內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)行故障分析及處理方法研究

內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)行故障分析及處理方法研究摘要隨著我國(guó)鐵路運(yùn)輸事業(yè)的高速發(fā)展，對(duì)內(nèi)燃機(jī)車在日常維護(hù)、故障診斷和故障預(yù)測(cè)方面等方面提出了更高的要求，內(nèi)燃機(jī)作為一種重要的力量，為鐵路運(yùn)輸，發(fā)揮著越來(lái)越重要的作用，尤其重要的是操作的連續(xù)監(jiān)測(cè)和科學(xué)維護(hù)。與其他柴油機(jī)相比，它具有明顯的優(yōu)勢(shì)，效率高，輸出功率大，長(zhǎng)期運(yùn)行可靠，因此，被廣泛應(yīng)用于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)鐵路推進(jìn)。同時(shí)，鐵路機(jī)車系統(tǒng)是非常大的，例如，帶渦輪增壓系統(tǒng)的柴油發(fā)動(dòng)機(jī)是非常復(fù)雜和其他輔助單位。這些復(fù)雜的子系統(tǒng)，使機(jī)車故障診斷變得更加困難，只能通過(guò)簡(jiǎn)單的分析操作參數(shù)（例如，排氣溫度，示功圖），很難準(zhǔn)確預(yù)測(cè)可能造成的危害，因?yàn)楹芏嘣驎?huì)導(dǎo)致同樣的故障現(xiàn)象。鑒于此，在柴油機(jī)的故障分析的工程人員，根據(jù)柴油機(jī)運(yùn)行參數(shù)的需要。，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際及工作經(jīng)驗(yàn)做出綜合分析判斷。關(guān)鍵詞：內(nèi)燃機(jī)；柴油機(jī)；運(yùn)行故障；處理方法AbstractWiththerapiddevelopmentofChina'srailwayindustry,putforwardhigherrequirementsonthediesellocomotiveinthedailymaintenance,faultdiagnosisandforecastingetc.,internalcombustionengineasanimportantforceforrailwaytransportation,isplayinganincreasinglyimportantrole,isparticularlyimportantfortheoperationofcontinuousmonitoringandsciencemaintenanceis.Comparedwithotherdieselengine,ithasobviousadvantages,highefficiency,highpoweroutput,long-termreliableoperation,therefore,dieselenginesarewidelyusedinrailwaypropulsion.Atthesametime,thesystemofrailwaylocomotiveisverylarge,forexample,thedieselenginewithturbochargersystemisverycomplexandotherauxiliaryunits.Thesecomplexsubsystemmakesthefaultdiagnosisoflocomotivebecomesmoredifficult,onlythroughsimpleanalysisofoperatingparameters(e.g.,exhausttemperature,indicatordiagram),itisdifficulttoaccuratelypredictthepossibleharm,becausemanyfaultreasonswillleadtothesamefaultphenomenon.Inviewofthis,theengineeringpersonnelinthefaultanalysisofdieselengine,basedontheneedofdieselenginerunningparameters,combiningwiththeactualworkexperienceandmakecomprehensiveanalysisandjudgment..Keywords:Internalcombustionengine;dieselengine;faultprocessingmethod;

