劉 旭

（天津內(nèi)燃機研究所，天津 300072）

隨著人們經(jīng)濟水平的提高，摩托車、汽車及各種農(nóng)機通機等機械動力悄然改變著人們的出行方式和生活方式，在人們的日常生活中扮演著越來越重要的角色。而作為機械動力器械核心部件的發(fā)動機在日常運轉(zhuǎn)使用的過程中受內(nèi)部零部件磨損、雨水侵蝕、發(fā)動機進氣不凈、燃油變質(zhì)不純及操作人員操作不當?shù)纫蛩赜绊懸装l(fā)生機械故障，導致設(shè)備無法正常運行。而在發(fā)動機的故障檢測中，傳統(tǒng)的檢測方式存在一定的局限性，檢測精確度不高時間周期長，不利于發(fā)動機機械故障檢修工作快速準確的進行。

1 非接觸檢測技術(shù)概述

非接觸檢測技術(shù)是基于新時期智能化運行、自動化控制以及信息化處理的 基礎(chǔ)上應(yīng)運而生的一種現(xiàn)代化診斷技術(shù)，相較于傳統(tǒng)人工檢測技術(shù)，其具有更高的自動化檢測能力，更短的檢測周期及更準確的檢測結(jié)果，因此在現(xiàn)代機械動力設(shè)施檢測領(lǐng)域得到了高度認可[1]。而隨著我國科技的日益發(fā)展，現(xiàn)代非接觸式檢測技術(shù)的方法也日趨豐富，諸如激光三角法、電渦流法、超聲測量法、機器視覺測量法等，而且其技術(shù)原理也囊括了聲、光、電、磁、力等多個學科，并且隨著我國數(shù)字信息技術(shù)產(chǎn)業(yè)的不斷發(fā)展，作為計算機技術(shù)與數(shù)字圖像處理技術(shù)共同發(fā)展成果的數(shù)字攝影檢測技術(shù)也出現(xiàn)在了人們面前。

2 發(fā)動機機械故障非接觸式檢測技術(shù)的應(yīng)用優(yōu)勢

發(fā)動機作為機械動力設(shè)施的核心機構(gòu)，是機械動力器械的動力源泉。而一旦發(fā)動機發(fā)生故障，設(shè)備將停止運行，進而影響生產(chǎn)效率[2]，如果是汽車發(fā)動機發(fā)生故障，甚至會導致安全事故的發(fā)生。因此在對發(fā)動機機械故障的檢測中，非接觸式檢測技術(shù)應(yīng)用具有重要意義，相較于更依賴人工經(jīng)驗和主觀判斷的傳統(tǒng)拆裝式檢測方法，也具有多方面的應(yīng)用優(yōu)勢：

首先，非接觸式檢測技術(shù)擁有更高的檢測效率。非接觸式檢測技術(shù)主要以光學與聲學原理為基礎(chǔ)，在實際檢測過程中，通過安置在傳感器周邊的設(shè)備捕捉發(fā)動機發(fā)出的聲信號，進而快速地對發(fā)動機機械故障情況加以診斷分析。相較于傳統(tǒng)的人工拆裝后再進行機械故障檢測的模式大大縮短了故障檢測周期，并且對 故障問題的診斷與分析也更為客觀準確。

其次，非接觸式檢測技術(shù)擁有更簡單的操作流程。在發(fā)動機機械故障檢測的過程中，只需將各個傳感器布置在發(fā)動機相應(yīng)位置，再將各個傳感器與其配套的分析設(shè)備接口連接在一起，就能夠?qū)崿F(xiàn)對發(fā)動機機械故障問題的自動化檢測與診斷分析，并不需要像傳統(tǒng)的人工檢測技術(shù)那樣先對發(fā)動機進行拆解后再進行故障分析，這也能夠進一步提升故障檢測與分析工作的效率和質(zhì)量[3]。同時，非接觸式檢測技術(shù)在現(xiàn)代計算機智能系統(tǒng)的支持下，對采集到的故障數(shù)據(jù)的分析處理速度更快，且在一定程度上能給予后續(xù)故障處理分析工作一定的數(shù)據(jù)支撐和相關(guān)建議，對發(fā)動機機械故障的排查與解決工作具有重要意義。

