船舶主機(jī)常見故障的診斷技術(shù)分析

1、    船舶主機(jī)常見故障的診斷技術(shù)分析    胡巧偉摘要：為快速查明船舶主機(jī)故障問題，應(yīng)當(dāng)對(duì)相關(guān)的診斷技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。文章以撫仙湖中的某船舶作為研究對(duì)象，針對(duì)其常見故障問題，設(shè)計(jì)開發(fā)一款診斷系統(tǒng)，期望能夠?yàn)榇爸鳈C(jī)故障的快速處理提供幫助。關(guān)鍵詞：船舶;主機(jī);故障;診斷主機(jī)作為船舶的動(dòng)力裝置，其重要性不言而喻，一旦出現(xiàn)故障，會(huì)對(duì)船舶的正常運(yùn)行造成影響。為在最短的時(shí)間內(nèi)找出故障原因，應(yīng)當(dāng)對(duì)診斷技術(shù)進(jìn)行合理運(yùn)用。借此，下面就船舶主機(jī)常見故障的診斷技術(shù)展開分析探討。1船舶主機(jī)故障診斷機(jī)理故障是一種現(xiàn)象，可將之簡單地理解為非正常狀態(tài)，如果將船舶主機(jī)視作為一個(gè)系統(tǒng)

2、，那么當(dāng)這個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行與正常狀態(tài)發(fā)生偏離時(shí)，便可判斷系統(tǒng)出現(xiàn)故障問題。伴隨著故障的出現(xiàn)，船舶主機(jī)中的某個(gè)或是某些功能將會(huì)隨之失效。通常情況下，所有故障的發(fā)生都有特定的原因，找出這個(gè)誘發(fā)故障原因的過程，即故障診斷，是故障維修中不可或缺的關(guān)鍵技術(shù)之一。在船舶領(lǐng)域中，主機(jī)故障診斷是業(yè)內(nèi)專家學(xué)者研究的重點(diǎn)內(nèi)容，通過不斷研究，在診斷機(jī)理與方法等方面均取得顯著的成果，業(yè)內(nèi)對(duì)于船舶主機(jī)的故障診斷過程也達(dá)成共識(shí)，具體如圖1所示。船舶主機(jī)由多個(gè)部件組合而成，從整體結(jié)構(gòu)上看具有一定的復(fù)雜性，基于這一前提，想要對(duì)船舶主機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行全面監(jiān)測(cè)難度非常大，正因如此，使得船舶主機(jī)故障診斷的研究主要集中在如下幾個(gè)方面：活塞

3、氣缸、配氣系統(tǒng)以及燃油噴射系統(tǒng)。2船舶主機(jī)常見故障的診斷技術(shù)在對(duì)船舶主機(jī)的一些常見故障問題診斷時(shí)，為在確保診斷結(jié)果準(zhǔn)確的基礎(chǔ)上，提高診斷效率，可對(duì)相應(yīng)的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行應(yīng)用。下面以撫仙湖中的某船舶作為研究對(duì)象，該船舶設(shè)計(jì)持水量為20.4t，服務(wù)航速為9.72kn，最大載客量為250人，1臺(tái)主機(jī)，型號(hào)為6135acab3柴油機(jī)。該船舶主機(jī)的柴油機(jī)系統(tǒng)故障率相對(duì)較高，約為45%左右。下面針對(duì)柴油機(jī)設(shè)計(jì)開發(fā)的一套狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)。2.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)思路為對(duì)船舶主機(jī)的故障進(jìn)行快速診斷，需要對(duì)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，基于這一前提對(duì)診斷系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)開發(fā)。整個(gè)系統(tǒng)包括兩個(gè)部分，即硬件和軟件。系統(tǒng)硬件

4、的核心為傳感器，它能夠?qū)χ鳈C(jī)的相關(guān)熱力參數(shù)進(jìn)行采集，并將采集到的信號(hào)經(jīng)轉(zhuǎn)換后傳給工控機(jī)，以此來實(shí)現(xiàn)狀態(tài)顯示、超限報(bào)警等功能。系統(tǒng)軟件通過對(duì)特征參數(shù)的提取，依據(jù)相關(guān)的分析結(jié)果，對(duì)主機(jī)中的故障進(jìn)行準(zhǔn)確定位，借助bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，完成故障診斷。2.2系統(tǒng)硬件選型對(duì)于船舶主機(jī)而言，狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的重要前提，為對(duì)船舶主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，需要借助如下硬件設(shè)備：傳感器、采集卡以及工控機(jī)等等。當(dāng)船舶主機(jī)進(jìn)入到正常的工作狀態(tài)后，會(huì)產(chǎn)生出大量的信號(hào)，如壓力、溫度等等，利用相應(yīng)的傳感器可對(duì)這些信號(hào)進(jìn)行采集。傳感器采集到的信號(hào)經(jīng)過a/d轉(zhuǎn)換后，能夠直接傳送給工控機(jī)，通過軟件控制，便可對(duì)船舶的主機(jī)狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)

