朱發(fā)新，蔡振雄，盧金樹，王家宏，張志斌

（1.浙江海洋學院海運學院，浙江舟山 316000；2.集美大學輪機工程學院，福建廈門 361021）

由于現(xiàn)代化機械設(shè)備所花的維修費用和停機損失，在成本中所占的比例越來越大，因此設(shè)備維修業(yè)務(wù)的重要性日益成為一個突出的問題，使得人們對機械設(shè)備的可靠性、可維修性、經(jīng)濟性以及安全性提出了更高的要求[1]。柴油機作為主要動力機械在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源和交通運輸?shù)阮I(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。船舶的特殊性也決定了船舶柴油機故障診斷的重要性。如果船舶柴油機發(fā)生重大故障，輕則延誤交貨日期，支付一定的延期交貨違約金，重則危及船舶安全、船員生命以及造成海洋污染。及時發(fā)現(xiàn)船舶柴油機故障并迅速排除，對船舶航行的安全性和可靠性、降低維修費用、減少經(jīng)濟損失等具有重要的現(xiàn)實意義。

為了保證船用柴油機安全可靠地運行，必須對其進行維修。大多數(shù)船舶柴油機的維修采用定期檢修保養(yǎng)和事后維修，這種方法可有效預(yù)防船舶柴油機的一些故障，但是也存在著缺乏事故預(yù)見能力、維修成本高、效率低等缺點[2]。現(xiàn)在逐漸發(fā)展了一種新型的船舶維修的管理策略——視情維修。但運行故障的分析、判斷對輪機人員的時間經(jīng)驗要求很高，不同的管理人員，由于時間經(jīng)驗積累的程度不同，對故障分析、判斷的準確性、快速性相差甚遠，從而影響到運行故障的排除。因此，利用各種狀態(tài)參數(shù)進行船舶柴油機的故障診斷成為視情維修管理發(fā)展的重點。

故障診斷的一般方法有觀察法、聽診法、觸摸及嗅聞法、隔離及驗證法、測試及化驗法等[3-7]。隨著近年來科技的不斷發(fā)展，故障診斷又出現(xiàn)了基于數(shù)學模型的方法、故障樹分析法、專家系統(tǒng)故障診斷法以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法等新興方法[7-12]。本文結(jié)合了一般方法與專家系統(tǒng)故障診斷法的優(yōu)點，即：把優(yōu)秀船員的故障處理的經(jīng)驗與知識輸入到專家系統(tǒng)中，再根據(jù)故障征兆與專家系統(tǒng)對話，從而達到快速診斷及處理相應(yīng)的故障。

1 船用柴油機故障診斷系統(tǒng)

1.1 中低速柴油機典型故障征兆的比較

由于機型不同，不同的船舶柴油機典型故障征兆也會有所不同，表1是中速機與低速機典型故障征兆的比較。

表1 船舶中低速柴油機典型故障征兆比較Tab.1 Comparison of the typical faults in medium speed and low speed diesel engine

1.2 數(shù)據(jù)庫

以Visual FoxPro數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為軟件平臺，根據(jù)以往的經(jīng)驗總結(jié)和知識積累建立起來的含有故障名稱、故障征兆和故障排除方法的船用柴油機故障診斷系統(tǒng)，如圖1所示。

圖1 數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的故障記錄Fig.1 The record of the faults in dstabase system

該船用柴油機故障診斷系統(tǒng)具有顯示、追加記錄、刪除記錄、修改記錄以及查詢記錄等功能。

1）顯示記錄功能

如只顯示故障名稱，如圖2所示。

圖2 顯示出來的故障名稱Fig.2 Shown faults's name

2）增加記錄功能

比如輸入“活塞斷裂”這一條記錄，則新的數(shù)據(jù)庫如圖3所示。

圖3 更新后的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Fig.3 Renewed databae system

3）刪除記錄功能

如刪除剛增加的一條“活塞斷裂”故障記錄，如圖4所示。

圖4 刪除記錄后的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Fig.4 Database system deleted with a record

4）修改功能

比如在表結(jié)構(gòu)中增加一個“故障原因”，顯示的結(jié)果如圖5所示。

圖5 修改表結(jié)構(gòu)后的數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)Fig.5 Database system inserted with fault reasons