再次，非接觸式檢測技術(shù)擁有更高的智能化和自動化程度。隨著電子信息技術(shù)迅速地發(fā)展，智能化與自動化技術(shù)在人們生產(chǎn)生活的多個領(lǐng)域已擁有舉足輕重的地位，各行各業(yè)對智能化與自動化的追求也愈加癡迷，在發(fā)動機機械故障檢測領(lǐng)域也是更加注重智能化與自動化檢測平臺的建設(shè)，以此緊跟時代的步伐。而非接觸式檢測技術(shù)本身就具有著一定的自動化及智能化檢測技術(shù)能力，在實際檢測過程中，根據(jù)不同發(fā)動機的機型規(guī)格，調(diào)試好設(shè)備靈敏度，設(shè)置好設(shè)備的采樣頻率與時間間隔便采用不同方法完成對受檢發(fā)動機的數(shù)據(jù)采集與整理工作。

最后，非接觸式檢測技術(shù)擁有更精確的檢測結(jié)果。由于在不同故障位置聲音的音調(diào)和頻率的不同，結(jié)合發(fā)動機產(chǎn)生噪音的異響信號的頻率與強度，便可快速準確的對機械故障位置進行定位，進而進行故障的診斷分析工作，對于發(fā)動機機械故障的維修有重要的推動意義。

3 發(fā)動機機械故障傳統(tǒng)檢測技術(shù)的不足及常見的發(fā)動機機械故障

傳統(tǒng)的發(fā)動機機械故障檢測主要是通過人工拆裝及經(jīng)驗推斷輔以檢測設(shè)備進行的，雖然可以對發(fā)動機一些常見簡單的機械故障進行診斷分析，但是在故障檢測過程中會受到檢測人員主觀判斷及檢驗經(jīng)驗推斷等多方面因素的影響。并且發(fā)動機內(nèi)部結(jié)構(gòu)精密復雜，在實際的故障檢測排查過程中傳統(tǒng)的人工檢測手段需要付出更多的時間和精力進行故障的診斷與分析，這就無形中增加了檢測工作的時間與難度，繁瑣的檢測流程也變向?qū)z測人員綜合能力提出了更高的要求，一旦檢測的技術(shù)人員能力達不到要求，就無法確保發(fā)動機故障檢測工作的順利開展，檢測結(jié)果的正確性和準確性也會受到影響，容易造成檢測誤差的產(chǎn)生[4]。

發(fā)動機結(jié)構(gòu)復雜緊湊主要包括兩大機構(gòu)和五大系統(tǒng)，圖1為某柴油發(fā)動機的縱橫剖面圖。

圖1 柴油發(fā)動機縱橫剖面圖

發(fā)動機故障類型比較多，如啟動系統(tǒng)故障、供油系統(tǒng)故障、潤滑系統(tǒng)故障等，其中常見機械故障就是發(fā)動機異響，下表1即采用非接觸式檢測技術(shù)對某汽車四沖程發(fā)動機故障異響檢測結(jié)果匯總，而導致異響產(chǎn)生的原因主要有以下幾方面：

表1 發(fā)動機故障異響分布統(tǒng)計圖

第一，曲軸軸承故障。曲軸的功用是把連桿和活塞傳來的氣體力轉(zhuǎn)變?yōu)榕ぞ?，從而?qū)動傳動系統(tǒng)，發(fā)動機在工作過程中曲軸主軸徑軸承會承受交變載荷和高速摩擦，一旦出現(xiàn)磨損、腐蝕等異常情況，就會導致主軸頸軸承和曲軸主軸頸之間的配合間隙加大，或者由于合箱螺栓的松動等原因都會導致曲軸主軸頸和軸承之間的相互碰撞，從而產(chǎn)生異常的響聲，氣缸下部軸承座處的振動最為明顯，如果處理不及時便會加劇軸承磨損進而出現(xiàn)機械故障導致發(fā)動機損壞。

第二，連桿軸承故障。連桿組的功用是將活塞承受的力傳給曲軸，并將活塞的往復直線運動轉(zhuǎn)變?yōu)榍S的旋轉(zhuǎn)運動。連桿軸承與曲軸主軸頸軸承一樣，會承受交變載荷和高速摩擦，因此連桿軸承也是發(fā)動機發(fā)生機械故障不可忽視的誘因之一。除了連桿軸承與連桿大小頭孔之間配合間隙過大和連桿螺栓松動的情況外，軸承自身是否具有足夠的抗疲勞強度以及發(fā)動機所用機油、潤滑油對軸承冷卻潤滑的情況也對連桿軸承的磨損及機械故障的產(chǎn)生起到至關(guān)重要的作用。

