于洋　華樹(shù)明

【摘? 要】由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜，其運(yùn)動(dòng)部件檢測(cè)難度較大，為對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行故障診斷，需對(duì)故障產(chǎn)生的原因及解決方案進(jìn)行提前研究，利于對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的診斷。本文重點(diǎn)分析如何準(zhǔn)確分析柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的故障，闡述如何運(yùn)用計(jì)算機(jī)軟件仿真技術(shù)和動(dòng)力學(xué)原理判斷并分析故障信號(hào)和故障發(fā)生部位，從而對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行故障檢測(cè)。

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)動(dòng)機(jī);運(yùn)動(dòng)部件;故障診斷

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是典型的往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)，利用柴油燃燒后的能進(jìn)行往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械能。在現(xiàn)代化進(jìn)程中柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的應(yīng)用具有重要意義，在軍事、工業(yè)、交通、生活等方面具有重要應(yīng)用，但由于其功率大、負(fù)荷高的原因，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件曲軸、連桿及活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)等重要部件經(jīng)常發(fā)生故障，經(jīng)常發(fā)生拉缸、敲缸、撞缸、連桿軸承間隙異常、連桿螺栓斷裂等故障。利用仿真技術(shù)可得到相應(yīng)的故障信號(hào)并進(jìn)行故障分析。

一、柴油發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)在我國(guó)應(yīng)用廣泛，對(duì)于我國(guó)工業(yè)、生活等方面十分重要，例如，汽車(chē)、輪船、裝甲車(chē)等機(jī)械設(shè)備。因此，隨著我國(guó)科技的發(fā)展和社會(huì)的進(jìn)步，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的研究及應(yīng)用也在不斷發(fā)展。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零件增加，部件關(guān)聯(lián)性增加，架構(gòu)日益復(fù)雜，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)成故障的可能及運(yùn)動(dòng)部件的故障檢測(cè)難度也隨之增加。對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行故障分析研究，可幫助相關(guān)人員減少實(shí)際故障檢測(cè)的時(shí)間及效率，對(duì)運(yùn)動(dòng)部件發(fā)生故障產(chǎn)生的狀況有一定的了解，從而更好地解決故障問(wèn)題，幫助柴油發(fā)動(dòng)機(jī)優(yōu)化、改進(jìn)部件，防止事故的發(fā)生。因此，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件常見(jiàn)故障的診斷分析具有重要意義并需要不斷進(jìn)行研究更新故障發(fā)生情況。

故障的發(fā)生不是無(wú)征兆、無(wú)準(zhǔn)備的，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)常見(jiàn)部件的故障發(fā)生都有特定的信號(hào)，對(duì)于故障信號(hào)科學(xué)分析及比對(duì)可有效診斷部件故障。目前故障信號(hào)的產(chǎn)生多依靠傳感器采集的運(yùn)動(dòng)部件由于故障產(chǎn)生的異常振動(dòng)及位移變化，通過(guò)不同部位及不同信號(hào)，通過(guò)故障信號(hào)的準(zhǔn)確采集和分析，可以得出發(fā)生故障的部位、原因及程度并采取有效的修理方案。由于科技的發(fā)展及計(jì)算機(jī)的迅速崛起，目前對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)信號(hào)的采集與分析正趨于智能化和信息化，極大地提高了故障診斷的效率和準(zhǔn)確度。故障診斷可分為對(duì)故障信號(hào)的采集、處理、得出故障診斷結(jié)果，但故障檢測(cè)有許多特殊情況，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的零件數(shù)量和復(fù)雜程度也不斷增加，檢測(cè)及分析過(guò)程中許多偶然因素也可能影響故障檢測(cè)，在這種情況下，其發(fā)生的信號(hào)差異可能極小難以引起人工分析的注意，最終影響故障檢測(cè)結(jié)果。但利用計(jì)算機(jī)分析進(jìn)行故障檢測(cè)，可深入識(shí)別故障信號(hào)的細(xì)節(jié)差異，排除人為因素等對(duì)部件故障進(jìn)行更為準(zhǔn)確的檢測(cè)并得出結(jié)果。

