王 宇，張永祥

（海軍工程大學(xué)動(dòng)力工程學(xué)院，湖北武漢 430033）

0 引言

隨著現(xiàn)代工業(yè)的不斷發(fā)展和社會(huì)的不斷進(jìn)步，作為動(dòng)力的柴油機(jī)被廣泛應(yīng)用于交通運(yùn)輸、海上機(jī)械、軍事、工業(yè)和農(nóng)業(yè)等各大領(lǐng)域，其熱效率高、經(jīng)濟(jì)性好、維護(hù)和管理較方便、且對(duì)各種機(jī)械的適應(yīng)性較好等特點(diǎn)致使其在市場(chǎng)中占有很大地位，而隨著柴油機(jī)的廣泛運(yùn)用，隨即而來(lái)的機(jī)器故障就越來(lái)越引起人們重視，柴油機(jī)一旦發(fā)生故障，將給工業(yè)和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)難以估計(jì)的影響，輕則損壞機(jī)器，重則可能威脅到人身安全，而對(duì)于柴油機(jī)來(lái)說(shuō)常見(jiàn)的故障主要有拉缸、抱缸、活塞連桿以及軸承間隙異常等問(wèn)題[1-2]。其中，拉缸故障[3-5]是柴油機(jī)常見(jiàn)故障之一，一旦發(fā)生拉缸，輕則拆機(jī)打磨缸套，重則整體換機(jī)，有時(shí)甚至?xí){人的生命安全。

1 柴油機(jī)拉缸故障機(jī)理

拉缸，也可以叫熔著磨損或者黏著磨損，柴油機(jī)拉缸指的是活塞與氣缸工作面、活塞環(huán)與氣缸工作面間由于相互之間的作用破壞了潤(rùn)滑膜，產(chǎn)生干摩擦，或者是由于摻雜磨粒導(dǎo)致摩擦加大，從而產(chǎn)生大量的熱量，造成了熔化和黏著[1]，加大了與杠壁的磨損和接觸摩擦，導(dǎo)致拉缸現(xiàn)象產(chǎn)生，拉缸大多發(fā)生在柴油機(jī)磨合階段或者是運(yùn)轉(zhuǎn)一定時(shí)間之后。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)，通常會(huì)出現(xiàn)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速明顯下降、發(fā)出難聽(tīng)聲音、排溫先上升后下降，排煙顏色改變，排氣壓力降低、發(fā)動(dòng)機(jī)耗油量以及水溫會(huì)升高、和發(fā)生劇烈振動(dòng)[6]等問(wèn)題。在柴油機(jī)發(fā)生拉缸時(shí)，在氣缸壁的表面會(huì)出現(xiàn)明顯的刮痕或者溝槽，導(dǎo)致摩擦力急劇增大[7-9]，甚至可能造成氣缸套與活塞及活塞環(huán)間咬死的情況發(fā)生。而根據(jù)其工作表面的損傷程度又可以進(jìn)行分類(lèi)，分別為擦傷、劃傷、咬傷和咬死等4種狀態(tài)[10-12]。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)，如果是在低速運(yùn)轉(zhuǎn)則會(huì)停機(jī)熄火，如果此時(shí)正在高速運(yùn)轉(zhuǎn)有沒(méi)有自動(dòng)停機(jī)裝置，則可能拉斷活塞和連桿，致使整機(jī)報(bào)廢。而且拉缸發(fā)生的時(shí)間不同，有時(shí)幾分鐘，有時(shí)幾十分鐘，甚至有時(shí)候只要幾秒鐘，在還沒(méi)有反應(yīng)過(guò)來(lái)時(shí)，柴油機(jī)已經(jīng)損壞，所以柴油機(jī)一旦發(fā)生拉缸，則問(wèn)題相當(dāng)嚴(yán)重[13-17]。