目錄摘要 1前言 41內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)行故障分析 41.1內(nèi)燃機(jī)車常見(jiàn)的故障類型及其成因分析 41.1.1內(nèi)燃機(jī)車故障的原因分析 41.1.2內(nèi)燃機(jī)車常見(jiàn)的故障類型介紹 41.2柴油機(jī)故障分析 61.2.1柴油機(jī)的結(jié)構(gòu) 61.2.2柴油機(jī)常見(jiàn)故障原因分析 62基于統(tǒng)計(jì)法和梯度值的故障診斷系統(tǒng)的分析應(yīng)用 72.1統(tǒng)計(jì)法和梯度值簡(jiǎn)介 82.1.1統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)介 82.1.2元素濃度變化梯度值及其在內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用 82.2利用統(tǒng)計(jì)法和梯度值對(duì)內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行故障診斷的執(zhí)行步驟 92.2.1樣本數(shù)據(jù)的收集與整理 92.2.2利用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行各個(gè)特征參數(shù)濃度和梯度界限值的計(jì)算 102.2.3利用實(shí)際的故障案例對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行測(cè)試及分析 112.2.4建模測(cè)試結(jié)果與實(shí)際診斷結(jié)果的對(duì)照 133基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷的分析 143.1人工神將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介 143.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用機(jī)理 153.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于故障診斷的執(zhí)行步驟 15結(jié)論 18參考文獻(xiàn) 19

前言隨著現(xiàn)代工業(yè)的迅速發(fā)展，能源危機(jī)逐漸加劇，安全操作，機(jī)械設(shè)備效率高，能耗低，環(huán)境保護(hù)等方面提出了更高的要求。在機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中，由于摩擦副之間的相互作用，不僅加快了機(jī)械設(shè)備本身的磨損，造成機(jī)械部件的損壞，而且還將大量的無(wú)用能量消耗有價(jià)值的形式。柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的事故，由材料疲勞引起的事故是最危險(xiǎn)的，根據(jù)時(shí)間，可分為以下三類：1內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)運(yùn)行故障分析1.1內(nèi)燃機(jī)車常見(jiàn)的故障類型及其成因分析1.1.1內(nèi)燃機(jī)車故障的原因分析內(nèi)燃機(jī)車發(fā)生磨損故障的原因主要有以下幾類：（l）潤(rùn)滑系統(tǒng)故障造成整個(gè)發(fā)動(dòng)機(jī)潤(rùn)滑不良汽車零部件；（2）相互作用的質(zhì)量差的摩擦材料，如粗糙度，硬度和抗磨處理不符合標(biāo)準(zhǔn)，活塞表面是不標(biāo)準(zhǔn)的，將導(dǎo)致過(guò)度磨損的零件；（3）制造工藝和裝配質(zhì)量不理想，如剛度不停缸輪缸，使缸的輪廓和活塞的變形和不好，造成的異常磨損，在新機(jī)組裝和修復(fù)后的舊機(jī)裝配，因?yàn)閷W(xué)校的體育設(shè)施是不準(zhǔn)確的，由于在氣缸活塞磨損故障。（4）異常磨損惡化由內(nèi)燃機(jī)工況引起的：如內(nèi)燃機(jī)密封，可能導(dǎo)致一些硬度較大的粒子在環(huán)境為柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，造成的磨損；酸性氣體燃料燃燒的水結(jié)合形成酸性腐蝕，腐蝕零件；異常交變載荷的磨損故障，內(nèi)燃機(jī)等局部高溫會(huì)使內(nèi)燃機(jī)配件，將促進(jìn)磨料磨損，腐蝕磨損，表面疲勞磨損和粘著磨損失效的現(xiàn)象，與正常的特點(diǎn)由于零件的破壞。1.1.2內(nèi)燃機(jī)車常見(jiàn)的故障類型介紹(l)氣缸與活塞之間的故障①活塞、活塞環(huán)及氣缸之間的間隙故障。裝配柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的可能，因?yàn)橐恍┰颍@LED的差距之間的汽缸和活塞是達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)，差距太大，會(huì)增加側(cè)推動(dòng)活塞，他們之間的加速磨損，同時(shí)，在氣體泄漏燃燒室的高溫高壓氣體將發(fā)生，間隙太小，會(huì)造成內(nèi)部時(shí)滯氣缸活塞環(huán)，活塞環(huán)與氣缸之間的磨損嚴(yán)重。②活塞、活塞環(huán)及氣缸之間的偏磨故障。在機(jī)車柴油機(jī)裝配和維修過(guò)程中，如果活塞和氣缸的中心線不重合，不對(duì)齊或中心線，在這種情況下，會(huì)有部分磨損之間的氣缸，活塞，活塞環(huán)，活塞頭部偏轉(zhuǎn)失敗，異常磨損嚴(yán)重。③拉缸及咬缸故障。