基于故障樹的車輛柴油機故障診斷

郭濤　趙志宇

海南三亞92155部隊

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基于故障樹的車輛柴油機故障診斷

郭濤趙志宇

海南三亞92155部隊

文中總結了柴油機故障診斷的現(xiàn)狀和發(fā)展前景，闡述了故障樹和故障樹分析法的特點并如何構建故障樹，最后結合實際，對某種特種車用柴油發(fā)動機系統(tǒng)故障進行分析診斷。

故障樹 發(fā)動機系統(tǒng)故障 柴油發(fā)動機

1　柴油機故障診斷現(xiàn)狀和發(fā)展前景

柴油機作為動力機械，廣泛用于機場、碼頭和車輛、船舶等各種場合及設備上。由于其運行狀態(tài)的好壞將直接影響整套設備的工作狀況，因此，進行故障診斷并確保其處于最佳狀態(tài)，對提高維修質量和效率是十分必要的。

當今，我國柴油機故障診斷技術已經取得了較大發(fā)展，但是在可靠性和實用性上與國外還存在差距。目前現(xiàn)場的柴油機故障診斷方法還很少，對運行中的柴油機，通常是在操作人員發(fā)現(xiàn)異常后，通過“望”、“聞”、“問”、“摸”的方法，根據(jù)經驗定位并排除故障。雖然配備了一些用于檢測的儀器和儀表，但實際中使用率和應用很低。這就造成了目前國內柴油機維修期長，診斷誤判率高。

隨著對柴油機故障診斷工作的日益重視，越來越多的軍用和民用裝備都在各自產品中加入了故障診斷系統(tǒng)，對于故障診斷的理論研究也發(fā)展迅速。其中，包括模糊、神經網絡、虛擬診斷乃至人工智能等理論在故障診斷中大量出現(xiàn)，但綜觀工程應用中已經進行的故障診斷系統(tǒng)，其中大部分還是以故障樹理論為基礎進行的構建和設計。故障樹分析是故障診斷的基礎，一切診斷都必然要先經過故障樹分析，也是現(xiàn)階段最有效、最基本的手段。

2　故障樹分析法的前景和特點

故障樹分析法是一種適用于提高復雜系統(tǒng)可靠性和安全性的方法，同時又是一種提高系統(tǒng)可靠性和安全性的有效工具。故障樹分析法正在不斷完善發(fā)展，其應用范圍也正在不斷擴大。故障樹分析法已經廣泛的應用到電子，化工，宇航，核能，機械等各個領域，是一種很有前景的故障分析方法。

故障樹分析法，它是一種從系統(tǒng)到部件，再到零件，按“下降形”分析的方法。首先由系統(tǒng)開始，然后通過邏輯符號繪制出的一個展開成發(fā)散狀的分枝圖，來分析故障事件發(fā)生的概率。同時它也可以用來分析零部件或子系統(tǒng)故障對系統(tǒng)故障的影響，其中包括主觀因素和客觀環(huán)境因素等。由于故障樹分析法使用的是邏輯圖，因此，使用和維修人員都容易掌握和運用。故障樹分析法不僅可以分析由單一構件所引起的系統(tǒng)故障，而且也可以分析多個構件不同模式故障而產生的系統(tǒng)故障；不僅可以做定性分析，還可以做定量的分析。

3　故障樹構建步驟如下

（1）廣泛收集并分析有關產品設計、運行、維修等技術資料。

（2）明確故障事件，確定頂事件。

（3）合理確定系統(tǒng)邊界條件。

（4）建立故障樹。

在故障樹建造過程中，首先將頂事件符號列為第一行；在其下列出導致頂事件發(fā)生的直接原因并用符號表示列為第二行；中間用適當?shù)倪壿嬮T與頂事件相連接。如此步步深入，直到追溯到引起系統(tǒng)發(fā)生故障的全部原因為止（稱為底事件）。

3.1故障樹建造中使用的符號

為了將故障現(xiàn)象按因果關系連接成故障樹，特規(guī)定了故障樹的一些符號：

（1）頂事件和中間事件

故障樹中將各故障現(xiàn)象稱為事件，頂事件是指要分析的故障現(xiàn)象，而導致頂事件出現(xiàn)的各種故障樹現(xiàn)象稱為中間事件。頂事件用符號表示，中間事件用符號表示。

（2）底事件

導致頂事件產生的最后一級原因，因無法或沒有必要追究其產生的原因故稱為底事件。底事件用符號表示。

（3）邏輯“或門”