第三，氣缸漏氣故障。發(fā)動機在工作過程中氣缸內(nèi)表面承受著相當大的氣體壓力和活塞側(cè)壓力，他們都是周期性變化的交變載荷，而活塞在氣缸內(nèi)高速運動，氣缸表面潤滑條件較差，使氣缸磨損嚴重，進而使發(fā)動機在做功過程中更多的高壓氣體通過氣缸壁和活塞環(huán)進入曲軸箱，從而對油底殼產(chǎn)生強烈沖擊，產(chǎn)生異響，進而引發(fā)發(fā)動機機械故障。

第四，活塞銷故障?；钊N的功用是用來連接連桿和活塞，并將活塞承受的力傳遞給連桿?；钊N在高溫條件下會承受很大的周期性沖擊載荷的作用，且由于活塞銷在活塞銷孔及連桿小頭孔內(nèi)擺動角度很小，難以形成潤滑油膜，因此潤滑條件很差極易產(chǎn)生磨損，進而導致活塞銷和活塞銷孔座及連桿小頭孔之間的配合間隙變大，導致活塞銷對活塞銷孔座進行敲擊，產(chǎn)生異響。

第五，其他零件故障。發(fā)動機作為動力機械的核心，其整體由大量零部件構(gòu)成，其機械故障大部分是由于磨損導致，也有部分是由于其他零部件異常引起的，比如氣門挺柱異常等。在發(fā)動機怠速工況運行的時候，偶爾可以聽見清脆的響聲，其主要是挺柱運轉(zhuǎn)不靈活，在凸輪軸凸輪擠壓挺柱驅(qū)動進排氣門開啟或者關(guān)閉的時候發(fā)出的異常響聲。

4 發(fā)動機機械故障非接觸式檢測技術(shù)應(yīng)用要點

隨著非接觸式檢測技術(shù)的日漸完善，其在發(fā)動機機械故障的檢測工作中的應(yīng)用日趨廣泛，逐漸成為了發(fā)動機機械故障檢測的主要技術(shù)方式，大大提高了工作效率的同時也增加了檢測工作的精確度。而發(fā)動機機械故障非接觸式檢測技術(shù)應(yīng)用要點如下：

第一，測試前準備。在發(fā)動機相應(yīng)位置布置檢測所需傳感器，確保傳感器與配套分析系統(tǒng)每一個串口正確連接，驗證軟硬件均可正常運行，調(diào)試設(shè)備靈敏度，設(shè)置采樣頻率、采樣時間等測試參數(shù)。

第二，檢測環(huán)境控制。在應(yīng)用非接觸式檢測技術(shù)對發(fā)動機機械故障進行檢測分析時，檢測環(huán)境非常重要，譬如電流干擾、閥門動作和其他機械設(shè)備運動發(fā)出的聲音等因素都容易對非接觸式檢測技術(shù)的檢測結(jié)果產(chǎn)生影響[5]。因此，在實際的檢測過程中，保證傳感器的合理布置，避免上述檢測環(huán)境中干擾源的存在，確保檢測環(huán)境的科學合理，才能降低檢測誤差，進而確保檢測結(jié)果的準確性。

第三，檢測系統(tǒng)布置及數(shù)據(jù)采集。非接觸式檢測技術(shù)在發(fā)動機機械故障檢測的實際應(yīng)用中，需要注重對檢測系統(tǒng)設(shè)備的布置，使信號傳感器、數(shù)據(jù)線、測試用電腦及發(fā)動機故障聲測試系統(tǒng)相互連接，聲信號傳感器和信號收集系統(tǒng)通道相互對應(yīng)且牢固連接，嚴格根據(jù)發(fā)動機故障聲信號數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)進行布置，根據(jù)受試機型和實驗環(huán)境對故障聲信號收集系統(tǒng)進行參數(shù)設(shè)置，確保采集數(shù)據(jù)的一致性和準確性。

5 結(jié)束語

綜上所述，非接觸式檢測技術(shù)智能化和自動化程度高，環(huán)境適應(yīng)性強、局限性小，能提升機械故障檢測工作的效率和檢測結(jié)果的精確性，對發(fā)動機機械故障檢測工作的發(fā)展起到積極的推動作用。