但由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的不斷升級(jí)，有些故障并不能通過(guò)信號(hào)采集進(jìn)行檢測(cè)，在某些復(fù)雜的部位，信號(hào)采集并具有一定的難度，需要考慮故障發(fā)生的機(jī)理及部件進(jìn)行運(yùn)行所需要的條件進(jìn)行分析。為解決這些問(wèn)題，需要對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部位故障情況具有更深的了解，不斷對(duì)柴油發(fā)電機(jī)傳感器進(jìn)行升級(jí)，提高信號(hào)采集的準(zhǔn)確度和信號(hào)分析的準(zhǔn)確度，從而促進(jìn)對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)部位的故障檢測(cè)。

二、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位常見(jiàn)故障檢測(cè)的難點(diǎn)及檢測(cè)方法

由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)由于運(yùn)動(dòng)部件故障發(fā)生情況主要為拉缸、敲缸、撞缸、連桿軸承間隙異常、連桿螺栓斷裂等故障，由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的高速運(yùn)動(dòng)，采集信號(hào)的傳感器難以安裝并采集信號(hào)，對(duì)相應(yīng)部件的檢測(cè)難以進(jìn)行，在高速運(yùn)動(dòng)的情況下，發(fā)生故障后影響故障信號(hào)采集的因素眾多，難以對(duì)故障信號(hào)進(jìn)行處理并分析。同時(shí)由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)零件復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生故障的零件所處部位，影響情況也不同，難以對(duì)其故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

目前，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件故障檢測(cè)多采取地域數(shù)據(jù)的處理和診斷，動(dòng)力學(xué)原理對(duì)柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件進(jìn)行故障檢測(cè)也有部分應(yīng)用，根據(jù)動(dòng)力學(xué)原理進(jìn)行故障檢測(cè)可以對(duì)故障發(fā)生的原因及情況進(jìn)行更加準(zhǔn)確的分析，主要操作方法為運(yùn)用計(jì)算機(jī)建模技術(shù)和仿真軟件，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，通過(guò)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的實(shí)際參數(shù)和故障發(fā)生后的所有可能參數(shù)進(jìn)行模擬比對(duì)，通過(guò)計(jì)算機(jī)運(yùn)行情況及參數(shù)測(cè)算等得出實(shí)際發(fā)生的故障。采取仿真模擬、識(shí)別故障發(fā)生時(shí)個(gè)部件的參數(shù)與正常參數(shù)比對(duì)的故障檢測(cè)方式可以較為精確得進(jìn)行故障檢測(cè)，具有故障檢測(cè)效率高，耗費(fèi)時(shí)間資金少，符合時(shí)代發(fā)展等優(yōu)點(diǎn)，具有廣闊的發(fā)展前景，但所需要的數(shù)據(jù)處理等技術(shù)要求較高，對(duì)于計(jì)算機(jī)的應(yīng)用也需要有一定的了解及掌握，需要更高層級(jí)的技術(shù)人才。

三、柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件故障診斷

柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件的故障多由于往復(fù)式內(nèi)燃機(jī)進(jìn)行高速往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生摩擦，從而造成部件磨損或變形，從而形成部件故障，高速運(yùn)動(dòng)后造成部件磨損或變形后其運(yùn)動(dòng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)及噪音。部件造成磨損或變形后，在不同部件之間的接觸和撞擊，引起其他部件的變形，造成其他異響和噪聲。也可能由于部件的高速運(yùn)動(dòng)及部件老化，造成機(jī)械散熱產(chǎn)生問(wèn)題、引起短路等故障。同時(shí)，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位發(fā)生一類(lèi)故障時(shí)，往往會(huì)引起其他部位、其他方面的故障，因此，對(duì)于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位的故障分析無(wú)法簡(jiǎn)單進(jìn)行檢測(cè)并得出故障檢測(cè)結(jié)果，以免誤診造成更大的損失。