它表示幾個不同事件，只要有一個發(fā)生，就會導致上一級某事件發(fā)生，這種因果關系稱為邏輯“或”，用以連接上下兩級事件時稱為“或門”?！盎蜷T”用月牙形符號表示。

4　應用故障樹分析法分析某型特種越野車輛柴油發(fā)動機故障。

圖1　柴油機故障樹

圖1中，方框的事件代表結果事件，它又分為頂事件和中間事件，是由其它事件或事件組合導致的事件。圓圈事件表示底事件，是基本故障事件或不需再探明的事件，但一般它的故障分布是已知的，是導致其他事件發(fā)生的原因事件。其中，各個數(shù)字和字母代表的含義為：①柴油機飛車，②粘缸，③燒瓦，④曲軸故障，⑤活塞敲缸，⑥拉缸。

A：燃油超供

a1：噴油泵柱塞卡滯，a2：拉桿及調速器的活動部位卡滯，a3：調速器系統(tǒng)故障。

B：竄燒機油

b1：空氣濾清器油盤油面過高，b2：曲軸箱通氣孔堵塞，b3：油底殼機油過多。

C：散熱系統(tǒng)工作不良

D：機油壓力過大

d1：機油質量不好，D2：潤滑油流動磨損，d3：軸瓦卸油，d21：機油泵磨損，d22：曲軸油道工藝脫落。

E：軸瓦預緊高度不合要求

F：機油問題

f1：機油品質不佳，f2：機油壓力過低，f3：機油濾清器使用不當。

G：軸瓦和軸頸裝配間隙過小

H：曲軸問題

h1：曲軸軸頸兩端圓角過小，h2：曲軸自身質量差，h3：曲軸裝配間隙過大，h4：曲軸潤滑不良。

I：供油時間和供油量出錯

J：主軸瓦不同軸

K：活塞的裝配問題

k1：活塞與汽缸配合間隙過大，k2：活塞方向裝反或活塞變，k3：汽缸墊過薄，k4：連桿裝配不好或連桿彎曲

L：燃燒不良

l1：燃燒室內積碳嚴重，l2：可燃氣體燃燒過快

M：噴油提前角過大

P：使用不當因素

p1：潤滑油使用不當，p2：發(fā)動機溫度過高，p3：增壓器竄油，p4：嚴重超載，p21：冷卻添加不足，p22：點火時機不正確，p23：節(jié)溫器工作不良。

Q：裝配和加工因素 q1：活塞裝配間隙過小，q2：活塞環(huán)開口間隙太小，q3：活塞緯度影響。

5　故障樹分析法的結論

故障樹分析法能從故障現(xiàn)象著手理清各種原因及邏輯關系，具有邏輯性強，不易遺漏可能故障原因等特點，對復雜故障的分析和故障定位具有較好適用性，值得提倡和推廣。

（1）文中構建出的柴油機故障樹較全面地反映了發(fā)動機系統(tǒng)故障成因，故障之間關系，以及各種可能故障傳遞途徑。

（2）故障樹為設計，檢測，維護和維修柴油機提供了一種形象圖解，指導人們去查找故障，改進和強化系統(tǒng)的關鍵部分。為柴油發(fā)動機的可靠運行提供了有效的定性分析和定量評價方法。

（3）在柴油機的實際工作中，經常會遇到不同故障程度的底事件，將其計算并求出最小割集，有助于掌握柴油機故障的規(guī)律和特征。進一步將常規(guī)的故障診斷方法和計算機程序技術有機的結合起來，形成專家系統(tǒng)，這樣可以方便和快捷的進行故障診斷。

［1］溫熙森，徐永成，易曉山.智能理論在 BIT 設計與故障診斷中的應用［J］. 國防科技大學學報，1999（1）

［2］孫洲陽，陳景鋒，黃加亮.故障樹分析法在柴油機故障診斷中的應用［J］.中國修船，2000（06）

［3］胡以懷、楊叔子.“柴油機排氣門漏氣故障診斷的試驗研究”《內燃機工程》 ，1997. V18. No.3

［4］楊建國、周軼塵.“發(fā)動機活塞-氣缸套磨損狀態(tài)在線診斷技術的研究”《武漢水運工程學院學報》，1992 （9）

郭濤，1980-，男，漢族，湖北棗陽人，工學學士，助理工程師，海南三亞92155部隊，研究方向：柴油機電源。

趙志宇，1978-，男，漢族，湖南長沙人，工學學士，工程師，海南三亞92155部隊，研究方向：機械自動化控制。