5、測(cè)。關(guān)鍵硬件的選型如下：2.2.1傳感器壓力傳感器。該傳感器主要負(fù)責(zé)對(duì)船舶主機(jī)的氣缸壓力進(jìn)行采集，通過多方面比較之后，最終決定選用國外某公司自主研發(fā)的一款壓力傳感器，型號(hào)為7613c。之所以選用這款傳感器，主要是因?yàn)樗軌蛟诔睗?、油污等較為惡劣的環(huán)境中，對(duì)燃燒室進(jìn)行長期測(cè)量。該傳感器的量程為0-250bar，靈敏度為20mv/bar。轉(zhuǎn)速傳感器。為對(duì)船舶主機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確測(cè)取，經(jīng)過比較后，最終選取國內(nèi)某公司生產(chǎn)的磁電式轉(zhuǎn)速傳感器，型號(hào)為szmb-5。該傳感器的輸出波形為近似正弦波，50r/min，測(cè)量范圍可以達(dá)到50-5000hz，輸出信號(hào)幅值50mv。2.2.2采集卡由于本次開發(fā)的系

6、統(tǒng)主要是對(duì)船舶主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)相關(guān)的故障進(jìn)行診斷。所以，在數(shù)據(jù)采集卡的選擇上，并沒有過高的要求。只要保證性價(jià)比高，運(yùn)行穩(wěn)定即可。經(jīng)過比較之后，最終決定選用國內(nèi)某公司研制開發(fā)的isa系列數(shù)據(jù)采集卡，型號(hào)為ac1558和ac1810。其中ac1558是低價(jià)位卡中具備a/d輸入模擬功能的采集卡，a/d與pc機(jī)相互隔離，運(yùn)行更加穩(wěn)定、可靠;ac1810具有12位isa總線，采樣率為100khz，支持同相位信號(hào)高速采集。2.2.3工控機(jī)船舶不可避免地會(huì)在振動(dòng)的環(huán)境中作業(yè)，針對(duì)這一情況，為確保工控機(jī)能夠始終保持穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)，必須保證診斷系統(tǒng)所選的工控機(jī)可以滿足船舶多振動(dòng)的作業(yè)要求

7、。經(jīng)過比較后，最終選取國內(nèi)某公司自主開發(fā)的工控機(jī)，型號(hào)為ipc-810a。這款工控機(jī)自帶防震壓條，能夠有效避免插卡振動(dòng)問題的發(fā)生。2.3系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)在對(duì)系統(tǒng)軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，采用當(dāng)前較為流行的模塊化思路，主要包括以下模塊：數(shù)據(jù)采集模塊、信號(hào)處理模塊、主機(jī)運(yùn)行模塊以及故障診斷模塊等。2.3.1數(shù)據(jù)采集模塊該模塊可以為系統(tǒng)提供如下功能：配置采集卡、顯示數(shù)據(jù)波形、采集過程控制、采集數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等。該模塊在采集頻率的選擇上，主要是以船舶主機(jī)的瞬時(shí)轉(zhuǎn)速、氣缸壓力信號(hào)的頻率作為依據(jù)。2.3.2信號(hào)處理模塊該模塊的作用是處理船舶主機(jī)瞬時(shí)轉(zhuǎn)速與氣缸壓力信號(hào)，具體包括信號(hào)提取、濾波以及平滑處理等。2.3.3主機(jī)

8、運(yùn)行模塊該模塊能夠?qū)Υ爸鳈C(jī)運(yùn)行狀態(tài)的關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)顯示，同時(shí)還能對(duì)熱力參數(shù)中的油溫、油壓、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行監(jiān)測(cè)與報(bào)警。2.3.4故障診斷模塊該模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，通過它可以實(shí)現(xiàn)對(duì)船舶主機(jī)常見故障問題的快速診斷。在對(duì)該模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)的過程中，引入bp神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，對(duì)matlab語言進(jìn)行調(diào)用，將labview（實(shí)驗(yàn)室虛擬儀器工作平臺(tái)）作為activex自動(dòng)化控制器，同時(shí)將matlab作為自動(dòng)化服務(wù)器。利用工作平臺(tái)與lab語言的結(jié)合，使整個(gè)系統(tǒng)的診斷能力得到大幅度提升，可以對(duì)船舶主機(jī)活塞氣缸中的磨損、活塞環(huán)斷裂;配氣系統(tǒng)中的氣門漏氣、間隙異常;燃油噴射系統(tǒng)中的燃燒提前、霧化燃燒不良、失火等常見故障進(jìn)行快速、準(zhǔn)確地診斷。3結(jié)論綜上所述，船舶作為水上交通工具，其運(yùn)行是否穩(wěn)定，與主機(jī)具有較為密切的關(guān)聯(lián)。若是主機(jī)頻繁發(fā)生故障，則會(huì)嚴(yán)重影響船舶的正常使用。鑒于此，應(yīng)當(dāng)針對(duì)船舶主機(jī)常見的故障問題，開發(fā)設(shè)計(jì)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷系統(tǒng)，借助該系統(tǒng)對(duì)主機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)參數(shù)進(jìn)行采集，通過數(shù)據(jù)分析，完成故障診斷。參考文獻(xiàn)1楊強(qiáng)，閆城，陳峰.船舶主機(jī)氣動(dòng)操縱系統(tǒng)常見故障與措施方法探討j.內(nèi)燃機(jī)與配件，2020（6）：151-152.2孫月發(fā)，張敬平，張旭東.振動(dòng)信號(hào)分析技術(shù)在船舶主機(jī)故障診斷中的