2 柴油機(jī)拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷方法研究現(xiàn)狀

針對(duì)柴油機(jī)拉缸故障問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者都在研究怎樣能夠更好的監(jiān)測(cè)診斷這項(xiàng)故障，雖然很多人都在做，但是對(duì)于能從真正實(shí)際上解決監(jiān)測(cè)診斷拉缸故障問(wèn)題的方法卻很少[18-22]，診斷方法主要是通過(guò)機(jī)理研究、振動(dòng)分析、以及摩擦潤(rùn)滑等角度進(jìn)行分析研究，從事拉缸故障診斷研究的專(zhuān)家學(xué)者很多，文獻(xiàn)數(shù)量也很龐大，但是內(nèi)容大同小異，實(shí)質(zhì)性的進(jìn)展分析比較少，并沒(méi)有真正意義上解決問(wèn)題，以前在技術(shù)還比較落后時(shí)候，對(duì)于拉缸的診斷大多都是通過(guò)操作人員觀察進(jìn)行判斷，這個(gè)方法主要是根據(jù)操作人員人為的那種觀察，憑借他們的肉眼，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)象分析，來(lái)判斷是否發(fā)生拉缸故障，這種方法相對(duì)來(lái)說(shuō)比較簡(jiǎn)單、快捷、方便，但是對(duì)操作人員的素質(zhì)要求非常高，需要其有豐富的經(jīng)驗(yàn)，所以一般情況不采用。

2.1 基于性能參數(shù)的拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷方法

柴油機(jī)拉缸故障產(chǎn)生的機(jī)理正是由于活塞組件與缸套之間相互作用破壞了潤(rùn)滑膜，產(chǎn)生干摩擦，進(jìn)而導(dǎo)致黏著磨損，也就是拉缸，所以很多專(zhuān)家學(xué)者在基于柴油機(jī)拉缸機(jī)理的基礎(chǔ)上對(duì)拉缸故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)診斷。

徐久軍[23]依照模擬實(shí)驗(yàn)的相似準(zhǔn)則，針對(duì)拉缸故障的特點(diǎn)設(shè)計(jì)了磨損試驗(yàn)，從材料的角度提出造成拉缸的根本原因是摩擦生熱致使表面材料硬化相的碎裂和折斷。

樓狄明[24]針對(duì)某型號(hào)的柴油機(jī)其第二缸發(fā)生的拉缸問(wèn)題，使用硬度塞測(cè)量了柴油機(jī)活塞的溫度場(chǎng)，并進(jìn)行了金相分析，發(fā)現(xiàn)此機(jī)發(fā)生拉缸的原因是活塞熱負(fù)荷超標(biāo)，并從冷卻角度進(jìn)行了改進(jìn)。

由于活塞間隙過(guò)大或者過(guò)小，活塞與缸套配合不當(dāng)或者鑄造不良都會(huì)造成拉缸故障，所以謝建新[25]通過(guò)測(cè)量柴油機(jī)活塞的型線(xiàn)、橢圓度以及配合間隙等參數(shù)來(lái)判斷是否發(fā)生拉缸。

2017 年，李雪[26]等人通過(guò)利用石墨含量不同的缸套與活塞環(huán)配副，分析石墨含量不同的缸套對(duì)抗拉缸效果的影響，他們用試驗(yàn)機(jī)，根據(jù)貧油實(shí)驗(yàn)法，進(jìn)行抗拉缸實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)主要是通過(guò)機(jī)械拋光的方法控制6 個(gè)缸套表面的石墨含量，1～6缸的石墨含量依次變高，通過(guò)對(duì)比在不同石墨含量下抗拉缸時(shí)間的大小得到結(jié)論：缸套表面沒(méi)有石墨的漏出的抗拉缸效果比有石墨露出的效果差，而隨著石墨含量的增加抗拉缸性能先增加再減少，主要是因?yàn)?，如果石墨含量高到一定程度，?huì)降低缸套的承載能力，致使抗磨損能力下降，導(dǎo)致抗拉缸性能減弱。

將明華[27]通過(guò)進(jìn)行拉缸故障模擬實(shí)驗(yàn)，人工模擬制作拉缸故障以及密封圈損壞故障，將正常液壓缸與故障液壓缸共同實(shí)驗(yàn)比較，測(cè)量其內(nèi)泄漏量，通過(guò)特點(diǎn)對(duì)比來(lái)分析拉缸狀態(tài)。通過(guò)對(duì)比分析發(fā)現(xiàn)，隨著拉缸和密封圈損壞程度增加，液壓缸的內(nèi)泄漏量增加，泄漏量隨壓力差的增加而增大。

