调控制器不上电，电调执行器处于自由状态，柴油机油门开度由脚踏板控制，油门回位由柴油机回位簧实现；
2） 底盘处于驻车取力状态时，此时电调控制器上电，电调执行器处于工作状态，柴油机油门开度由电调执行器控制，油门回位由柴油机回位簧实现。
由此可见，电调执行器只在驻车取力时参与工作，在行车时处于非工作状态，并且对底盘脚踏油门机构不产生任何负面影响，避免了由于加装取力发电装置而影响汽车行驶性能，
4.2 反逻辑电子调速技术
反逻辑调速技术采用的是通过在柴油机停机油门转轴上加装电调执行器，控制柴油机停机油门转轴，实现对底盘柴油机的转速控制。底盘加装取力发电装置以后，针对底盘柴油机工作状态分别描述如下：
1）底盘处于行驶状态时，电调控制器不上电，电调执行器处于自由状态，柴油机油门开度由脚踏板控制，油门回位由柴油机回位簧实现；
2） 底盘处于驻车取力状态时，需先将底盘柴油机转速升至某一特定较高转速（超过额定转速）下，此时使电调控制器上电，电调执行器处于工作状态，由电调执行器推动停机油门转轴减小供油量，使柴油机稳定在额定转速波动率范围内，柴油机油门开度由电调执行器控制，油门回位由电调执行器的回位簧实现。
由于反逻辑电子调速技术使用的是停机油门，且在驻车取力发电时需将柴油机预先设定在较高转速，因此当驻车取力发电的控制系统发生故障时容易发生超速并会导致发电机甩坏的故障。
5 智能电子调速技术研究
取力发电时，电调执行器需要带动脚踏油门机构一起动作，脚踏油门机构的惯性、摩擦力以及回位弹簧都会给柴油机转速的动态控制带来困难，同时，为了降低系统噪声和能耗，柴油机工作在低速区，扭矩变化较快，也为取力发电装置的瞬态频率控制带来不利影响。另外，取力发电时柴油机的输出特性具有严重的非线性和时变性，其数学模型难以准确建立，特别指出的是，柴油机运行时，作为包括气体流动、往复机械运动、燃油喷射、油气混合、燃烧膨胀等诸多过程复杂的非线性瞬变系统，加上汽车柴油机飞轮转动惯量较小等，用一组固定不变的PID参数显然不能满足控制上的要求。
摩擦力引起的非线性以及温度引起的执行器输出力的漂移是目前调速系统不稳定的主要原因，不仅给系统的调试带来很大困难，也难于保证取力发电装置的性能。
图2 突加、突甩载时油门位置、执行器占空比变化的实测曲线
图2为一突加、突甩载时油门位置、执行器占空比变化的实测曲线。从图中可以看出，在恒速控制要求下，油门位置与柴油机输出功率呈正比关系，而占空比与柴油机输出功率没有直接关系。在突加、突甩载时，执行器必须克服静态摩擦、油门机构及高压泵调速器惯性力等的影响，所以此时占空比有较大变化；负载稳定时只需克服维持油门位置的力，占空比基本不变或变化很小（主要是油门回位簧的影响）。因此，仅通过转速闭环控制执行器的占空比难于精确、稳定地实现柴油机的快速、恒速控制。为了克服现有的电调控制器不能有效抑制调速机构摩擦力以及执行器温度漂移造成的系统不稳定的不足, 需采用智能电子调速控制器，不仅能实现柴油机转速的闭环控制，而且能有效消除调速机构摩擦力和执行器温度漂移的影响，使得驻车取力发电调速系统控制稳定、快速精确。
因此，PID参数随工况的智能调整是一个成功的数字式电子调速器的关键所在。目前我国使用的电调控制器（包括国外著名电子调速器供应商）大都使用一组固定不变的PID参数来实现柴油机输出的恒速控制，通常不具有智能，所以系统在运行过程中经常出现指标超差甚至出现不稳定等现象，难以保证取力发电装置的正常、可靠工作。智能电子调速控制器采用模糊PID控制加双环(速度环和位置环)控制的方法，使得取力发电装置既有好的控制精度又有好的鲁棒性。其智能控制系统闭环方框图如图3所示。
图3 智能控制系统闭环方框图
从智能控制系统闭环方框图可以看出，除转速控制环外，还有执行器的位置环以及执行器线圈电流环。执行器的位置环可以有效消除调速机构摩擦力及其换向的影响，执行器线圈电流环可以克服执行器温度漂移造成的输出力改变，从而大大增强了取力发电调速系统的稳定性和可调试性。其有益效果是，不仅能够保证取力发电调速系统的稳定性，而且可以保证电调控制器的互换性。
6工程实际中应关注的问题
由于驻车取力发电是在汽车底盘上实施，考虑到人机工程及人性化设计等因素，在工程实际中应注意驻车取力发电装置对上装的影响及使用的方便性，尽可能削弱对上装设备及操作人员在噪声、振动等方面的影响，避免加装驻车取力发电装置对汽车行驶性能的影响。
6.1驻车发电时柴油机控制转速的选择
由于取力发电系统的动力源为底盘柴油机，其噪声不像一般机组可以采用隔音等措施来降低噪声对作战人员的影响。所以，设计时必须考虑噪声对保护作战人员听力、健康、烦恼度等方面的作用。按GJB50-85《军事作业噪声容许限制》中的规定，要求每天8小时长期工作时容许噪声级为90 dB(A)。
当选择底盘柴油机转速在1500rpm以上时，底盘柴油机的噪声一般在90dB(A)以上，会严重影响作战人员的健康。当柴油机转速降到1250rpm在左右时，底盘柴油机的噪声大约为83dB(A)，可以基本满足作战人员长时间工作的噪声环境要求。
但是柴油机的输出功率与其转速有一定的关系，对柴油机来讲，其功率(扭矩)、转速特性呈倒锅形，柴油机转速较低时，柴油机的输出扭矩下降较快，即柴油机在低速时抗负载扰动能力弱，柴油机转速较高时，柴油机的输出扭矩基本不变，即柴油机抗负载扰动能力强。由于柴油机是取力发电装置的动力来源，当柴油机转速较高时，突加、突甩负载对柴油机转速的影响较小，转速控制较容易；相反在低速情况下，柴油机的转速控制困难。
因此，综合考虑系统噪声、发电品质等因素，在保证取力发电装置输出功率及技术指标的前提下，尽量降低柴油机工作转速，这样不仅可以降低能耗，还可有效的降低系统的噪声，改善武器系统人机环境。
6.2 油门控制机构
驻车取力发电装置的柴油机油门机构不仅应在驻车时能够实现对柴油机转速的精确控制，而且必须保证汽车的正常操纵行和安全性。以某型号的汽车底盘为例，其底盘柴油机为道依茨原装进口风冷柴油机BF12L513，该柴油机脚踏油门位于喷油泵底部，其底部空间狭小，如果采用比例电磁铁式执行器直连，比例电磁铁执行器的回位弹簧会严重影响汽车脚踏油门的操纵，安装油门独立操纵机构又受柴油机内部空间的限制，为此需重新设计油门控制机构。
选用线性电磁力矩马达为执行器，执行器通过四连杆机构与柴油机油门转轴刚性连接，汽车行驶时，执行器不工作，四连杆机构、执行器随脚踏油门空转，不影响汽车的操纵性能；在驻车发电时，执行器通过四连杆机构，控制柴油机的供油量来完成对柴油机转速的精确控制，此时，脚踏油门也会随执行器的动作而动作。
（摘编自《电气技术》，原文标题为“驻车取力发电技术研究”，作者为王绪龙、张雪玲等。）
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