■ 吳明 鄭圓圓

吳 明：南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州校區(qū)，講師，江蘇蘇州，215137

鄭圓圓：南京鐵道職業(yè)技術(shù)學(xué)院蘇州校區(qū)，講師，江蘇蘇州，215137

隨著我國經(jīng)濟(jì)社會的快速發(fā)展，柴油機(jī)作為主要動力機(jī)械在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、能源和交通運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域都得到了廣泛應(yīng)用。目前，我國柴油機(jī)年銷售量超過140萬臺，已成為普遍使用的一種動力裝置。隨著世界范圍內(nèi)能源結(jié)構(gòu)的調(diào)整和環(huán)保意識的增強(qiáng)，柴油機(jī)逐漸成為主流，大型柴油機(jī)是集機(jī)械、測量、計算機(jī)等多種技術(shù)于一體，機(jī)構(gòu)復(fù)雜、價格昂貴，如不能及時正確地對所出現(xiàn)故障進(jìn)行診斷與維修，會給造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。

由于柴油機(jī)較為復(fù)雜，故其故障征兆及原因也較復(fù)雜，現(xiàn)有方式多依靠維修人員的工作經(jīng)驗進(jìn)行逐一排查，需要花費(fèi)大量時間，很不方便。采用模糊方法，結(jié)合經(jīng)驗分析，對柴油機(jī)的故障進(jìn)行診斷，大大提高維修效率，將停產(chǎn)導(dǎo)致的經(jīng)濟(jì)損失降到最低。

1 柴油機(jī)常見故障原因及分析

柴油機(jī)是典型的多系統(tǒng)、多層次的復(fù)雜系統(tǒng)。柴油機(jī)大致可分為曲柄連桿機(jī)構(gòu)、配氣機(jī)構(gòu)、燃油供給系統(tǒng)、潤滑系統(tǒng)、冷卻系統(tǒng)、啟動裝置六大部分。柴油機(jī)燃油供給系統(tǒng)作為柴油機(jī)的心臟，其工作質(zhì)量和參數(shù)直接影響柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性和可靠性。因此以柴油機(jī)燃油系統(tǒng)作為柴油機(jī)故障的子系統(tǒng)進(jìn)行分析[1]。

柴油機(jī)燃油系統(tǒng)常見故障現(xiàn)象有柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)（一般稱為“游車”）、柴油機(jī)超速不能停（一般稱“飛車”）、柴油機(jī)排氣冒黑煙、柴油機(jī)啟動困難和柴油機(jī)功率不足等。

（1）柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)。故障原因：燃油方面故障，如柴油標(biāo)號不對或質(zhì)量低劣；噴油泵方面故障，如聯(lián)軸器故障、供油時間過早或過晚、柱塞偶件故障、各缸噴射質(zhì)量或噴射壓力不均勻、各缸供油量或供油間隔不一、各缸出油閥偶件或針閥偶件狀況不一；燃油管路故障，如油路中進(jìn)水或空氣；噴油器故障，如堵塞、漏油；高壓油管故障，如漏油；調(diào)速器故障，如怠速調(diào)太低、飛球組件不靈活或間隙太大。

（2）柴油機(jī)“飛車”。故障原因：噴油泵故障，如柱塞偶件磨損或回位彈簧折斷、供油拉桿與飛球組件脫開、供油拉桿犯卡；調(diào)速器故障，如飛球組件不靈活或間隙過大、機(jī)油粘稠或機(jī)油太多。

（3）柴油機(jī)排氣冒黑煙。故障原因：燃油管路故障，如管路中有水或空氣；燃油故障，如柴油標(biāo)號不對或質(zhì)量低劣；噴油泵故障，如供油時間過早或過晚、各缸供油不等或校正加濃供油量大、聯(lián)軸器可調(diào)部分松動、出油閥偶件故障；噴油器故障，如堵塞、漏油、噴霧不良。

（4）柴油機(jī)起動困難。故障原因：油箱組件故障，如油箱無油、油箱開關(guān)未打開、油箱堵塞、油箱安裝位置低；燃油管路故障，如油路有水或空氣、油管堵塞、油管破裂、管接頭漏油；燃油濾清器故障，如堵塞、不密封、低壓油路限壓溢流閥彈簧折斷或不密封；輸油泵故障，如進(jìn)油濾網(wǎng)堵塞、輸油泵工作不良；噴油器故障，如噴霧不良、針閥卡住或磨損、彈簧折斷、噴孔堵塞；燃油故障，如號數(shù)不對或質(zhì)量低劣；噴油泵故障，如聯(lián)軸器可調(diào)部分松動、供油時間過早或過晚、出油閥偶件關(guān)閉不嚴(yán)或彈簧折斷、柱塞偶件磨損或回位彈簧折斷；高壓油管故障，如破裂、管接頭松動。