Rabut[28]針對(duì)柴油機(jī)的第一道氣環(huán)，分析了其在工作時(shí)與環(huán)槽產(chǎn)生的微焊接現(xiàn)象，這正是因?yàn)榈谝坏罋猸h(huán)工作環(huán)境的溫度比較高，潤(rùn)滑條件較差，活塞環(huán)和環(huán)槽之間的接觸壓力大導(dǎo)致的，這對(duì)于研究拉缸故障中產(chǎn)生的活塞環(huán)與缸套間發(fā)生微焊接現(xiàn)象有借鑒的意義。

錢(qián)作勤[29-30]通過(guò)使用人工智能語(yǔ)言PDC Prolog 從而建立了小型的分析柴油機(jī)拉缸故障診斷的專(zhuān)家系統(tǒng)，該系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)是由模塊化的結(jié)構(gòu)所組成的，主要有推理機(jī)、自學(xué)習(xí)和解釋等3 大功能。

在1978 年，Patir 和Cheng[31-32]對(duì)Reynolds 的方程進(jìn)行修正，考慮到摩擦副的表面粗糙度的影響，提出使用平均流量來(lái)計(jì)算粗糙表面的流體壓力分布，這對(duì)于之后對(duì)摩擦副之間的潤(rùn)滑特性的研究有非常重要的意義。Rohde[33]通過(guò)把平均Reynolds 方程與Greenwood 和Tripp[34]提出的微凸體接觸模型結(jié)合到一起，建立了關(guān)于活塞環(huán)一缸套系統(tǒng)的混合潤(rùn)滑模型，通過(guò)此模型能夠更好地分析活塞環(huán)一缸套的潤(rùn)滑問(wèn)題，解釋了一些基于光滑表面假設(shè)的流體潤(rùn)滑理論解釋不了的問(wèn)題，這一模型也成為日后研究活塞環(huán)一缸套潤(rùn)滑摩擦問(wèn)題的經(jīng)典理論模型。

2.2 基于油液的拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷方法

柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障很大一部分原因是潤(rùn)滑不好，潤(rùn)滑油或燃油質(zhì)量不高，當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)，油液內(nèi)元素和金屬含量都會(huì)發(fā)生變化，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者基于油液方面對(duì)柴油機(jī)拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷做了相關(guān)研究。

嚴(yán)永年[35]利用鐵譜及光譜技術(shù)分別對(duì)柴油機(jī)內(nèi)的機(jī)油金屬顆粒含量進(jìn)行測(cè)量，分析兩種結(jié)果在發(fā)生拉缸故障時(shí)的對(duì)應(yīng)性，但是其對(duì)應(yīng)性不是一成不變的，所以?xún)烧呓Y(jié)合使用效果可能更好。

李柱國(guó)[36]通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)，建立油品理化分析、油品屮金屬顆粒的鐵譜分析、光譜分析和潤(rùn)滑系統(tǒng)污染度檢測(cè)的綜合分析系統(tǒng)相對(duì)于單個(gè)分析系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，可以更全面和及時(shí)的診斷拉缸故障。

蔣元星[37]通過(guò)實(shí)驗(yàn)總結(jié)了當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生故障時(shí)潤(rùn)滑油的元素成分含量將發(fā)生變化，并發(fā)現(xiàn)當(dāng)發(fā)生拉缸故障時(shí)油內(nèi)Fe，Cr 和Mo 的含量有所上升，且鑄鐵會(huì)發(fā)生擦傷，磨損顆粒也明顯增加。

李廣太[38]運(yùn)用能譜分析技術(shù)分析了柴油機(jī)的油液磨粒，通過(guò)磨粒的特點(diǎn)對(duì)拉缸故障進(jìn)行診斷。

法國(guó)熱機(jī)協(xié)會(huì)在2010 年時(shí)將滑油溫度傳感器安裝在了他們的柴油機(jī)缸內(nèi)，通過(guò)對(duì)連桿甩出來(lái)的滑油溫度來(lái)進(jìn)行拉缸的檢測(cè)。

