PZ12V190型柴油機(jī)故障診斷分析研究

惠山青

（勝利油田黃河鉆井五公司40570隊，山東 東營 257000）

山東濟(jì)南柴油機(jī)廠設(shè)計制造的PZ12V190型柴油機(jī)，采用四沖程增壓式工作原理，輸出功率大，性能優(yōu)，使用壽命長，并且成本低，被廣泛應(yīng)用在油田和發(fā)電廠等場所。如勝利油田、遼河油田就大量裝備了PZ12V190 型柴油機(jī)用于石油勘探開采。在油田上，該型號柴油機(jī)功率大，工作環(huán)境復(fù)雜惡劣，維修成本高，增大了柴油機(jī)的故障概率。因此需要及時開展對該型號柴油機(jī)的故障診斷分析研究則具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。知識工程獲取研究是對柴油機(jī)的故障信息分析的重要方法。通過研究知識工程，并應(yīng)用在柴油機(jī)燃油系統(tǒng)故障診斷中是文章的研究內(nèi)容。本文首先通過調(diào)研國內(nèi)外柴油機(jī)故障診斷分析的發(fā)展現(xiàn)狀，分析研究PZ12V190 型柴油機(jī)的工作原理和性能，提出PZ12V190 型柴油機(jī)燃油子系統(tǒng)診斷知識的獲取方法，有助于提高PZ12V190型柴油機(jī)的故障診斷分析水平。

1 國內(nèi)外柴油機(jī)故障診斷分析發(fā)展

柴油機(jī)是一種復(fù)雜的往復(fù)動力裝置，截至目前，在對柴油機(jī)的出現(xiàn)的故障判斷分析領(lǐng)域尚無通用有效的方法來表征柴油機(jī)故障特征和參數(shù)。上世紀(jì)七十年代，國外開始使用聲波震蕩技術(shù)來診斷分析柴油機(jī)的故障并取得顯著成果。八十年代末至九十年代，美國珀杜大學(xué)和賓夕法尼亞大學(xué)將人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用到柴油機(jī)故障診斷領(lǐng)域，實(shí)現(xiàn)正確診斷平均96%的故障。國內(nèi)關(guān)于柴油機(jī)診斷分析的研究于上世紀(jì)八十年代初以振動診斷開始發(fā)展，海軍工程學(xué)院利用氣閥開關(guān)產(chǎn)生的沖擊信號對氣閥故障開展實(shí)驗(yàn)研究，上世紀(jì)八十年代末，國內(nèi)專家開始應(yīng)用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)科學(xué)處理柴油機(jī)故障診斷分析，并取得了一些成果。但至今關(guān)于PZ12V190 型柴油機(jī)這種大型的復(fù)雜機(jī)械故障診斷分析還處于起步階段，對該類柴油機(jī)故障診斷的知識工程研究仍為空白。

2 PZ12V190型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)性能分析

PZ12V190 型柴油機(jī)是被大量應(yīng)用在石油勘探開采領(lǐng)域和發(fā)電等領(lǐng)域的四沖程增壓式動力裝置。PZ12V190 型柴油機(jī)分為機(jī)身，曲柄連桿系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)、燃油子系統(tǒng)和動力輸出系統(tǒng)等構(gòu)成，其結(jié)構(gòu)特點(diǎn)有：（1）機(jī)身為六十度V 型主油管安裝在V型夾角內(nèi)，機(jī)身底面和曲軸中心成半隧道結(jié)構(gòu)。（2）每個汽缸都配有一個汽缸蓋，蓋中心安裝多孔式柴油噴嘴，蓋的四周分布四個過橋時搖臂氣門。蓋內(nèi)部裝有水隔層可加速蓋底冷卻。（3）燃燒室設(shè)計成W型，活塞連桿為并列式，直切口式大頭，采用齒形定位。（4）曲軸有七個主軸承，材質(zhì)為35CrMoA調(diào)質(zhì)氮化處理，動力輸出形式為錐度過盈配合連接輸出。（5）凸輪外形設(shè)計為高次方程曲線，可發(fā)揮良好的動力性能。該型柴油機(jī)工作時，曲軸轉(zhuǎn)兩周即720°完成一個循環(huán)。在循環(huán)過程中，氣缸按順序分別完成進(jìn)氣、壓縮、燃燒、排氣四個運(yùn)動。以上結(jié)構(gòu)特性和工作原理使該型柴油機(jī)具有高速高效大功率的特點(diǎn)，但其燃油系統(tǒng)、配氣系統(tǒng)和曲柄連桿系統(tǒng)在工作時最易發(fā)生故障，導(dǎo)致柴油機(jī)無法運(yùn)行。目前對該類柴油機(jī)的故障診斷復(fù)雜困難，尤其對于該型柴油機(jī)的燃油子系統(tǒng)故障診斷沒有有效準(zhǔn)確的方法。