在柴油機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，如果沒(méi)有之間的活塞和氣缸或活塞環(huán)與氣缸形成油膜厚度不夠，導(dǎo)致在三摩擦表面直接接觸，干摩擦，在快速運(yùn)動(dòng)過(guò)程中產(chǎn)生的熱量，導(dǎo)致焊接現(xiàn)象摩擦表面材料，摩擦副運(yùn)動(dòng)，焊接配件和撕裂，在對(duì)現(xiàn)象的另一個(gè)部分的材料轉(zhuǎn)移的一部分出現(xiàn)的，隨著進(jìn)一步的發(fā)展，大面積在摩擦副之間形成的粘連會(huì)繼續(xù)發(fā)展，會(huì)咬缸事故。④活塞環(huán)磨損故障。工作環(huán)境比較惡劣的活塞環(huán)，由于高溫和從氣缸活塞磨損的壓力和沖擊，其受力復(fù)雜，所以它是一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的組件故障柴油機(jī)的活塞環(huán)，常見(jiàn)故障類型主要包括活塞環(huán)變形，活塞環(huán)和活塞環(huán)折斷，槽內(nèi)滯環(huán)在活塞變形，造成嚴(yán)重事故。(2)凸輪和挺桿之間的異常磨損常見(jiàn)的有以下兩種磨損：①凸輪挺桿之間的粘著磨損(磨損機(jī)理與活塞氣缸類似)②表面疲勞磨損。根據(jù)凸輪與挺桿的運(yùn)作機(jī)制，兩已在負(fù)載頻繁變化的影響，在力的作用下的循環(huán)應(yīng)力，表面會(huì)出現(xiàn)一些裂縫，隨著裂縫的進(jìn)一步發(fā)展時(shí)，點(diǎn)蝕，表面層的磨損，凸輪與挺柱之間，導(dǎo)致內(nèi)燃機(jī)不能是正常的氣體分布，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)。（3）柴油機(jī)車故障退化和潤(rùn)滑油的添加劑造成的損失內(nèi)燃機(jī)工作環(huán)境復(fù)雜，條件苛刻，潤(rùn)滑油與空氣在高溫時(shí)，會(huì)有一系列的反應(yīng)，包括氧化，硝化和固化反應(yīng)，這些反應(yīng)在機(jī)油變質(zhì)，失去潤(rùn)滑的同時(shí)，也會(huì)產(chǎn)生一種膜，如粘土和硫酸鹽等雜質(zhì)，并使油進(jìn)一步惡化，潤(rùn)滑性能同時(shí)，在內(nèi)燃機(jī)車的運(yùn)行過(guò)程中，潤(rùn)滑油中的各種添加元素如Ca、P、Zn等，也會(huì)逐漸的被損耗掉，使?jié)櫥偷目寡趸鼓ツ芰?，?rùn)滑油會(huì)導(dǎo)致潤(rùn)滑系統(tǒng)崩潰故障的惡化，造成內(nèi)燃機(jī)磨損較嚴(yán)重的部件。1.2柴油機(jī)故障分析1.2.1柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)四沖程柴油機(jī)主要由八大部分組成，通過(guò)這些機(jī)構(gòu)的協(xié)調(diào)動(dòng)作，周而復(fù)始的系統(tǒng)和列車運(yùn)動(dòng)，源源不斷地提供動(dòng)力。（1）：本體組件包括機(jī)體，包括機(jī)體、氣虹蓋、氣趕套等，它是柴油機(jī)的安裝基礎(chǔ)和骨架系統(tǒng)的所有部分。（2）：曲軸活塞連桿組和曲軸飛輪組等，是柴油機(jī)能量轉(zhuǎn)換的關(guān)鍵部件。（3）：主要由齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，保證柴油機(jī)協(xié)調(diào)系統(tǒng)。（4）配氣機(jī)構(gòu)，進(jìn)排氣系統(tǒng)：主要由凸輪軸，閥，驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)，渦輪增壓器和過(guò)濾器，進(jìn)排氣管，等，以控制進(jìn)氣，排氣閥的開啟和關(guān)閉，完成交換過(guò)程。(5)燃油系統(tǒng)：由噴油栗、噴油器、輸油栗、燃油濾清器以及調(diào)速器等組成，它將燃料，好定時(shí)定量霧化噴入燃燒室。(6)潤(rùn)滑系統(tǒng)：由潤(rùn)滑油道、滑油栗、潤(rùn)滑油濾清器、潤(rùn)滑油冷卻器和一些閥門等組成，是潤(rùn)滑油在柴油機(jī)運(yùn)動(dòng)部件摩擦表面。（7）冷卻系統(tǒng)：由水蘇，換熱器，油冷卻器，空氣冷卻器、溫控器等，是對(duì)吸收受熱零部件熱部分布及時(shí)。（8）：起動(dòng)系統(tǒng)由起動(dòng)電機(jī)和輔助設(shè)備，是外部能量驅(qū)動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的使用，使柴油機(jī)實(shí)現(xiàn)第一次著火。1.2.2柴油機(jī)常見(jiàn)故障原因分析一臺(tái)柴油機(jī)是由許多零部件有機(jī)地組合在一起所構(gòu)成。如果一個(gè)系統(tǒng)的一部分被阻斷，原作的損失，甚至損壞但不工作；或工作不協(xié)調(diào)相關(guān)部分之間，柴油發(fā)動(dòng)機(jī)會(huì)產(chǎn)生異?，F(xiàn)象，即失敗。