還有的人通過(guò)測(cè)量水溫或者油溫診斷拉缸，因?yàn)椴裼蜋C(jī)產(chǎn)生拉缸后潤(rùn)滑油溫度會(huì)發(fā)生變化，而潤(rùn)滑油溫度的改變會(huì)對(duì)潤(rùn)滑油質(zhì)量有很大影響，溫度越高潤(rùn)滑效果越差，就更容易產(chǎn)生拉缸。但是這種方法由于測(cè)量周期較長(zhǎng)，而拉缸發(fā)生的速度又很快，可能會(huì)在沒(méi)有判斷出來(lái)之前已經(jīng)造成較大事故，也不常用。

2.3 基于振聲的拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷方法

由于柴油機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生多種振動(dòng)信號(hào)，一旦發(fā)生拉缸故障，這些信號(hào)的參數(shù)將會(huì)產(chǎn)生明顯的變化或沖擊，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者通過(guò)實(shí)驗(yàn)研究，分析這些信號(hào)參數(shù)變化的特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行拉缸故障的診斷，對(duì)于振動(dòng)診斷拉缸故障主要分三個(gè)部分，振動(dòng)信號(hào)診斷、扭振信號(hào)診斷以及聲發(fā)射信號(hào)診斷。

江志農(nóng)[39-42]研究員及他的團(tuán)隊(duì)在基于摩擦動(dòng)力學(xué)的條件下，對(duì)柴油機(jī)拉缸故障做了相關(guān)研究，他在實(shí)驗(yàn)中利用RecurDyn 軟件創(chuàng)立柴油機(jī)模型，建立柴油機(jī)在發(fā)生拉缸故障時(shí)活塞與缸套間的摩擦力模型，通過(guò)測(cè)量活塞軸向加速度，運(yùn)用角域分析法，根據(jù)活塞加速度信號(hào)相較于曲軸轉(zhuǎn)角的變化來(lái)確定由于拉缸而引起的較大振動(dòng)的相位。由于柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)會(huì)增加活塞與缸套之間的摩擦力，而且活塞經(jīng)過(guò)上、下止點(diǎn)的時(shí)候，活塞的加速度信號(hào)將會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈波動(dòng)，產(chǎn)生沖擊信號(hào)，所以可以判斷柴油機(jī)的拉缸故障。

郭宜斌[43]等人根據(jù)柴油機(jī)潤(rùn)滑失效會(huì)導(dǎo)致拉缸現(xiàn)象產(chǎn)生的這個(gè)問(wèn)題進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，建立活塞環(huán)與缸套之間的有限元模型，依據(jù)摩擦學(xué)相關(guān)知識(shí)建立了柴油機(jī)活塞組件軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)的計(jì)算模型并對(duì)其進(jìn)行求解，進(jìn)而提取出當(dāng)發(fā)生拉缸故障時(shí)軸系扭振信號(hào)的變化規(guī)律。當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)，其2 諧次的扭角幅值的變化最明顯。但是實(shí)驗(yàn)用的是空壓機(jī)，不能保證所有機(jī)型都適用這條件

周軼塵[44-45]等人依據(jù)柴油機(jī)的活塞與缸套配合間隙過(guò)小會(huì)導(dǎo)致拉缸故障發(fā)生這一特點(diǎn)，通過(guò)測(cè)量柴油機(jī)缸壁的振動(dòng)信號(hào)和總振級(jí)來(lái)診斷柴油機(jī)拉缸故障，當(dāng)柴油機(jī)由于配合間隙過(guò)小導(dǎo)致拉缸時(shí)，總振級(jí)會(huì)下降，而且表面振動(dòng)的PSD 中高頻部分明顯增加。

