劉君 火箭軍士官學(xué)校

隨著柴油機(jī)使用時(shí)間的增長，其零部件磨損程度的增大以及可能存在的疲勞損傷等，都將導(dǎo)致柴油機(jī)性能的下降，甚至引起故障。挖掘機(jī)、裝載機(jī)等工程機(jī)械的工作性質(zhì)，決定了其柴油機(jī)具有大功率、高強(qiáng)度、高負(fù)荷、工作條件復(fù)雜、故障率高等特點(diǎn)，一旦發(fā)生故障，將直接影響工程機(jī)械的工作狀態(tài)。為此，必須加強(qiáng)對(duì)柴油機(jī)狀態(tài)的檢測(cè)與評(píng)價(jià)，實(shí)時(shí)掌握柴油機(jī)狀態(tài)的優(yōu)劣情況，提早發(fā)現(xiàn)故障征兆，提高裝備保障效能。

國外在柴油機(jī)狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)與評(píng)價(jià)方法方面的研究較為深入，經(jīng)過多年的發(fā)展，形成了系統(tǒng)的監(jiān)測(cè)管理理念和領(lǐng)先的技術(shù)水平，研發(fā)了一系列的監(jiān)測(cè)設(shè)備。但是我國在這一方面的研究還比較落后，長期受“定期維修”等思想的影響，存在諸多的不足。

一、當(dāng)前常用的柴油機(jī)狀態(tài)檢測(cè)診斷技術(shù)

柴油機(jī)檢測(cè)診斷技術(shù)是進(jìn)行柴油機(jī)狀態(tài)檢測(cè)的重要手段，先進(jìn)的檢測(cè)診斷技術(shù)能夠提高檢測(cè)的準(zhǔn)確性。目前，常用的柴油機(jī)檢測(cè)診斷方法主要有以下幾種：狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)法，振動(dòng)分析法和油液分析法。

（一）狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)法

狀態(tài)參數(shù)監(jiān)測(cè)法主要是通過對(duì)柴油機(jī)的各種運(yùn)行參數(shù)（如轉(zhuǎn)速、功率、壓力、溫度等）進(jìn)行測(cè)量，然后分析各參數(shù)的異常情況來對(duì)柴油機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷。例如溫度監(jiān)測(cè)法是通過分析機(jī)械設(shè)備箱體、底座或者相關(guān)零部件等表面的溫度變化情況來對(duì)設(shè)備狀態(tài)和故障情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷的方法。機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，溫度變化情況與設(shè)備故障、磨損等狀況緊密相連，甚至裂紋的產(chǎn)生也會(huì)引起周圍材料溫度的變化。

但是在有些時(shí)候，溫度等狀態(tài)參數(shù)的變化并不明顯，只有當(dāng)故障達(dá)到一定的程度時(shí)，才會(huì)有明顯的反映。并且有些參數(shù)易受外界環(huán)境以及使用條件的影響，參數(shù)測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性難以保證。

（二）振動(dòng)分析法

柴油機(jī)在運(yùn)行過程中的振動(dòng)信號(hào)及其特征包含反映自身整體狀況的重要信息，并能一定程度上揭示整體狀況的變化規(guī)律。振動(dòng)分析法是利用安裝在設(shè)備適當(dāng)位置的振動(dòng)傳感器來獲取設(shè)備的振動(dòng)信號(hào)，并通過分析振動(dòng)信號(hào)來對(duì)設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行檢測(cè)診斷，這也是機(jī)械設(shè)備故障及狀態(tài)檢測(cè)診斷過程中最有效、最常用的方法之一。振動(dòng)分析法具有以下優(yōu)點(diǎn)：振動(dòng)信號(hào)易于獲取，實(shí)現(xiàn)了不解體診斷；振動(dòng)信號(hào)來源于設(shè)備本身，不需要外加振動(dòng)源；可根據(jù)不同結(jié)構(gòu)振動(dòng)的不同特征，有效的檢測(cè)診斷出不同部位存在的問題；可以實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)故障檢測(cè)與診斷等。但是由于機(jī)械設(shè)備通常內(nèi)部結(jié)構(gòu)零部件較多，以及所處的環(huán)境復(fù)雜、噪聲干擾較多，有用的信號(hào)常常和噪聲信號(hào)混雜在一起，所以有時(shí)難以進(jìn)行準(zhǔn)確的故障診斷。并且當(dāng)對(duì)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)規(guī)律不明確時(shí)，很難從振動(dòng)信號(hào)中獲取關(guān)于設(shè)備狀態(tài)的有用信息。