由于柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了使分析簡(jiǎn)單，在柴油發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)常見(jiàn)故障分析。(1)柴油機(jī)起動(dòng)困難或不能起動(dòng)原因分析如下（表1.1)表2.1柴油機(jī)起動(dòng)困難或不能起動(dòng)原因分析系統(tǒng)原因燃油系統(tǒng)燃油系統(tǒng)中有空氣；燃油管路堵塞；燃油濾清器堵塞；輸油菜不供油或斷續(xù)供油；噴油器噴孔堵塞；噴油器針閥卡死電起動(dòng)系統(tǒng)起動(dòng)系統(tǒng)接線錯(cuò)誤或接觸不良；蓄電池電力不足；起動(dòng)電機(jī)電刷與換向器沒(méi)有接觸或接觸不良曲柄連桿機(jī)構(gòu)活塞環(huán)或紅套過(guò)度磨損；壓縮比小配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)、排氣系統(tǒng)氣門漏氣；配氣相位不對(duì)；空氣濾清器堵塞(2)柴油機(jī)功率不足原因分析如下（表1.2)表1.2柴油機(jī)功率不足原因分析系統(tǒng)原因燃油系統(tǒng)燃油管路進(jìn)入空氣或堵塞；燃油濾清器堵塞；噴油栗供油不足；噴油器霧化不良或噴油壓力低；噴油提前角不正確配氣機(jī)構(gòu)與進(jìn)、排氣系統(tǒng)空氣濾清器堵塞；氣門漏氣；配氣相位不對(duì)；氣門間隙不正確；排氣管積炭堵塞；壓氣機(jī)、禍輪的進(jìn)氣管路堵塞或漏氣曲柄連桿機(jī)構(gòu)氣紅蓋大螺柱螺帽松動(dòng)；連桿軸瓦與連桿軸頸表面咬毛(3)柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)原因分析如下（表1.3)表1.3柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)不穩(wěn)原因分析系統(tǒng)原因燃油系統(tǒng)各分粟供油不均勻；柱塞彈黃或出油閥彈賛斷裂；調(diào)節(jié)齒桿或油門拉桿移動(dòng)不靈活；燃油系統(tǒng)中有空氣；飛鐵擺動(dòng)不靈活通過(guò)對(duì)柴油機(jī)常見(jiàn)故障的分析，柴油機(jī)故障原因涉及柴油機(jī)的各個(gè)機(jī)構(gòu)和系統(tǒng)。以上對(duì)故障原因的分析，對(duì)柴油機(jī)運(yùn)行故障的維護(hù)和處理有十分重要的作用。2基于統(tǒng)計(jì)法和梯度值的故障診斷系統(tǒng)的分析應(yīng)用在實(shí)際的內(nèi)燃機(jī)車運(yùn)行的過(guò)程中，柴油機(jī)車在正常操作條件下,穩(wěn)定增長(zhǎng)的理論濃度的各種磨損元素,在這種情況下,使用線性回歸方法是理想的,但是,在實(shí)踐中,機(jī)車運(yùn)行和維護(hù)仍處于規(guī)劃階段,內(nèi)燃機(jī)車每次運(yùn)行里程,必須進(jìn)行不同程度的修復(fù),小機(jī)車的小修,進(jìn)廠修理,在此過(guò)程中不同的修理、替換或補(bǔ)充潤(rùn)滑油,然后再次石油每個(gè)監(jiān)測(cè)元素的濃度低,第二,線性回歸分析還需要一個(gè)相對(duì)準(zhǔn)確的引擎走行里程,但由于各種原因,這個(gè)網(wǎng)站不能提供或提供公里不是很準(zhǔn)確的數(shù)量,它還帶來(lái)了持續(xù)的監(jiān)控的線性回歸,從而影響我們的元素濃度閾值的確定,監(jiān)測(cè)人員不能準(zhǔn)確地對(duì)機(jī)車故障診斷,針對(duì)這種情況,我們可以使用統(tǒng)計(jì)方法來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題。2.1統(tǒng)計(jì)法和梯度值簡(jiǎn)介2.1.1統(tǒng)計(jì)法簡(jiǎn)介所謂的統(tǒng)計(jì)法是指根據(jù)大量的實(shí)際監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，基于概率論和數(shù)理統(tǒng)計(jì)的原理，對(duì)每個(gè)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)計(jì)算標(biāo)準(zhǔn)限值。在這個(gè)過(guò)程中機(jī)車監(jiān)控和故障診斷，以確定各監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)值和梯度值屬于這類問(wèn)題的濃度極限。