于洪亮等人針對(duì)拉缸問(wèn)題[46-47]，利用振動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)以及二次圖像分析，采集、分析柴油機(jī)在沒(méi)有潤(rùn)滑油情況下干摩擦產(chǎn)生的摩擦振動(dòng)信號(hào)，通過(guò)這種方式來(lái)對(duì)柴油機(jī)的拉缸故障進(jìn)行診斷和預(yù)防，實(shí)驗(yàn)主要是使柴油機(jī)在無(wú)潤(rùn)滑下進(jìn)行低速運(yùn)轉(zhuǎn)，進(jìn)而產(chǎn)生拉缸，并從中分析摩擦振動(dòng)信號(hào)的相關(guān)參數(shù)變化，實(shí)驗(yàn)過(guò)程中為確保不提供潤(rùn)滑油運(yùn)轉(zhuǎn)，還在缸套底部裝有隔油器并用脫脂棉花對(duì)缸套表面進(jìn)行擦拭，確保干凈無(wú)油，柴油機(jī)的轉(zhuǎn)速也不宜過(guò)大，否則會(huì)影響隔油器的隔油效果，通過(guò)對(duì)特征信號(hào)的提取和分割，計(jì)算出摩擦振動(dòng)信號(hào)特征參數(shù)的值的變化，發(fā)現(xiàn)隨著拉缸故障的不斷加重，特征參數(shù)的值有著明顯的變化，而且實(shí)驗(yàn)后缸套表面有明顯的擦痕和溝槽，這些擦痕和溝槽正是由于柴油機(jī)產(chǎn)生干摩擦導(dǎo)致拉缸而造成的，而這些痕跡的分布也恰恰與特征參數(shù)的變化相一致，這次試驗(yàn)也說(shuō)明了可以根據(jù)摩擦振動(dòng)信號(hào)的特征參數(shù)變化來(lái)判斷柴油機(jī)的拉缸情況，進(jìn)而及時(shí)的診斷和預(yù)防。

張海城[46]通過(guò)人為制造拉缸故障實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)根據(jù)柴油機(jī)機(jī)體振動(dòng)的時(shí)域信號(hào)以及功率譜信號(hào)能夠初步對(duì)柴油機(jī)拉缸故障進(jìn)行診斷；段禮祥通過(guò)利用實(shí)機(jī)進(jìn)行拉缸故障的模擬實(shí)驗(yàn)，采集缸蓋振動(dòng)信號(hào)的時(shí)域峰峰值、高、中幅值脈沖、平均值等參數(shù)發(fā)當(dāng)發(fā)生拉缸故障時(shí)這些參數(shù)有明顯變化可以作為拉缸故障診斷的依據(jù)。

華春蓉[47]通過(guò)測(cè)量柴油機(jī)的曲軸扭振信號(hào)中0.5 諧次的幅值以及相位信息，實(shí)現(xiàn)了對(duì)柴油機(jī)拉缸故障的診斷而且還找到了發(fā)生故障的氣缸號(hào)，并且根據(jù)這個(gè)幅值還能夠推斷出發(fā)生拉缸故障的程度。

黃映云[48]等人依照多體動(dòng)力學(xué)的相關(guān)知識(shí)建立了柴油機(jī)軸系的多體動(dòng)力學(xué)模型，并通過(guò)檢測(cè)和分析實(shí)驗(yàn)柴油機(jī)的扭振信號(hào)，對(duì)比拉缸故障發(fā)生前后信號(hào)變化情況來(lái)判斷柴油機(jī)拉缸故障的產(chǎn)生。主要現(xiàn)象是當(dāng)柴油機(jī)發(fā)生拉缸故障時(shí)，軸系扭振的低諧簡(jiǎn)諧1.0 次振幅的增幅較大，各主諧次的扭振幅值較正常情況也增大

李玩幽[49-50]等人通過(guò)測(cè)量扭振信號(hào)來(lái)對(duì)柴油機(jī)的拉缸故障進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，他們主要是根據(jù)兩種摩擦力模型通過(guò)對(duì)拉缸在不同階段的扭振信號(hào)進(jìn)行仿真，分析其在時(shí)域、頻域中的情況，對(duì)比不同情況時(shí)的簡(jiǎn)諧幅值并比較不同階段的峭度值，因?yàn)榍投葘?duì)此類(lèi)故障相對(duì)較敏感，第一種模型是假設(shè)拉缸過(guò)程中摩擦力的摩擦系數(shù)不變，而第二種模型是基于機(jī)械—分子摩擦理論，通過(guò)對(duì)柴油機(jī)發(fā)生拉缸后的特點(diǎn)進(jìn)行分析，進(jìn)而建立拉缸的計(jì)算模型，從而得到了拉缸發(fā)生時(shí)的扭振信號(hào)的特點(diǎn)，當(dāng)拉缸故障時(shí)，主簡(jiǎn)諧振幅有所增加，而單缸故障下的主簡(jiǎn)諧振幅較有下降。李玩幽等人通過(guò)實(shí)驗(yàn)雖然有一些成果，但仍然有很多地方有待下一步研究，比如需要更加精準(zhǔn)的摩擦力模型來(lái)做拉缸故障實(shí)驗(yàn)，提高實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確度；拉缸故障發(fā)生時(shí)轉(zhuǎn)速變化比較復(fù)雜，對(duì)于測(cè)轉(zhuǎn)速診斷拉缸的方法難度較大，需要找到更準(zhǔn)確有效測(cè)轉(zhuǎn)速方法。

