PZ12V190型柴油機故障診斷分析研究

惠山青

（勝利油田黃河鉆井五公司40570隊，山東 東營 257000）

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

1 國內外柴油機故障診斷分析發展

柴油機是一種復雜的往復動力裝置，截至目前，在對柴油機的出現的故障判斷分析領域尚無通用有效的方法來表征柴油機故障特征和參數。上世紀七十年代，國外開始使用聲波震蕩技術來診斷分析柴油機的故障并取得顯著成果。八十年代末至九十年代，美國珀杜大學和賓夕法尼亞大學將人工神經網絡應用到柴油機故障診斷領域，實現正確診斷平均96%的故障。國內關于柴油機診斷分析的研究于上世紀八十年代初以振動診斷開始發展，海軍工程學院利用氣閥開關產生的沖擊信號對氣閥故障開展實驗研究，上世紀八十年代末，國內專家開始應用人工神經網絡科學處理柴油機故障診斷分析，并取得了一些成果。但至今關于PZ12V190 型柴油機這種大型的復雜機械故障診斷分析還處于起步階段，對該類柴油機故障診斷的知識工程研究仍為空白。

2 PZ12V190型柴油機的結構性能分析

PZ12V190 型柴油機是被大量應用在石油勘探開采領域和發電等領域的四沖程增壓式動力裝置。PZ12V190 型柴油機分為機身，曲柄連桿系統、配氣系統、燃油子系統和動力輸出系統等構成，其結構特點有：（1）機身為六十度V 型主油管安裝在V型夾角內，機身底面和曲軸中心成半隧道結構。（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。蓋內部裝有水隔層可加速蓋底冷卻。（3）燃燒室設計成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，材質為35CrMoA調質氮化處理，動力輸出形式為錐度過盈配合連接輸出。（5）凸輪外形設計為高次方程曲線，可發揮良好的動力性能。該型柴油機工作時，曲軸轉兩周即720°完成一個循環。在循環過程中，氣缸按順序分別完成進氣、壓縮、燃燒、排氣四個運動。以上結構特性和工作原理使該型柴油機具有高速高效大功率的特點，但其燃油系統、配氣系統和曲柄連桿系統在工作時最易發生故障，導致柴油機無法運行。目前對該類柴油機的故障診斷復雜困難，尤其對于該型柴油機的燃油子系統故障診斷沒有有效準確的方法。

3 PZ12V190型柴油機燃油子系統診斷知識獲取方法

柴油機的故障診斷是一種將柴油機產生的一切信息提取和分析處理，找出故障特征和參數，得出故障診斷結論的活動。知識工程獲取研究是對柴油機的故障信息分析的重要方法。知識工程由計算機技術發展而來，是利用計算機對大量數據進行處理分析縱深發展發現、獲取和解決問題的研究領域。它主要在計算機中組織信息，建立數據庫，搜索并提取相關信息進行分析處理，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、組織信息等主要內容。在故障診斷中，知識工程通過專家系統和神經網絡的應用將柴油機一切信息搜集組織，建立數據庫，通過搜索提取，找出“有用信息”，對這些信息進行推理分析和經驗診斷等。本文僅以燃油子系統為例，研究知識工程的建立過程，討論燃油子系統的知識獲取方法。首先通過文獻調研和專家咨詢，獲取一切關于該型柴油機燃油系統的故障信息，包括游車、排黑煙、排白煙等十五種常見故障信息。其次通過設計實驗的方式來獲取該類型柴油機燃油機系統的故障信息，即找出常見故障預兆和故障特征參數及故障原因的關系。第三，通過特征參數分析提取“有用信息”，提取方式主要利用實驗方法獲取該類型柴油機燃油系統信號波形圖并進行處理和提取，找出反映燃油子系統故障特征的參數，這些信息與故障征兆想聯系后導入數據庫中。采用的提取方法包含能量法和參數法兩種：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工作時不同工況下振動信號特征向量提取錄入數據庫，在故障診斷時即可對比分析；參數法是直接對振動信號分析提取特征參數，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與工況結合錄入數據庫，在故障診斷時對比分析。

4 結束語

PZ12V190型柴油機應用廣泛，且缺少對其故障診斷的有效方法，通過調研國內外柴油機故障診斷分析的發展，分析了PZ12V190型柴油機的結構特性和工作原理，利用知識工程，以燃油子系統為例，提出了該型柴油機燃油子系統的知識獲取方法，對于提高PZ12V190型柴油機故障診斷分析水平具有重要意義。

[1]馬善偉，樂正偉等.柴油機故障診斷技術綜述[J].上海第二工業大學學報，2008；

[2]李保國.12V190B 柴油機故障診斷系統知識工程研究，東北大學碩士論文，2005；