使用統(tǒng)計(jì)方法的監(jiān)測(cè)和故障診斷的原理：在機(jī)車運(yùn)行過(guò)程中，有一組樣本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)yi(i=1，2，…，n)，i表示監(jiān)測(cè)的次數(shù)，n表示總的監(jiān)測(cè)次數(shù)，平均數(shù)表示該組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的平均值，s表示該組數(shù)據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差，其表達(dá)式分別為：=（2.1）（2.2）令yj=+2s為該元素的警戒界限值，yy=+3s為該元素的異常界限值，由“小概率事件”理論可知：(l)當(dāng)新監(jiān)測(cè)值y落在y1=+2s線的下方時(shí)，即y<yj時(shí)，該元素的濃度值處于正常的界限范圍，該元素所反映的機(jī)車屬性是正常狀態(tài)；(2)當(dāng)新監(jiān)測(cè)值y落在y1=+2s和yy=+3s之間時(shí)，即yj<y<yy時(shí)，在預(yù)警值范圍的元素濃度值表示，機(jī)車的屬性是警覺(jué)的，那么你需要機(jī)車軌道密切監(jiān)測(cè)其運(yùn)行狀態(tài)，縮短油取樣和監(jiān)測(cè)周期，增加油的取樣和監(jiān)測(cè)點(diǎn)；(3)當(dāng)新監(jiān)測(cè)值y超過(guò)yy=+3s線時(shí)，即y>yy時(shí)，該元素值的濃度超出異常值的限制，特別是當(dāng)監(jiān)測(cè)超過(guò)3個(gè)連續(xù)的異常值超過(guò)閾值，表明元素的機(jī)車性能可能出現(xiàn)嚴(yán)重故障，應(yīng)立即向機(jī)車檢修車扣。2.1.2元素濃度變化梯度值及其在內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用在機(jī)車監(jiān)控和故障診斷的實(shí)際過(guò)程，在某些時(shí)候，當(dāng)機(jī)車異常磨損部分，每個(gè)元素本身的濃度不得超過(guò)相應(yīng)的限值，但如果相鄰兩監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的變化范圍是比較大的，一個(gè)門的梯度值也高，也可能發(fā)生的機(jī)車故障，這個(gè)時(shí)候如果考慮濃度和梯度兩方面，機(jī)車及時(shí)維修，避免重大事故和經(jīng)濟(jì)損失的發(fā)生，促進(jìn)作用的故障預(yù)測(cè)。所謂一個(gè)元素濃度梯度值在機(jī)車的運(yùn)行過(guò)程中，機(jī)車運(yùn)行單位時(shí)間每公里（或百萬(wàn)公里）當(dāng)元素濃度的變化。在機(jī)車柴油機(jī)的實(shí)際操作過(guò)程，設(shè)有一組某元素的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)xi(i=1，2，…，n)，i表示監(jiān)測(cè)的次數(shù)，n表示總的監(jiān)測(cè)次數(shù)，求出本組監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的濃度梯度，由梯度值的定義可知，相鄰兩次監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的梯度值為：ti=(xi+1-xi)/Δl(i=1，2，…，n)（2.3）其中△l表示相鄰兩次監(jiān)測(cè)之間機(jī)車所走行過(guò)的公里數(shù)，然后利用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算出機(jī)車值和邊界值的異常預(yù)警限元素濃度梯度，如下公式2.6、公式2.7所示：梯度平均值：=（2.4）梯度值標(biāo)準(zhǔn)偏差：（2.5）梯度警戒值的界限值：tj=+2s（2.6）梯度異常值的界限值：ty=+3s（2.7）判斷方法也與各元素濃度界限值的判斷相同。2.2利用統(tǒng)計(jì)法和梯度值對(duì)內(nèi)燃機(jī)車進(jìn)行故障診斷的執(zhí)行步驟以西寧機(jī)務(wù)段4D-3125機(jī)車的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)為建模基礎(chǔ)，已知有以下一組原子光譜監(jiān)測(cè)的數(shù)據(jù)，通過(guò)計(jì)算和建模軟件的幫助，其主要步驟如下：2.2.1樣本數(shù)據(jù)的收集與整理統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)樣本的采集比線性回歸比較簡(jiǎn)單，主要是主要的監(jiān)測(cè)項(xiàng)目收集每個(gè)運(yùn)行比較正常的機(jī)車數(shù)據(jù)，表2.1為東風(fēng)4D·3125內(nèi)燃機(jī)車的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：表2.1東風(fēng)4D-3125樣本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)2.2.2利用統(tǒng)計(jì)法進(jìn)行各個(gè)特征參數(shù)濃度和梯度界限值的計(jì)算利用MATLAB軟件進(jìn)行該組樣本數(shù)據(jù)的濃度、梯度的標(biāo)準(zhǔn)值、警戒值和異常值的界限值進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