柴油機狀態檢測技術研究現狀淺析

劉君 火箭軍士官學校

隨著柴油機使用時間的增長，其零部件磨損程度的增大以及可能存在的疲勞損傷等，都將導致柴油機性能的下降，甚至引起故障。挖掘機、裝載機等工程機械的工作性質，決定了其柴油機具有大功率、高強度、高負荷、工作條件復雜、故障率高等特點，一旦發生故障，將直接影響工程機械的工作狀態。為此，必須加強對柴油機狀態的檢測與評價，實時掌握柴油機狀態的優劣情況，提早發現故障征兆，提高裝備保障效能。

國外在柴油機狀態檢測技術與評價方法方面的研究較為深入，經過多年的發展，形成了系統的監測管理理念和領先的技術水平，研發了一系列的監測設備。但是我國在這一方面的研究還比較落后，長期受“定期維修”等思想的影響，存在諸多的不足。

一、當前常用的柴油機狀態檢測診斷技術

柴油機檢測診斷技術是進行柴油機狀態檢測的重要手段，先進的檢測診斷技術能夠提高檢測的準確性。目前，常用的柴油機檢測診斷方法主要有以下幾種：狀態參數監測法，振動分析法和油液分析法。

（一）狀態參數監測法

狀態參數監測法主要是通過對柴油機的各種運行參數（如轉速、功率、壓力、溫度等）進行測量，然后分析各參數的異常情況來對柴油機的運行狀態進行監測診斷。例如溫度監測法是通過分析機械設備箱體、底座或者相關零部件等表面的溫度變化情況來對設備狀態和故障情況進行監測診斷的方法。機械設備在運行過程中，溫度變化情況與設備故障、磨損等狀況緊密相連，甚至裂紋的產生也會引起周圍材料溫度的變化。

但是在有些時候，溫度等狀態參數的變化并不明顯，只有當故障達到一定的程度時，才會有明顯的反映。并且有些參數易受外界環境以及使用條件的影響，參數測量結果的準確性難以保證。

（二）振動分析法

柴油機在運行過程中的振動信號及其特征包含反映自身整體狀況的重要信息，并能一定程度上揭示整體狀況的變化規律。振動分析法是利用安裝在設備適當位置的振動傳感器來獲取設備的振動信號，并通過分析振動信號來對設備狀態進行檢測診斷，這也是機械設備故障及狀態檢測診斷過程中最有效、最常用的方法之一。振動分析法具有以下優點：振動信號易于獲取，實現了不解體診斷；振動信號來源于設備本身，不需要外加振動源；可根據不同結構振動的不同特征，有效的檢測診斷出不同部位存在的問題；可以實現實時故障檢測與診斷等。但是由于機械設備通常內部結構零部件較多，以及所處的環境復雜、噪聲干擾較多，有用的信號常常和噪聲信號混雜在一起，所以有時難以進行準確的故障診斷。并且當對設備振動信號規律不明確時，很難從振動信號中獲取關于設備狀態的有用信息。

對振動信號進行分析處理的方法很多，主要集中在時域分析法、頻域分析法和時頻域分析法三個方面。近年來，隨著檢測診斷技術和方法的發展，在融合各相關學科新理論的基礎上，產生了很多新的振動信號分析方法，例如產生了基于神經網絡、盲源分離、模糊理論的故障診斷和狀態檢測技術。

（三）油液分析法

如果說柴油機是車輛的心臟，那么柴油機潤滑油便是心臟的血液，柴油機潤滑油液的理化性質及其金屬元素成分和含量的變化蘊含著柴油機運行狀態的豐富信息。通過油液光譜、鐵譜分析技術，對設備磨損狀態進行分析，是包括柴油機在內的機械設備狀態檢測的重要手段。美國西部鐵路部門最早在1940年左右開始對鐵路機車所用潤滑油進行了分析，取得了明顯的成效。隨后，油液分析方法逐漸得到了美軍的重視，建立了一些油液分析中心，研究獲得了一些油液分析手段，開發形成了一些油液檢測設備。近年來，油液分析方法也得到了國際許多國家的重視。

由于油液中含有柴油機運行過程產生的各種磨損產物，因此通過油液分析能夠有效的掌握柴油機的磨損機理、判斷磨損部位并預測磨損發展趨勢。油液分析方法操作簡單，避免了對柴油機的拆解檢查，有著較好的應用前景。但是由于柴油機運轉中要不斷的消耗機油，因此要不斷的定期換油，這樣也就必然帶來了油液中元素含量的跳躍性變化，也就不能用一些科學模型來對磨損情況進行預測，給油液分析工作帶來了一定的困難。

二、相關研究成果

國外在柴油機狀態檢測與評價方面的研究開始較早，也較為深入，形成了一定的理論體系和研究方法，并轉化成了硬件設計，實現了柴油機狀態的在線監測。如美軍在主戰坦克上配備了一種數字診斷和預測“工具箱”，通過對柴油機狀態參數的實時檢測，能夠進行故障定位和狀態評價。美國GE公司通過多種傳感器對機車柴油機上的多個參數進行測量，研發了該型柴油機的在線監測系統，實現了對柴油機工作狀態的實時檢測與評價。

我國在這方面也進行了一定的研究。西安宏達微電子技術研究所研制的多功能柴油機工況自動監測系統，可以對柴油機的轉速、缸壓、零部件溫度等參數進行不斷地檢測。

三、發展趨勢

從目前研究進展和發展需要看，柴油機狀態檢測發展趨勢是：

檢測技術綜合化研究。近年來，美國不斷將現代高新技術應用于維修領域，形成了多技術綜合的檢測手段，極大提高了維修保障效率和效能。隨著科技發展，柴油機結構越發復雜，零部件數量龐大，對其狀態檢測與評價能力的要求也相應提高，因此開展檢測技術綜合化研究是十分必要的，這也是裝備保障建設發展的方向。

檢測設備嵌入式研究。通過將符合要求的傳感器，特別是適合柴油機檢測需要的長壽命傳感器深埋于柴油機內部，結合嵌入式系統，可以為后期檢測評價提供極大地方便，并提高評價的準確性。目前美國、日本等國家將超薄型傳感器安置在發動機內部，實現了對發動機溫度等參數的實時檢測。