對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行分析處理的方法很多，主要集中在時(shí)域分析法、頻域分析法和時(shí)頻域分析法三個(gè)方面。近年來，隨著檢測(cè)診斷技術(shù)和方法的發(fā)展，在融合各相關(guān)學(xué)科新理論的基礎(chǔ)上，產(chǎn)生了很多新的振動(dòng)信號(hào)分析方法，例如產(chǎn)生了基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、盲源分離、模糊理論的故障診斷和狀態(tài)檢測(cè)技術(shù)。

（三）油液分析法

如果說柴油機(jī)是車輛的心臟，那么柴油機(jī)潤滑油便是心臟的血液，柴油機(jī)潤滑油液的理化性質(zhì)及其金屬元素成分和含量的變化蘊(yùn)含著柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的豐富信息。通過油液光譜、鐵譜分析技術(shù)，對(duì)設(shè)備磨損狀態(tài)進(jìn)行分析，是包括柴油機(jī)在內(nèi)的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)檢測(cè)的重要手段。美國西部鐵路部門最早在1940年左右開始對(duì)鐵路機(jī)車所用潤滑油進(jìn)行了分析，取得了明顯的成效。隨后，油液分析方法逐漸得到了美軍的重視，建立了一些油液分析中心，研究獲得了一些油液分析手段，開發(fā)形成了一些油液檢測(cè)設(shè)備。近年來，油液分析方法也得到了國際許多國家的重視。

由于油液中含有柴油機(jī)運(yùn)行過程產(chǎn)生的各種磨損產(chǎn)物，因此通過油液分析能夠有效的掌握柴油機(jī)的磨損機(jī)理、判斷磨損部位并預(yù)測(cè)磨損發(fā)展趨勢(shì)。油液分析方法操作簡單，避免了對(duì)柴油機(jī)的拆解檢查，有著較好的應(yīng)用前景。但是由于柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中要不斷的消耗機(jī)油，因此要不斷的定期換油，這樣也就必然帶來了油液中元素含量的跳躍性變化，也就不能用一些科學(xué)模型來對(duì)磨損情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，給油液分析工作帶來了一定的困難。

二、相關(guān)研究成果

國外在柴油機(jī)狀態(tài)檢測(cè)與評(píng)價(jià)方面的研究開始較早，也較為深入，形成了一定的理論體系和研究方法，并轉(zhuǎn)化成了硬件設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了柴油機(jī)狀態(tài)的在線監(jiān)測(cè)。如美軍在主戰(zhàn)坦克上配備了一種數(shù)字診斷和預(yù)測(cè)“工具箱”，通過對(duì)柴油機(jī)狀態(tài)參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)，能夠進(jìn)行故障定位和狀態(tài)評(píng)價(jià)。美國GE公司通過多種傳感器對(duì)機(jī)車柴油機(jī)上的多個(gè)參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，研發(fā)了該型柴油機(jī)的在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)柴油機(jī)工作狀態(tài)的實(shí)時(shí)檢測(cè)與評(píng)價(jià)。

我國在這方面也進(jìn)行了一定的研究。西安宏達(dá)微電子技術(shù)研究所研制的多功能柴油機(jī)工況自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，可以對(duì)柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速、缸壓、零部件溫度等參數(shù)進(jìn)行不斷地檢測(cè)。

三、發(fā)展趨勢(shì)

從目前研究進(jìn)展和發(fā)展需要看，柴油機(jī)狀態(tài)檢測(cè)發(fā)展趨勢(shì)是：

檢測(cè)技術(shù)綜合化研究。近年來，美國不斷將現(xiàn)代高新技術(shù)應(yīng)用于維修領(lǐng)域，形成了多技術(shù)綜合的檢測(cè)手段，極大提高了維修保障效率和效能。隨著科技發(fā)展，柴油機(jī)結(jié)構(gòu)越發(fā)復(fù)雜，零部件數(shù)量龐大，對(duì)其狀態(tài)檢測(cè)與評(píng)價(jià)能力的要求也相應(yīng)提高，因此開展檢測(cè)技術(shù)綜合化研究是十分必要的，這也是裝備保障建設(shè)發(fā)展的方向。

檢測(cè)設(shè)備嵌入式研究。通過將符合要求的傳感器，特別是適合柴油機(jī)檢測(cè)需要的長壽命傳感器深埋于柴油機(jī)內(nèi)部，結(jié)合嵌入式系統(tǒng)，可以為后期檢測(cè)評(píng)價(jià)提供極大地方便，并提高評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性。目前美國、日本等國家將超薄型傳感器安置在發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部，實(shí)現(xiàn)了對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)溫度等參數(shù)的實(shí)時(shí)檢測(cè)。