算原理如上面所述，主要的程序代碼見(jiàn)附錄A，計(jì)算結(jié)果匯總?cè)绫?.2、表2.3所示：表2.2樣本數(shù)據(jù)各元素梯度值(單位：即PPM/萬(wàn)公里)表2.3各元素濃度及濃度變化梯度值的相關(guān)界限值(濃度單位：PPM/萬(wàn)公里)有各種各樣的元素濃度和梯度閾值判斷標(biāo)準(zhǔn)以上的計(jì)算，我們可以對(duì)元素濃度梯度的東風(fēng)4D系列機(jī)車和確定是否過(guò)度，并將決定合并的結(jié)果，根據(jù)對(duì)機(jī)車柴油機(jī)故障診斷的東風(fēng)4型機(jī)車柴油機(jī)常見(jiàn)故障的標(biāo)準(zhǔn)。2.2.3利用實(shí)際的故障案例對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行測(cè)試及分析(1)東風(fēng)4D-3125型內(nèi)燃機(jī)車故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的整理表2.4前的4d-3125機(jī)車故障監(jiān)測(cè)的幾組數(shù)據(jù)，利用各種監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)在計(jì)算濃度和梯度界限值的分析這組數(shù)據(jù)，利用診斷結(jié)果的理論和實(shí)際的案例維護(hù)檢修進(jìn)行了比較，驗(yàn)證了有效性的統(tǒng)計(jì)方法在機(jī)車故障監(jiān)測(cè)與診斷：表2.44B-3025機(jī)車連續(xù)六次的原子光譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)(2)對(duì)應(yīng)的濃度梯度變化值的計(jì)算，如表2.5所示表2.54B-3025機(jī)車連續(xù)六次的原子光譜監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)梯度值(單位：PPM/萬(wàn)公里)(3)故障數(shù)據(jù)分析①1號(hào)油樣。對(duì)于1號(hào)油樣，我們可以看到，五種監(jiān)測(cè)元素的值和梯度值的濃度遠(yuǎn)小于其診斷價(jià)值的限制，指示機(jī)車良好的操作條件。②2號(hào)油樣。濃度：各監(jiān)測(cè)元素濃度均未超過(guò)警戒值，，車輛運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)1-2好的元素的值之間的梯度可以看出：各元素之間的2值的梯度小于預(yù)警值的閾值的統(tǒng)計(jì)值，指示在監(jiān)測(cè)元素濃度的變化相對(duì)穩(wěn)定，運(yùn)行良好的工作條件。③3號(hào)油樣。濃度：在3號(hào)油樣的濃度監(jiān)測(cè)中，Cu、Fe、Pb的濃度均未超過(guò)其所對(duì)應(yīng)的警戒值，而Al的濃度為19.7，已經(jīng)超過(guò)了16.88的警戒值的邊界，但小于其異常的閾值21.53值，它是預(yù)警值范圍和閾值異常值之間的濃度值，鉻的濃度為3.7，超過(guò)了3.16的警戒值的邊界，表明內(nèi)部燃燒發(fā)動(dòng)機(jī)部件可能異常磨損的發(fā)生，但因?yàn)槠渌氐臐舛仁钦５?，所以不能確定是否有機(jī)車異常磨損。此時(shí)應(yīng)密切監(jiān)測(cè)到機(jī)車，增多采油位置點(diǎn)，縮短采油監(jiān)測(cè)周期。④4號(hào)油樣。濃度：在油樣監(jiān)測(cè)，Cr元素的濃度可以看出繼續(xù)快速增長(zhǎng)，達(dá)到4.3，超過(guò)3.86的鐵元素的異常值，也有了較大幅度的提高，但也不會(huì)超過(guò)預(yù)警值的閾值，和Al元素繼續(xù)增長(zhǎng)，達(dá)到28.8，有超過(guò)了異常值的閾值的變化，鉛，銅的兩因素仍然是相對(duì)穩(wěn)定的，不超過(guò)各自的警戒值的范圍。3-4之間的梯度：從濃度梯度值的變化，變化的發(fā)展趨勢(shì)和元素梯度濃度變化趨勢(shì)基本上是相同的，我們可以看到，F(xiàn)e，Al的變化，梯度值已超過(guò)各自的梯度警戒值的界限，鐵是29.8，超過(guò)了27.3的警戒值極限值，鋁的梯度變化更為明顯，達(dá)到8.8，超過(guò)7.51的梯度異常的極限值，而且鉛的變化，銅的兩元素還比較穩(wěn)定，基本上肯定是某一部分的故障，為機(jī)務(wù)段監(jiān)控人員給予更密切的監(jiān)測(cè)，進(jìn)一步縮短監(jiān)測(cè)周期。⑤5號(hào)油樣。油樣監(jiān)測(cè)中，Cr元素濃度為5.6，有超過(guò)3.86種元素的異常值的邊界，鐵的濃度為104.9，超過(guò)103.85的異常值，和Al元素的濃度不斷增加，達(dá)到35.3，超過(guò)極限值異常21.53，Pb，Cu元素往往是相對(duì)緩慢的增長(zhǎng)，穩(wěn)定增長(zhǎng)。