柴油机常见故障分类.docx

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柴油机常见故障分类

柴油机常见故障分类

主要故障模式及原因——磨损、变形、穴蚀、腐蚀。

1整机异响——气门间隙等调整不当；有明显敲缸声。

2柴油机抱死——曲轴抱死。

3柴油机卡死——因润滑不良或高温引起活塞在缸筒中卡死。

4汽缸压力不当——活塞环漏气。

5窜气窜油——活塞环折断。

6功能失效*——油路原因（堵塞，进气等）。

7活塞顶死——由于吸入异物引起，造成活塞环损坏。

8柴油机过热*——由于水道部分堵塞或控温器损坏。

9油耗超标——磨损严重、漏油严重。

10油水混合*——由于汽缸垫密封性能差引起。

11缸体损坏***——活塞破损或连杆螺栓断裂，连杆将缸体打坏，柴油机报废

12缸筒拉伤——进入异物，引起拉伤。

13缸筒损坏——活塞损坏，活塞销卡簧断或脱落，活塞环断。

14缸套松动——缸套松动后，边沿渗水。

15活塞烧蚀——顶部严重烧蚀需更换。

16活塞销断裂

17活塞环漏气——漏气后，冲击油底壳引起异常响动。

18连杆衬套磨损*——磨损引起松动。

19连杆轴瓦烧蚀*——有蚀或轻微。

20连杆轴瓦拉伤。

异常磨损的常见故障：

80%的机件损坏是由于磨损引起的

1拉缸、烧轴瓦、抱轴、气阀、阀座间隙过大引起的泄漏、活塞组件与汽缸套的过度磨损导致间隙增加，压缩压力下降，燃烧不良，功率下降，废气窜入曲柄箱，润滑油蒸发和劣化，严重时会导致曲轴箱爆炸；

2高压油泵及喷油嘴的磨损会导致不能产生额定的高压燃油，使喷油提前角及喷油时间偏离最佳值，喷油嘴积碳；

3滑油泵异常磨损会降低滑油输出压力；

4曲轴和轴承间隙增大会加剧振动和噪声，严重时曲轴因疲劳而断裂。

原因；1润滑油压力过低（润滑油泵齿间隙过大，产生不了足够压力的滑油，润滑油过滤器及管路堵塞，压力润滑摩擦副间隙过大；2润滑油中含有颗粒特别是硬质磨粒将会造成摩擦副机件的磨料磨损；3润滑油变质，润滑油中进水、混入燃油、添加剂失效等；4环境影响，如润滑油温度过高会使黏度急剧下降，柴油机断冷却水必然使柴油机拉缸而最终停机。

二变形由于受力不均匀、磨损不均匀或拆装不正确通常导致柴油机机件变形。

如轴瓦磨损不均匀导致曲轴变形，缸盖安装时受力不均匀或热负荷作用下都会产生变形，工作时汽缸盖和机体之间将会产生泄漏。

三穴蚀穴蚀是在流体系统中，液体内部空化而产生空泡，空泡的破裂产生微射流，并对固体壁面产生破坏现象。

柴油机一般都存在穴蚀，特别是在汽缸外侧和机体水腔内侧。

合适的冷却水添加剂能有效地抑制冷却系统的穴蚀和腐蚀。

柴油机故障诊断的研究内容

1故障机理的研究

20世纪70年代后期提出了基于机械故障的动力学机理研究的故障诊断技术，主要根据机械设备的力学特征，建立相应的动力学模型，从故障对系统动力学参数的影响来分析故障特性。

