柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件常見故障診斷分析

于洋　華樹明

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

【關(guān)鍵詞】柴油發(fā)動機(jī);運(yùn)動部件;故障診斷

柴油發(fā)動機(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)動產(chǎn)生機(jī)械能。在現(xiàn)代化進(jìn)程中柴油發(fā)動機(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)動機(jī)運(yùn)動部件曲軸、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)的故障信號并進(jìn)行故障分析。

一、柴油發(fā)電機(jī)現(xiàn)狀

柴油發(fā)動機(jī)機(jī)在我國應(yīng)用廣泛，對于我國工業(yè)、生活等方面十分重要，例如，汽車、輪船、裝甲車等機(jī)械設(shè)備。因此，隨著我國科技的發(fā)展和社會的進(jìn)步，對于柴油發(fā)動機(jī)的研究及應(yīng)用也在不斷發(fā)展。由于柴油發(fā)動機(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)動機(jī)發(fā)成故障的可能及運(yùn)動部件的故障檢測難度也隨之增加。對柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件進(jìn)行故障分析研究，可幫助相關(guān)人員減少實(shí)際故障檢測的時間及效率，對運(yùn)動部件發(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題，幫助柴油發(fā)動機(jī)優(yōu)化、改進(jìn)部件，防止事故的發(fā)生。因此，對于柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件常見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)生不是無征兆、無準(zhǔn)備的，柴油發(fā)動機(jī)常見部件的故障發(fā)生都有特定的信號，對于故障信號科學(xué)分析及比對可有效診斷部件故障。目前故障信號的產(chǎn)生多依靠傳感器采集的運(yùn)動部件由于故障產(chǎn)生的異常振動及位移變化，通過不同部位及不同信號，通過故障信號的準(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，目前對于柴油發(fā)動機(jī)信號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。故障診斷可分為對故障信號的采集、處理、得出故障診斷結(jié)果，但故障檢測有許多特殊情況，柴油發(fā)動機(jī)的零件數(shù)量和復(fù)雜程度也不斷增加，檢測及分析過程中許多偶然因素也可能影響故障檢測，在這種情況下，其發(fā)生的信號差異可能極小難以引起人工分析的注意，最終影響故障檢測結(jié)果。但利用計(jì)算機(jī)分析進(jìn)行故障檢測，可深入識別故障信號的細(xì)節(jié)差異，排除人為因素等對部件故障進(jìn)行更為準(zhǔn)確的檢測并得出結(jié)果。

但由于柴油發(fā)動機(jī)的不斷升級，有些故障并不能通過信號采集進(jìn)行檢測，在某些復(fù)雜的部位，信號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。為解決這些問題，需要對柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)動部位故障情況具有更深的了解，不斷對柴油發(fā)電機(jī)傳感器進(jìn)行升級，提高信號采集的準(zhǔn)確度和信號分析的準(zhǔn)確度，從而促進(jìn)對柴油發(fā)動機(jī)的運(yùn)動部位的故障檢測。

二、柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部位常見故障檢測的難點(diǎn)及檢測方法

由于柴油發(fā)動機(jī)由于運(yùn)動部件故障發(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)動機(jī)運(yùn)動部件的高速運(yùn)動，采集信號的傳感器難以安裝并采集信號，對相應(yīng)部件的檢測難以進(jìn)行，在高速運(yùn)動的情況下，發(fā)生故障后影響故障信號采集的因素眾多，難以對故障信號進(jìn)行處理并分析。同時由于柴油發(fā)動機(jī)零件復(fù)雜，運(yùn)動過程中發(fā)生故障的零件所處部位，影響情況也不同，難以對其故障進(jìn)行準(zhǔn)確分析。

目前，對于柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件故障檢測多采取地域數(shù)據(jù)的處理和診斷，動力學(xué)原理對柴油機(jī)運(yùn)動部件進(jìn)行故障檢測也有部分應(yīng)用，根據(jù)動力學(xué)原理進(jìn)行故障檢測可以對故障發(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，對于柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)行情況進(jìn)行模擬，通過柴油發(fā)動機(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，通過計(jì)算機(jī)運(yùn)行情況及參數(shù)測算等得出實(shí)際發(fā)生的故障。采取仿真模擬、識別故障發(fā)生時個部件的參數(shù)與正常參數(shù)比對的故障檢測方式可以較為精確得進(jìn)行故障檢測，具有故障檢測效率高，耗費(fèi)時間資金少，符合時代發(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，需要更高層級的技術(shù)人才。

三、柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部件故障診斷

柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動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)動后造成部件磨損或變形后其運(yùn)動時會產(chǎn)生振動及噪音。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)動及部件老化，造成機(jī)械散熱產(chǎn)生問題、引起短路等故障。同時，在柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部位發(fā)生一類故障時，往往會引起其他部位、其他方面的故障，因此，對于柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部位的故障分析無法簡單進(jìn)行檢測并得出故障檢測結(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、動力減小等問題。拉缸故障后會使得內(nèi)燃機(jī)耗油增加，活塞損壞等問題，甚至可能由于潤滑油上躥到氣缸引起燒機(jī)油情況，造成發(fā)動機(jī)冒煙，甚至爆炸等嚴(yán)重后果。拉缸故障主要因?yàn)闈櫥ぷ鳑]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。對拉缸故障進(jìn)行檢測時，可通過拉缸故障現(xiàn)象、拉缸故障時的信號采集及分析或由發(fā)動機(jī)內(nèi)潤滑油內(nèi)金屬顆粒的值等方法來確定。

（二）敲缸故障診斷

在柴油發(fā)動機(jī)進(jìn)行往復(fù)活塞運(yùn)動時，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)動時發(fā)生敲缸故障可能引起較大的振動和異響現(xiàn)象。敲缸是由于活塞與氣缸壁間隙過大、活塞裝反變形、潤滑工作不良或連桿變形造成。在破壞了活塞與氣缸壁正?？障兜那闆r下，高速運(yùn)動的活塞與氣缸壁大力撞擊，造成敲缸異響及振動，同時也會造成機(jī)械部件損壞變形等問題。關(guān)于對敲缸故障的檢測，可以通過計(jì)算機(jī)仿真軟件進(jìn)行建模，模擬柴油發(fā)動機(jī)敲缸現(xiàn)象的轉(zhuǎn)速等差異，從而對敲缸故障進(jìn)行檢測分析。

（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)動中起著重要的作用，柴油發(fā)動機(jī)運(yùn)動部位在長時間高負(fù)荷運(yùn)動過程中，軸承之間間隙變大造成活塞運(yùn)動過程中發(fā)生敲缸故障，最終造成連桿軸磨損變形甚至斷裂等問題。在對活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)進(jìn)行故障檢測時，可通過軸承間隙變大造成的故障信號等進(jìn)行采集處理，判斷故障所屬的類型和程度，從而實(shí)現(xiàn)對活塞曲柄連桿機(jī)構(gòu)故障的檢測。

結(jié)束語

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

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（作者單位：廣西防城港核電有限公司）