4-5的梯度：Cr、Fe、AI的梯度變化值均超出了各自對(duì)應(yīng)的梯度異常值的界限值，Pb、Cu的梯度增長(zhǎng)均在正常范圍內(nèi)。綜合這5次油樣的分析情況，可以得出以下結(jié)論：從油樣1到5個(gè)油樣，Cr，F(xiàn)e的發(fā)展過(guò)程中，AI和元素濃度梯度的生長(zhǎng)逐漸增加，而Pb，C：相對(duì)穩(wěn)定的增長(zhǎng)因素，據(jù)資料統(tǒng)計(jì)和故障4B內(nèi)燃機(jī)車應(yīng)異常磨損失效活塞缸之間的標(biāo)準(zhǔn)，分析結(jié)果如表2.6所示：表2.6利用回歸分析對(duì)21號(hào)至25油樣的分析結(jié)果匯總同時(shí)，結(jié)合了鐵譜監(jiān)測(cè)技術(shù)進(jìn)行診斷，利用分析式鐵譜儀對(duì)5號(hào)油樣監(jiān)測(cè)時(shí)所拍攝的鐵譜譜片進(jìn)行進(jìn)一步的詳細(xì)的分析觀察，如圖2.1所示，圖2.2所示。從圖2.1中我們可以看到，有很多白色的譜片金屬碎片，應(yīng)該是鋁金屬磨料，表面粗糙，有大量的金屬磨損，輪廓不規(guī)則，并有不同程度的回火色，應(yīng)該粘著磨損顆粒，同時(shí)也有一些黑色的金屬氧化物，應(yīng)該是鐵的氧化物產(chǎn)生的高溫部件的初步的情況下干摩擦引起的混合，可能發(fā)生的機(jī)車故障缸。圖2.14D-3125機(jī)車鐵譜分析譜片1圖2.24D-3125機(jī)車鐵譜分析譜片22.2.4建模測(cè)試結(jié)果與實(shí)際診斷結(jié)果的對(duì)照實(shí)際的拆修診斷結(jié)果：根據(jù)故障診斷預(yù)測(cè)和監(jiān)測(cè)人員，返廠維修人員對(duì)該車進(jìn)行車扣大修，發(fā)現(xiàn)左，第六缸發(fā)生粘著磨損嚴(yán)重的現(xiàn)象，發(fā)生拉缸現(xiàn)象：沿縱向條紋穿在氣缸活塞運(yùn)動(dòng)的內(nèi)墻出現(xiàn)，和妊娠紋的顏色是暗紅色的，活塞裙部，金屬絨絲狀，也有轉(zhuǎn)移之間的零件和材料的熔化現(xiàn)象。拉缸的活塞及氣缸的形貌特征如圖2.3、圖2.4所示：圖2.34D-3125內(nèi)燃機(jī)車?yán)滓院蟮幕钊卣鲌D2.44D-3125內(nèi)燃機(jī)車?yán)滓院蟮臍飧滋卣?基于人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷的分析3.1人工神將網(wǎng)絡(luò)技術(shù)簡(jiǎn)介人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量簡(jiǎn)單的基本組成結(jié)構(gòu)（神經(jīng)元）相互連接，人腦神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)仿真是一個(gè)復(fù)雜的信息處理網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，它是模擬人腦信息處理和非線性相關(guān)的轉(zhuǎn)換是一個(gè)數(shù)學(xué)模型，反映了人類大腦的基本特點(diǎn)和功能，可以實(shí)現(xiàn)邏輯運(yùn)算和復(fù)雜的非線性映射，在工程中被廣泛應(yīng)用，被稱為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)勢(shì)和特點(diǎn)：（1）容錯(cuò)能力強(qiáng)：神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)是由大量神經(jīng)元的復(fù)雜連接，整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的性能是不局限于單個(gè)神經(jīng)元，而且所有的神經(jīng)元之間的連接，即單個(gè)神經(jīng)元的損傷會(huì)影響神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)性能。（2）強(qiáng)大的非線性映射能力：大多數(shù)現(xiàn)實(shí)世界是非線性的，思維映射人類大腦也是非線性的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，由于人類大腦的運(yùn)作機(jī)制是非線性模擬。（3）有較強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力：通過(guò)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，對(duì)于輸入信號(hào)可以改變和處理，非線性系統(tǒng)也可以根據(jù)需要靈活改變，表現(xiàn)出很強(qiáng)的學(xué)習(xí)能力。3.2BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)在內(nèi)燃機(jī)車監(jiān)測(cè)與故障診斷中的應(yīng)用機(jī)理內(nèi)燃機(jī)車故障診斷的核心任務(wù)就是預(yù)測(cè)所有可能出現(xiàn)的潛在故障，在故障發(fā)生之前就采取一定的防范措施，確保安全，內(nèi)燃機(jī)的有效運(yùn)行。