（5）柴油機(jī)功率不足。故障原因：油箱組件故障，如油箱蓋通氣孔堵塞；燃油管路故障，如油管破裂、油管堵塞、油管接頭漏油、油路有水或空氣；燃油濾清器故障，如堵塞、不密封、低壓油路限壓溢流閥彈簧折斷或不密封；輸油泵故障，如進(jìn)油濾網(wǎng)堵塞、輸油泵工作不良；噴油器故障，如噴霧不良、針閥卡住或磨損、彈簧折斷、噴孔堵塞；燃油故障，如柴油標(biāo)號不對、質(zhì)量低劣；噴油泵故障，如聯(lián)軸器可調(diào)部分松動、供油時間過早或過晚、出油閥偶件關(guān)閉不嚴(yán)或彈簧折斷、柱塞偶件磨損或回位彈簧折斷、凸輪軸磨損；高壓油管故障，如破裂、管接頭松動；調(diào)速器故障，如供油拉桿調(diào)節(jié)撥叉松動、供油拉桿犯卡、調(diào)速彈簧折斷、調(diào)速器運(yùn)動件犯卡、調(diào)速器調(diào)整不當(dāng)。

將上述故障按其出現(xiàn)征兆的劇烈程度劃分為幾個層次且附上一定的隸屬度（見表1）。

2 模糊診斷方法

柴油機(jī)是一種結(jié)構(gòu)、形式都較為復(fù)雜的設(shè)備，一旦出現(xiàn)故障，就會出現(xiàn)模糊不清的信息，特別是當(dāng)多個故障同時出現(xiàn)時，采用傳統(tǒng)的逐一排查方式會大大影響工作效率。模糊理論非常適合含有模糊現(xiàn)象和不確定信息的系統(tǒng)診斷[2]。借助模糊數(shù)學(xué)中的隸屬函數(shù)描述和處理，利用模糊方法診斷故障。通過確定相互間的模糊關(guān)系，利用隸屬函數(shù)，實現(xiàn)故障診斷，確定最可能發(fā)生的故障及原因。

模糊故障診斷的基本方法：先建立征兆與故障類型的因果關(guān)系矩陣R，再建立故障與征兆的模糊關(guān)系方程，這是一種基于模糊關(guān)系及合成算法的診斷方法[3]。通過某些征兆的可能性求出各種故障原因的隸屬度。假設(shè)診斷對象可能表現(xiàn)的征兆有n種，分別記為x1，x2，…，xn，每種征兆可能出現(xiàn)的故障原因有m種，分別記為y1，y2，…，ym。

構(gòu)成故障征兆的模糊向量為X=（x1，x2，…，xn），xi=（i=1，2，…，n）為對象具有癥狀xi的隸屬度。

表1 故障征兆劇烈程度劃分

故障原因模糊向量為Y=（y1，y2，…，ym），yj=（j=1，2，…，m）為對象具有故障yi的隸屬度。故障原因與征兆之間的模糊方程為Y=X·R。R為模糊關(guān)系矩陣，也稱為模糊診斷矩陣：

式中：矩陣元素rij表示第i 種征兆、第j 種征兆原因的隸屬度。

其完整模糊方程為：

一個故障征兆可能對應(yīng)著一個或多個故障原因，而一個故障原因又可能呈現(xiàn)出一個或多個故障征兆。由于這種錯綜復(fù)雜的關(guān)系，可采用模糊理論的方式進(jìn)行分析統(tǒng)計，基本原理見圖1。

3 實例舉證

以德國道依茨BF12L413FC柴油機(jī)為例。該柴油機(jī)運(yùn)行過程中出現(xiàn)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)、柴油機(jī)功率偏低、柴油機(jī)時而冒黑煙、 排氣溫度忽高忽低等征兆。

根據(jù)出現(xiàn)的故障征兆劇烈程度，構(gòu)建故障征兆模糊向量X=（0.6，1，0，0.8）。

各故障的原因又可能是有這幾種情況：調(diào)速器運(yùn)動件犯卡y1、燃油濾清器故障y2、燃油管路故障y3、供油拉桿犯卡y4、輸油泵故障y5、噴油器故障y6等。

通過實驗統(tǒng)計和經(jīng)驗總結(jié)，得出各故障征兆不同原因的隸屬度，并構(gòu)建模糊關(guān)系矩陣R。

根據(jù)模糊方程得到：

根據(jù)最大隸屬度規(guī)則，y1是該柴油機(jī)發(fā)生故障的最主要原因，即調(diào)速器運(yùn)動件犯卡。

4 結(jié)論

通過建立模糊診斷故障數(shù)學(xué)模型，對柴油機(jī)呈現(xiàn)的一些故障及其多個故障原因的不確定性進(jìn)行診斷，能以較快速度準(zhǔn)確地找到故障原因。該診斷方式很好的考慮到故障中多個不精確、模糊的事件，并結(jié)合專業(yè)人士的多年工作經(jīng)驗，因此切合實際，是一種有效解決問題的方法。

[1]吳國經(jīng)．柴油機(jī)故障診斷與維修[M]．北京：電子工業(yè)出版社，2005

[2]http://baike.baidu.com/view/1443826.htm

[3]楊綸標(biāo)，高英儀．模糊數(shù)學(xué)原理及應(yīng)用[M]．廣東：華南理工大學(xué)出版社，2002