3 PZ12V190型柴油機(jī)燃油子系統(tǒng)診斷知識獲取方法

柴油機(jī)的故障診斷是一種將柴油機(jī)產(chǎn)生的一切信息提取和分析處理，找出故障特征和參數(shù)，得出故障診斷結(jié)論的活動。知識工程獲取研究是對柴油機(jī)的故障信息分析的重要方法。知識工程由計算機(jī)技術(shù)發(fā)展而來，是利用計算機(jī)對大量數(shù)據(jù)進(jìn)行處理分析縱深發(fā)展發(fā)現(xiàn)、獲取和解決問題的研究領(lǐng)域。它主要在計算機(jī)中組織信息，建立數(shù)據(jù)庫，搜索并提取相關(guān)信息進(jìn)行分析處理，求解問題給出答案和方法。它涉及對知識的表示、利用知識、推理、知識獲取、組織信息等主要內(nèi)容。在故障診斷中，知識工程通過專家系統(tǒng)和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用將柴油機(jī)一切信息搜集組織，建立數(shù)據(jù)庫，通過搜索提取，找出“有用信息”，對這些信息進(jìn)行推理分析和經(jīng)驗(yàn)診斷等。本文僅以燃油子系統(tǒng)為例，研究知識工程的建立過程，討論燃油子系統(tǒng)的知識獲取方法。首先通過文獻(xiàn)調(diào)研和專家咨詢，獲取一切關(guān)于該型柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的故障信息，包括游車、排黑煙、排白煙等十五種常見故障信息。其次通過設(shè)計實(shí)驗(yàn)的方式來獲取該類型柴油機(jī)燃油機(jī)系統(tǒng)的故障信息，即找出常見故障預(yù)兆和故障特征參數(shù)及故障原因的關(guān)系。第三，通過特征參數(shù)分析提取“有用信息”，提取方式主要利用實(shí)驗(yàn)方法獲取該類型柴油機(jī)燃油系統(tǒng)信號波形圖并進(jìn)行處理和提取，找出反映燃油子系統(tǒng)故障特征的參數(shù)，這些信息與故障征兆想聯(lián)系后導(dǎo)入數(shù)據(jù)庫中。采用的提取方法包含能量法和參數(shù)法兩種：能量法是提取振動信號中的能量信息，即分析振動信號頻率譜，計算頻段的頻帶能量，得出所有頻段的能量及能量和，各頻段的能量除以能量和得出各頻段的振動信號特征向量，利用能量法將燃油系統(tǒng)工作時不同工況下振動信號特征向量提取錄入數(shù)據(jù)庫，在故障診斷時即可對比分析；參數(shù)法是直接對振動信號分析提取特征參數(shù)，這種方法簡單直接，尤其是信號中存在簡諧成分和周期成分等時，采用參數(shù)法十分有效。通過傳感器測量獲取振動波形曲線，分析曲線的峰值、有效值和平均幅值等示性指標(biāo)與工況結(jié)合錄入數(shù)據(jù)庫，在故障診斷時對比分析。

4 結(jié)束語

PZ12V190型柴油機(jī)應(yīng)用廣泛，且缺少對其故障診斷的有效方法，通過調(diào)研國內(nèi)外柴油機(jī)故障診斷分析的發(fā)展，分析了PZ12V190型柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)特性和工作原理，利用知識工程，以燃油子系統(tǒng)為例，提出了該型柴油機(jī)燃油子系統(tǒng)的知識獲取方法，對于提高PZ12V190型柴油機(jī)故障診斷分析水平具有重要意義。

[1]馬善偉，樂正偉等.柴油機(jī)故障診斷技術(shù)綜述[J].上海第二工業(yè)大學(xué)學(xué)報，2008；

[2]李保國.12V190B 柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)知識工程研究，東北大學(xué)碩士論文，2005；