5）查詢功能

同理在命令窗口中輸入命令也可以進行查詢，例如根據(jù)故障征兆查詢是屬于某一中故障，這個功能在后面內(nèi)容部分有論述。

2 船舶柴油機拉缸故障典型實例診斷的實現(xiàn)

2.1 拉缸機理

引起拉缸的原因比較多，但從拉缸的現(xiàn)象和機理分析，通常是由于活塞與氣缸壁局部區(qū)域的油膜破壞所造成的。

拉缸可以分為輕度拉缸和嚴重拉缸。輕度拉缸：通常在氣缸壁上有幾條深約10 μm的條狀貫通拉傷痕跡，在排氣口筋部及其上方或燃燒室附近有較大面積的拉傷痕跡，活塞環(huán)外表面只有局部拉傷痕跡，在活塞裙部的外表面沒有拉傷痕跡。嚴重拉傷時：在缸套工作表面會出現(xiàn)較大面積的拉傷痕跡，有非常明顯的手觸感，在活塞裙的外表面有嚴重的較大面積的拉傷，甚至有明顯的咬合痕跡，在這種情況下，很有可能發(fā)生抱缸故障，造成嚴重事故。

2.2 故障原因

造成拉缸的原因十分復(fù)雜,有設(shè)計、制造工藝及材料的缺陷，也有運行管理不當?shù)囊蛩亍?/p>

設(shè)計、制造工藝及材料的缺陷方面，如材料的選配、間隙大小的確定、結(jié)構(gòu)布置是否合理、安裝是否恰當、表面粗糙度的加工是否合適、潤滑油冷卻的安排是否完善、潤滑油凈化質(zhì)量是否合乎要求等。

運行管理方面的主要原因有：缸潤滑不良、磨合不充分、冷卻不良、活塞環(huán)斷裂、燃用劣質(zhì)油、長期超負荷等。

2.3 拉缸的征兆

船舶柴油機在發(fā)生拉缸事故前，一般都有比較明顯的征兆：氣缸、活塞冷卻液出口溫度明顯上升；可以聽到活塞與缸壁的干摩擦聲音；曲軸箱和掃氣口溫度，有時有煙氣冒出；嚴重時，轉(zhuǎn)速明顯下降，甚至自行停機。

2.4 利用船用柴油機故障診斷系統(tǒng)顯示出拉缸故障

如果某一輪機員在值班時，發(fā)現(xiàn)如2.3所述的情況，在船用柴油機故障診斷系統(tǒng)中輸入這些故障征兆，經(jīng)過查詢，很快就能查明是拉缸故障，或?qū)⒁l(fā)生拉缸，如圖6所示。

圖6 顯示出的拉缸Fig.6 Shown the fault of the cylinder bore scuffing

雙擊該欄的Memo，可以查詢相應(yīng)的排除方法或措施。即：用專用工具把發(fā)生拉缸事故的那一缸作單缸停油；用手搖動氣缸注油器以加強該氣缸的潤滑；打開該缸示功閥，釋放氣缸內(nèi)的壓力；加強對活塞的冷卻。

3 結(jié)論

本文以Visual FoxPro數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)為軟件平臺，根據(jù)典型故障征兆設(shè)計開發(fā)了船用柴油機典型故障診斷系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有可查詢、修改、插入和刪除等功能，以友好的用戶界面和易于操作等特點，實現(xiàn)船用柴油機典型故障的快速診斷。該系統(tǒng)對提高輪機管理人員對各種典型故障的快速分析、準確判斷迅速排除具有重要的現(xiàn)實意義。

但是，該船用柴油機故障診斷系統(tǒng)具有以下不足：

1）該系統(tǒng)不能歸納出所有的故障，專家?guī)煨畔⒘坑写M一步擴展；

2）有時柴油機發(fā)生故障時并沒有很明顯的征兆，因此也就不可能對這種故障做出準確、快速的判斷。

筆者將繼續(xù)關(guān)注跟蹤船用柴油機故障診斷的最新技術(shù)，致力于在線故障診斷技術(shù)的研究，探索更為實用可靠的計算機診斷軟件。

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