同時(shí)，也使機(jī)車故障的準(zhǔn)確診斷，不僅可能發(fā)生的故障診斷，也可以診斷機(jī)車故障發(fā)生故障的部位和嚴(yán)重程度，避免不準(zhǔn)確的預(yù)測(cè)和車站工作人員報(bào)告的出現(xiàn)，虛假報(bào)警故障現(xiàn)象，在最后故障診斷分析，實(shí)際上是一個(gè)模式識(shí)別問(wèn)題。因此，基于BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的監(jiān)控和故障診斷模型的建立，可以提供柴油機(jī)車故障特征的預(yù)警信號(hào)，及時(shí)安排相關(guān)人員消除故障隱患，為機(jī)車安全運(yùn)行和維護(hù)科學(xué)十分重要的經(jīng)濟(jì)意義。故障自診斷是一個(gè)模式識(shí)別問(wèn)題，必須先做一個(gè)簡(jiǎn)單的事物和現(xiàn)象的本質(zhì)的理解，通?？梢苑譃槎鄠€(gè)組件，相似但不完全相同的事物或個(gè)體類，人都有這樣的一類稱為圖案，每一一件事物或現(xiàn)象稱為模型的一個(gè)示例。柴油機(jī)車故障也屬于這一類的問(wèn)題，一方面可以分為幾大類，同類樣本相似，有一些共同的特點(diǎn)，不同類型的樣品不相類似。故障模式識(shí)別是從模式空間（如故障監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)）對(duì)會(huì)員類別（之間的故障類型空間映射）。樣本監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)于每一種故障類型相近或相似但不同，并針對(duì)不同類型的故障類型，相應(yīng)的狀態(tài)參數(shù)將是完全不同的。3.3BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用于故障診斷的執(zhí)行步驟(1)故障征兆參數(shù)的提?。褐饕翘崛∫恍┎裼蜋C(jī)車可以反映在監(jiān)測(cè)過(guò)程中各特性參數(shù)不同的故障類型，內(nèi)燃機(jī)，包括直讀鐵譜和原子光譜機(jī)車監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的磨損監(jiān)控使用能反映各種信息，監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)不同固結(jié)作為BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入向量，如以(xl，x2，…，xn)作為BP網(wǎng)絡(luò)的輸入。(2)對(duì)內(nèi)燃機(jī)車所監(jiān)測(cè)的各種故障類型進(jìn)行編碼。（3）基于[35]網(wǎng)絡(luò)的輸入和輸出參數(shù)的故障診斷系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。是確定網(wǎng)絡(luò)層與層的神經(jīng)元個(gè)數(shù)。輸入?yún)?shù)的數(shù)目需要在輸出層的神經(jīng)元的數(shù)量考慮；單位數(shù)量由故障類型的數(shù)量確定；隱含層一般設(shè)定為一個(gè)層，更復(fù)雜的問(wèn)題可以被設(shè)置為兩層或兩層以上，在選擇隱含層神經(jīng)元的數(shù)目沒(méi)有理論依據(jù)，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)確定的大小規(guī)模問(wèn)題，一般常見(jiàn)的近似公式有以下幾個(gè)：m=+a(3.1)m=(3.2)m=2n+1(3.3)其中m為隱含層節(jié)點(diǎn)數(shù)，n為輸入層節(jié)點(diǎn)數(shù)，l為輸出層節(jié)點(diǎn)數(shù)，a為1-10之間的常數(shù)。(4)訓(xùn)練樣本數(shù)的確定。一般來(lái)說(shuō)，作為樣本數(shù)據(jù)訓(xùn)練，訓(xùn)練結(jié)果能夠反映其內(nèi)在的規(guī)律，但當(dāng)一定數(shù)量的樣本數(shù)據(jù)，網(wǎng)絡(luò)的訓(xùn)練是很難提高。（5）確定培訓(xùn)人數(shù)。訓(xùn)練有素的網(wǎng)絡(luò)上的性能主要取決于一個(gè)已經(jīng)訓(xùn)練好的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的泛化能力，如果訓(xùn)練集誤差相對(duì)較小，對(duì)測(cè)試集的錯(cuò)誤，網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)訓(xùn)練過(guò)擬合和泛化能力較差。因此，在中間層神經(jīng)元個(gè)數(shù)是一定的，有訓(xùn)練的最佳數(shù)目。（6）在各種培訓(xùn)網(wǎng)絡(luò)培訓(xùn)：確定初始