AshkanMoosavian 等人專(zhuān)門(mén)研究拉缸的振動(dòng)診斷技術(shù)，做了大量實(shí)驗(yàn)，得到了發(fā)生拉缸故障時(shí)振動(dòng)信號(hào)所在的頻域；通過(guò)對(duì)聲發(fā)射檢測(cè)技術(shù)的研究和使用，R.M.Douglas 等人做了大量的關(guān)于柴油機(jī)活塞、活塞環(huán)與氣缸套接觸面的摩擦特性的研究實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明聲信號(hào)的來(lái)源正是活塞組件與缸套的接觸面的接觸和摩擦造成的，與此同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，接觸面磨損之后的粗糙程度影響聲發(fā)射信號(hào)的敏感性；Jacobo Porteiro 等人做了大量實(shí)驗(yàn)，研發(fā)出了三級(jí)式神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，通過(guò)這個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，能夠比較準(zhǔn)確的判別柴油機(jī)所發(fā)生故障的原因，有助于及時(shí)解決相關(guān)故障問(wèn)題[51-55]。

澳大利亞的西澳大學(xué)Guzzomi[40]等人在2007 年時(shí)根據(jù)變慣量這一方法針對(duì)活塞與氣缸套之間的摩擦力是否會(huì)對(duì)柴油機(jī)的曲軸的自由振動(dòng)固有頻率有影響作了分析，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中始終將活塞與氣缸套間摩擦力的摩擦系數(shù)設(shè)為固定值。

此外，國(guó)外在一些微觀領(lǐng)域的研究也有較高的造詣，比如對(duì)產(chǎn)生拉缸故障時(shí)的聲波以及振動(dòng)。

2.4 拉缸故障診斷的信號(hào)處理方法研究現(xiàn)狀

基于振聲信號(hào)的拉缸故障監(jiān)測(cè)診斷是近幾年的熱點(diǎn)研究問(wèn)題，國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者都在試圖找到一個(gè)完美的信號(hào)處理方法解決拉缸信號(hào)混疊重復(fù)嚴(yán)重的問(wèn)題，近幾年所用到的信號(hào)處理方法有很多，比如時(shí)域分析法、頻域分析法、以及時(shí)頻分析法，小波包分析[56-57]，等等。

吉哲[58-60]等人在做柴油機(jī)故障實(shí)驗(yàn)時(shí)，基于聲信號(hào)不平穩(wěn)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了改進(jìn)小波閾值和EMD 相結(jié)合的去噪方法，這種方法其實(shí)是利用兩種方法各自的優(yōu)點(diǎn)，根據(jù)相關(guān)系數(shù)法來(lái)找到振動(dòng)信號(hào)主導(dǎo)和噪聲主導(dǎo)的本征模函數(shù)分量的分界點(diǎn)，對(duì)高頻噪聲主導(dǎo)的本征模函數(shù)采用改進(jìn)小波閾值函數(shù)進(jìn)行去噪處理，再進(jìn)行信號(hào)重構(gòu)，從而得到去噪后的信號(hào)。

暢志明[61-63]等人利用經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解和聚合經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解對(duì)柴油機(jī)故障信號(hào)進(jìn)行處理，再利用多信息熵對(duì)信號(hào)特征進(jìn)行提取，通過(guò)IMF 分析進(jìn)而來(lái)判斷柴油機(jī)相關(guān)故障。

朱江濤[64]在基于欠定盲源分離的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化，通過(guò)重構(gòu)得到虛擬觀測(cè)信號(hào)，從而將欠定問(wèn)題轉(zhuǎn)變成適定或者超定，又通過(guò)自適應(yīng)Parafac 方法對(duì)虛擬路徑進(jìn)行盲源分離得到有效源信號(hào)，進(jìn)而來(lái)診斷柴油機(jī)故障問(wèn)題。