这种方法对诊断大型机组的转子裂纹故障取得了实际的效果，80年代后期提出了基于共振解调原理的诊断技术。

它主要根据滚动轴承局部故障点脉冲激励引起的共振，对共振响应的解调可以获得轴承故障的特征频率。

目前机械故障机理的研究仍在不断深入进行，例如摩擦过程、自激振动、轴承动力失稳等的机理研究和对于裂纹齿轮和裂纹转子振动信号中相位特性的研究都取得了一定的成果。

2状态信号的采集

状态信号是机械设备异常或故障信息的载体，选用一定的检测方法和检测系统采集最能表证诊断对象状态的信号，是故障诊断技术实施过程中不可缺少的环节。

能够真实、充分地采集到足够数量的，客观反映诊断对象状况的状态信号，是故障诊断的关键。

在柴油机故障诊断中，主要使用的测试方法有：

a振动测试一一主要测量的参数有速度、加速度、位移；使用的传感器主要有电涡流传感器、磁电式传感器、压电式传感器。

利用缸体表面的振动信号，采用传递函数法，对气缸压力进行数值模拟，可对气缸压力进行诊断。

诊断进、排气系统的故障多数也是测量缸体表面的振动信号。

通过对气阀落座造成的冲击在气门附近的振动响应进行监测，可以对气阀的磨损状况及气门间隙进行诊断。

在整体性能诊断中，有学者提出采用灰色理论构造诊断模型，在振动信号的

时域分析中，有学者提出了发动机诊断的多重分形法。

B压力测试——进排气系统的压力可判断缸内工作情况及缸的密封状况。

测量燃油的流动压力可诊断燃油系统的状况。

测量润滑油压力可以直接反应出润滑系统密封性能的好坏，特别是曲轴连杆的密封程度。

C转速测试——转速波动诊断法和无负载测功法柴油机曲轴的瞬时转速波动信号能反映机器的工作状态，通过对瞬时转速波动信号的分析可以得到机器运行状态和相关故障的丰富信息。

正常工况下，各缸的动力性能基本一致，柴油机运转平稳，各缸瞬时转速波动虽有差异，但总在一个不大的范围内，并呈现某种规律性；但当某个气缸工作不正常时，动力的一致性受到破坏，柴油机运转的平稳性变差，转速波动信号会产生严重变形，根据此可以判断其缸内工作过程的好坏。

转速诊断法可以对缸内工作情况进行判别，如对缸内熄火进行识别等。

无负载测功法的原理是在发动机空载加速的工况下测量其转速，通过转速变化率与瞬时功率的对应关系求解发动机功率。

转速测量的精度对诊断有至关重要的影响。

D光谱、铁谱测试在柴油机状态监测中，检测润滑油中铁的含量可以间接判断金属部件的磨

损。

E声发射测试

声发射可以用于在线测量发动机的连杆轴承故障，也可以通过测量柴油机燃烧压力的振荡共振频率来诊断燃油系统故障。

F激光测试技术基于激光照射在运动物体上散射的相干光和多普勒频移原理，已研制开发出检测和诊断故障的装置，其中有诊断柴油机喷嘴孔口压降、旋转零件和曲轴扭振的激光测量仪。

G场测试

激光多普勒测试技术可以用于柴油机燃烧场的测试分析。

英国OMETRON公司已推出采用激光方法的全场振动测试分析仪器和采用红外线远距离扫描技术的全场应力测试系统。

可以分析工作设备的整体振动或应力分布。

红外热成像技术也有了新的发展，1996年美国CSI公司在中国首次展出了用焦平面技术制成的红外热面像仪，比原来的光机扫描技术成象速度快，可以瞬时扫描成像，用以测量温度场。

3信号处理技术与故障特征提取初始信号与故障征兆之间往往不存在直接的对应关系，故障信息通常混杂在大量背景噪声中。

故障特征提取就是将初始信号进行维数压缩、形式变换、去除干扰、保留和增强有用信号，精化故障特征信息的过程。

因此，信号模式的转换与特征的提取是分析故障的关键步骤和前提。

信号处理和故障特征提取的方式分为以下几种：

a函数分析法——利用信号与特征之间的定量函数关系，通过数学分析的方法，直接得到特征量。

最典型的方法就是状态空间分析法。

例如在诊断机械结构是否完好时，首先建立结构的振动方程，进行结构模型态分析，侧取的信号作为状态方程的输出，再根据状态方程确定机械结构当前的特征参数。

B调和分析法一一自从195年快速傅里叶变换（FFT）问世以来，调和分析在众多的应用领域获得了迅速发展，已经称为信息处理中最重要、最基本的技术。

目前几乎所有的动态分析仪都是以此为核心进行信号处理的。

所有以FFT为基础派

生出来的分析方法均获得了极大的发展，例如周期图分析法，快速卷积与反卷积、相干分析、自谱、互谱、细化谱、倒频谱、传递函数、谱趋势分析、适量监测图等。

改进FFT算法AFFT的提出，大大减少了传统（FFT）中泄漏和栅栏效应引起的误差，从而使基于相位信息的故障诊断称为可能。

在此基础上提出了全息谱方法、提纯轴心轨迹法以及轴心轨迹复杂度分析法等一系列新方法。

此外，相位分析技术也包括希尔伯特变换的应用，用于对信号的调制进行包络分析、相位解调和瞬时频率的计算等。

应用于非平稳的时变信号或非线性信号的分析方法研究也有了很大进展，尤其是信号的时——频展开。

其中，获得广泛应用的有GABOR提出的窗口傅立叶变换和WIGNER提出的WIGNER分布,这些方法对于刻画信号在瞬时的频谱结构有良好效果，同时经过修正后重新建立的信号可以更加有效地表证信号的特征。

