经典工程
 

柴油机故障诊断的现代方法及展望

  作为一名工程机械专业毕业的技术员,在进单位三年多以来,我一直工作在对柴油机维修与诊断中,柴油机作为动力机械,其运行状态的好坏,直接影响到成套设备的工作状态。因此,对其进行状态监测和故障诊断,确保设备处于最佳运行状态,提高设备维修质量和效率是十分必要的。柴油机是一种复杂的往复式动力机械,由于其结构复杂,加之运动的往复性,使得柴油机的故障诊断变得十分复杂。所以,近年来对柴油机的故障诊断研究工作一直是许多故障诊断研究者潜心研究的一个难题。
摘要:本文主要介绍了近几十年来柴油机故障诊断技术的发展情况,并对柴油机未来故障诊断技术提出新的展望。
   随着现代科学技术的发展及自动化程度的提高,柴油机故障诊断技术也经历着重大的变化。从最初的事后维修发展到定时检测,到现代故障诊断技术的视情维修。其传统的诊断方法日益显现出不足和弊端。诸如,基于故障机理的诊断方法因其柴油机结构的复杂性而逐渐被放弃;故障树诊断法由于其诊断方法粗糙而诊断精度不高;瞬时转速波动诊断方法虽然能够反映故障信息,但是该方法不能反映造成故障的原因,而且测量瞬时转速波动需要高频响、高精度的仪器,成本高;示功图诊断法能够反映柴油机缸内的工作状态及其动力热力性能,但是该方法存在与瞬时转速波动相同的缺点。
1 柴油机故障诊断的现代方法
 1.1 基于振动信号的时域、频域特征提取分析法
  该方法是目前应用最广泛的柴油机故障诊断方法。由于柴油机是一种高转速的往复式动力机械,无论是在其工作过程中还是性能监测中,其振动信号都是反映柴油机内在各部件之间关系的极其敏感的参数。对于工作过程而言,柴油机燃烧爆发时的瞬时压力波动所产生的冲击以及进、排气门升起、落座都会产生冲击,燃烧提前、滞后、气门漏气等故障,都会在这些信号中有所反映;而对于性能参数而言,衡量机器工作正常状态与否的综合性指标是与工作过程及各机构之间的运动协调与否紧密相关的,而这些指标在振动信号中反应更敏感、更直接。
  振动时域特征参数主要有峰值、均值、均方幅值、方差、标准差、三次距、四次距、波形因子、脉冲因子、裕度因子等。这些特征参数由于测量比较直接,可以用于在线监测,同时也可以作为其他各种诊断方法的特征提取参数,辅助诊断。
  频域分析主要是通过某种变换,将振动信号从时域变换到频域,然后再进行特征提取的一种方法。其主要的处理方法有古典谱估计法和现代谱估计法。古典谱法包括周期图法、自相关法及其他一些改进算法。现代谱法包括最大熵谱估计、ARMA法以及最小方差法等,在这里不再一一详述。古典法的优点是可以用FFT快速计算,物理意义明确;缺点是谱分辨率偏低,需要的数据量较多,加窗易产生泄露,方差性能不好;现代谱分析法具有较高的分辨率,对数据量的要求较少,但是容易产生波形失真,信噪比低。