朱麗娜[65]等人在基于RiliefF 和PCA 兩種方法的基礎(chǔ)上，結(jié)合兩種方法優(yōu)點(diǎn)提出了一種優(yōu)化柴油機(jī)故障診斷方法，先是使用RiliefF 提取信號(hào)的敏感特征，再用PCA 降維，最后用支持向量機(jī)將不同工況的敏感特征進(jìn)行分類(lèi)，從而判斷柴油機(jī)的拉缸故障問(wèn)題。

2007 年，呂成緒[66]等人利用分形理論對(duì)S195 型柴油機(jī)的缸體表面振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行了分析研究；2009 年，占惠文等人[67]使用模糊神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法對(duì)船舶柴油機(jī)進(jìn)行故障診斷；2000 年，劉世元[68]等人將小波包分析運(yùn)用在了在柴油機(jī)故障診斷中；2014 年，王秋鵬[69]運(yùn)用自適應(yīng)神經(jīng)模糊推理系統(tǒng)來(lái)進(jìn)行了柴油機(jī)故障診斷；李偉[70]等人運(yùn)用和聲搜索算法優(yōu)化BP 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)來(lái)診斷柴油機(jī)故障。

張金偉[71]等人分析了基于瞬時(shí)轉(zhuǎn)速和ART2 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷柴油機(jī)故障的優(yōu)缺點(diǎn)，提出將瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與ART2 相結(jié)合來(lái)進(jìn)行柴油機(jī)故障診斷，并驗(yàn)證了其精度和可靠性；張金偉還提出了運(yùn)用PCA 和RBF 來(lái)分析瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)從而進(jìn)行柴油機(jī)故障診斷。

卓宏明[72]等人提出基于Petri 網(wǎng)和螢火蟲(chóng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的故障診斷方法，先是利用Petri 網(wǎng)歸納柴油機(jī)故障模式，提取出神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，再用螢火蟲(chóng)算法來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，進(jìn)而進(jìn)行柴油機(jī)故障診斷。

趙景波[73]等人提出一種基于小波－RBF 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷柴油機(jī)拉缸故障的新方法。

3 問(wèn)題與展望

雖然拉缸故障一直被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者所研究，基于振聲分析也一直是故障診斷的一大方向，但是到現(xiàn)在仍然沒(méi)有一個(gè)完整的方法可以很好的對(duì)拉缸信號(hào)進(jìn)行分解處理，原因主要有兩個(gè)，第一，柴油機(jī)早期拉缸故障信號(hào)不明顯，監(jiān)測(cè)診斷不容易完成，故障現(xiàn)象也不清晰，而拉缸故障產(chǎn)生的時(shí)間或者經(jīng)歷的過(guò)程非常短暫，幾分鐘甚至幾十秒的時(shí)間就有可能將機(jī)器損壞；第二，柴油機(jī)本身振源很多，既有燃燒激勵(lì)，又有氣閥落座、連桿沖擊、活塞換向等激勵(lì)力的影響，振動(dòng)信號(hào)比較復(fù)雜，而且拉缸故障產(chǎn)生時(shí)其信號(hào)的時(shí)頻信息重疊嚴(yán)重，信號(hào)不易分離，難以識(shí)別。而針對(duì)這些問(wèn)題，結(jié)合多種方法來(lái)進(jìn)行拉缸故障時(shí)振動(dòng)信號(hào)的測(cè)取并選擇更優(yōu)化的信號(hào)處理方法將是下一步柴油機(jī)拉缸故障研究的主要方向。

4 結(jié)語(yǔ)

當(dāng)前，柴油機(jī)被廣泛應(yīng)用到各個(gè)領(lǐng)域，而作為柴油機(jī)的多發(fā)故障拉缸被國(guó)內(nèi)外專(zhuān)家學(xué)者廣泛關(guān)注，本文分析了柴油機(jī)拉缸故障的機(jī)理，闡述了國(guó)內(nèi)外對(duì)于拉缸故障的監(jiān)測(cè)診斷方法并分析了優(yōu)缺點(diǎn)，基于振聲信號(hào)分析，找到合適的信號(hào)處理方法并進(jìn)行優(yōu)化處理是今后拉缸故障研究的主要研究方向。