调和分析在理论和应用领域的最新进展是“小波分析”，20世纪80年代后期，在信号时——频局部化特性的研究基础上，建立了小波理论。

这一理论不仅成为数学上调和分析理论的重大进展，而且迅速在诸多领域中获得了广泛的应用。

目前这一技术的发展方兴未艾，在机械设备故障诊断中的应用已取得重要成果。

C参数模型法一一这一方式是根据被测系统的特性建立起参数模型，再利用所获

得的信号计算出模型的特征参数，根据参数模型可以对系统进行动态分析以及进行趋势预测与控制。

目前，获得广泛应用的参数模型之一就是时序模型的诊断方法。

这是一种对信号进行统计学意义上的处理与分析的数学方法。

它根据时间序列信号，建立差分方程形式的数学模型，这种模型是对被测系统的时域描述，反映了系统的运行状态，另外一类参数模型是现代控制论中的系统辨识差分方程。

当系统的输入可知时，这种差分方程可以提供比时序模型更加完备的信息。

近年来，这一类方法仍在不断完善，出现了诸如基于最大熵准则、最小均方准则、最大似然准则、最小交叉准则等的大量算法。

参数模型法的特点是几乎能将蕴含在采样数据中的全部信息凝聚在少数的几个模型参数之中，因而能对系统作出精练而有效的数学表示。

它的主要优点是计算信号的统计特性时没有对采样数据的加窗影响，因而不存在频谱的泄漏，频率定位准确。

4设备状态分析与故障诊断特征量和特征信息的提取，仅仅是提供了对设备状态进行分析与诊断的依据，如何作出正确的判断与决策，是诊断技术所要解决的问题。

这一技术领域的研究目前十分活跃，并取得了很大进展。

设备状态的分析与诊断方法可以概括为以下几类：

（1）函数诊断法：

在特征量与设备状态之间如果存在确定的函数关系，则可以

通过计算来得到设备的状态，例如，根据振动信号已经得出的当前结构刚度这一特征量，而刚度与裂纹的位置和大小存在一定的数学关系，则可以通过计算判断结构有无裂纹。

（2）对比诊断法：

事先通过计算分析、试验研究或对实际数据进行统计归纳等方式，确定设备有关状态与特征量之间的对应关系，即建立特征量的基准模式。

在对设备状态进行分析判断时，只要将得到的特征量与基准模式进行比较，即可确定设备当前的运行状态。

例如在对机械设备进行全息谱分析时，根据计算机模拟数据和以往大量的典型实际故障信号，分别对回转机械的各种典型故障（如失衡、不对中、油膜涡动、气流激振、喘振等），建立相应的全息谱图集；对具体的机械设备进行诊断时，将得到的全息谱与标准图集进行比较分析，即可确定故障类型。

（3）逻辑诊断法：

当根据多重特征对设备进行分析时，这种方法最为有效，它的主要发展是故障树分析方法（FTA）o故障树原来是分析系统可靠性和安全性的重要方法，在故障诊断中常用于系统的故障分析，既可用于故障诊断，也可用于故障预测，是一种有效的分析工具。

（4）统计诊断法：

它包括各种统计模式识别方法，信息特征选择和维数压缩也属于这一类方法，例如主分量分析法。

在故障诊断中，常用的识别方法有基于各种距离的聚类分析方法，各种线性或非线性判别分析法，如BAYES分类器等，时域模型参数法以及利用kullback-leioler信息量的识别方法和J――散度分析方法等。

（5）模糊诊断法——这是20世纪80年代兴起的一种新的诊断方法。

它以模糊数学为基础，利用人类思维中的模糊逻辑，根据多种特征参量对设备进行综合评判，从而得出准确的结论，这一方法在柴油机燃油系统故障诊断中

已经获得