（一）拉缸故障診斷

拉缸故障指汽缸的內(nèi)壁由于高速往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)形成溝痕，造成活塞、活塞環(huán)、氣缸壁之間產(chǎn)生縫隙影響氣密性，從而造成氣缸壓力降低、動(dòng)力減小等問(wèn)題。拉缸故障后會(huì)使得內(nèi)燃機(jī)耗油增加，活塞損壞等問(wèn)題，甚至可能由于潤(rùn)滑油上躥到氣缸引起燒機(jī)油情況，造成發(fā)動(dòng)機(jī)冒煙，甚至爆炸等嚴(yán)重后果。拉缸故障主要因?yàn)闈?rùn)滑工作沒(méi)有做好或機(jī)油老化，也可能因?yàn)榛钊皻飧妆谥圃觳牧喜贿_(dá)標(biāo)等因素引起。對(duì)拉缸故障進(jìn)行檢測(cè)時(shí)，可通過(guò)拉缸故障現(xiàn)象、拉缸故障時(shí)的信號(hào)采集及分析或由發(fā)動(dòng)機(jī)內(nèi)潤(rùn)滑油內(nèi)金屬顆粒的值等方法來(lái)確定。

（二）敲缸故障診斷

在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)時(shí)，活塞與氣缸壁可能產(chǎn)生碰撞，即敲缸現(xiàn)象，活塞在氣缸壁內(nèi)高速往返運(yùn)動(dòng)時(shí)發(fā)生敲缸故障可能引起較大的振動(dòng)和異響現(xiàn)象。敲缸是由于活塞與氣缸壁間隙過(guò)大、活塞裝反變形、潤(rùn)滑工作不良或連桿變形造成。在破壞了活塞與氣缸壁正常空隙的情況下，高速運(yùn)動(dòng)的活塞與氣缸壁大力撞擊，造成敲缸異響及振動(dòng)，同時(shí)也會(huì)造成機(jī)械部件損壞變形等問(wèn)題。關(guān)于對(duì)敲缸故障的檢測(cè)，可以通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行建模，模擬柴油發(fā)動(dòng)機(jī)敲缸現(xiàn)象的轉(zhuǎn)速等差異，從而對(duì)敲缸故障進(jìn)行檢測(cè)分析。

（三）活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障診斷

連桿軸在往復(fù)活塞運(yùn)動(dòng)中起著重要的作用，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位在長(zhǎng)時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，軸承之間間隙變大造成活塞運(yùn)動(dòng)過(guò)程中發(fā)生敲缸故障，最終造成連桿軸磨損變形甚至斷裂等問(wèn)題。在對(duì)活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障檢測(cè)時(shí)，可通過(guò)軸承間隙變大造成的故障信號(hào)等進(jìn)行采集處理，判斷故障所屬的類(lèi)型和程度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障的檢測(cè)。

結(jié)束語(yǔ)

由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位故障檢測(cè)具有一定的難度，而對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位進(jìn)行故障檢測(cè)在生活等應(yīng)用中具有重要意義，相關(guān)人員需要通過(guò)更多的技術(shù)方法對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位進(jìn)行故障檢測(cè)。目前較為準(zhǔn)確的檢測(cè)方法為利用傳感器采集相應(yīng)的故障信號(hào)并進(jìn)行分析，得出故障發(fā)生的部位及程度。利用動(dòng)力學(xué)原理等對(duì)部件進(jìn)行故障檢測(cè)。另一種方法為利用計(jì)算機(jī)仿真軟件，對(duì)柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部位進(jìn)行模擬，根據(jù)正常參數(shù)與故障參數(shù)的對(duì)比進(jìn)行故障檢測(cè)。

參考文獻(xiàn)：

[1]李印成，劉珩博.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件常見(jiàn)故障診斷分析[J].科技經(jīng)濟(jì)導(dǎo)刊，2019，27（12）：81.

[2]劉鑫.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].電子科技大學(xué)，2006.

[3]宋力喆.柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)動(dòng)部件故障診斷研究[D].北京化工大學(xué)，2017.

（作者單位：廣西防城港核電有限公司）