柴油机可靠性试验研究概述

柴油机可靠性试验研究概述

尹光跃 ,黎磊

广西玉柴机器股份有限公司  广西玉林市  537005

广西玉柴机器专卖发展有限公司广西玉林市  537005

摘要：柴油机作为汽车、工程机械、船舶和电站机组的动力来源，在国民经济中占有重要地位。随着科技水平的迅猛发展，客户多元化需求的日益增多，柴油机日趋复杂，容量参数不断提高，工作环境条件更加苛刻；这使得柴油机朝着大型化、智能化和精密化方向发展。可靠性是衡量产品质量的重要指标，是保证柴油机正常使用的重要技术；可靠性低下的柴油机将直接影响整车的性能，并可能威胁到用户的生命安全，带来较大的经济损失，因此有必要对柴油机进行可靠性研究。

关键词：柴油机；可靠性；改善措施 

长期以来，在船用柴油机研发流程中，可靠性和质量各自按照固有的标准体系实施，交集很少，关联度不高。传统的船用柴油机可靠性需求识别和要求的提出通常借鉴已有型号，较少从船舶动力装置用户的实际需求出发，导致船用柴油机可靠性需求识别不准确; 而且船用柴油机的研发设计链较长，涉及的上下游单位和接口较多，在需求传递过程中信息有偏差，导致用户真正的可靠性需求无法得到有效识别、验证和跟踪管理。同时，由于船用柴油机作为船舶的核心部件，其技术的发展一直受到各国船舶设计、船舶制造、航运及海军的普遍重视。其发展理念发展已从20世纪80年代以节能为主要目标，转向经济性与可靠性并重。现在，以性能优化及结构可靠为主要指标的技术参数已然得到了稳步提升。

一、可靠性的意义

柴油机可靠性试验是通过规定的工况进行耐久试验，来验证和评价产品的设计质量和制造质量，为优化设计及质量提高提供依据，最终使柴油机达到可靠性目标的开发过程。柴机油可靠性试验通常分为台架可靠性试验、道路可靠性试验及用户可靠性试验，而台架可靠性试验验证是否科学充分则直接关系到产品的可靠性水平。可靠性是产品竞争力的关键要素之一，影响柴油机产品竞争力的重要因素有动力性、经济性、可靠性、排放指标及成本价格等。从整车用户角度而言，在关注动力性与经济性的同时，更加关注产品的可靠性，缺乏可靠性保证的产品即便动力性与经济性再好也没有竞争力可言，中国汽车工业高速发展的

今天，可靠性水平已经成为产品竞争力的基本要素和关键要素。

二、船用柴油机故障特征

在船舶动力系统中，柴油机工作状态十分恶劣，长期处在高温、高压、强振动、高腐蚀、应力集中下运转，容易发生磨损、断裂、烧毁、碎裂，以及漏油、漏水、漏气、脏污、堵塞等故障。由此可知，船用柴油机是船舶机电设备中故障率最高的机械之一。

船用柴油机故障是发生率最高的部位，主要集中于主机活塞、缸套、气阀、喷油器这些燃烧室周围的部件和废气涡轮增压器等部件，是发生磨损、断裂、烧毁、碎裂，以及漏油、漏水、漏气、脏污、堵塞的主要部件。船舶柴油发电机组也有类似故障，事故率也比较高。在所有故障类型中，除磨损外，还有疲劳、老化、变形、剥落、破损、断裂等故障类型。

管路系统中以润滑和冷却管理系统的故障率最高，而且这两个系统的故障会直接引发柴油机的较大事故，所以，在船用柴油机设计中，要注意提高这两个系统的使用可靠性，在日常使用检查和维护中，也应对润滑油和冷却水的温度和压力的变化实施有力的监控措施。由于柴油机是往复式热力发动机，所以其结构的复杂和工作条件恶劣，也是船舶机电设备中影响船舶安全航行的最大因素”，因此搞好柴油机的维护保养、自动监控十分重要。

三、提高船用柴油机可靠性的途径

1、预防及缓解船用柴油机故障出现的技术措施为了保障船用柴油机的安全运行，积极开展了船用柴油机状态监测和故障诊断技术的研究，以便实时地、动态地获取船用柴油机的各种信息，分析其运行状态、诊断潜在故障并预测发展趋势，预防船用柴油机故障的发生，以提高其可靠性。船用柴油机状态监测和故障诊断技术的研究涉及力学、振动、摩擦学、传热传质学、热工测试、数据采集、信息论、系统论、计算机技术、模糊数学和人工智能等多学科，并在其交叉点上生长新兴的研究领域，是与当代前沿科学密切相关的高新技术。近年来，随着船用柴油机技术的发展，柴油机单机功率得以显著提高，为现代船用柴油机技术发展，预防和避免事故发生，提高动力装置的可靠性打开了新的空间。主要体现在以下方面：(1)由定时维修向按需维修为主发展；(2)船用柴油机开始向智能化方向发展；(3)结合现代计算机技术和网络技术，积极研发船舶动力机械的远程故障诊断中心，该中心将拥有各种先进的机械状态监测手段和强大的数据处理能力。利用这样的船舶远程诊断系统，可实现对航行中船舶提供实时的主要机械设备的远程诊断。但是，对于现代船用柴油机的可靠性问题，还是需要加以重视，采取有力的措施和途径去提高船用柴油机的可靠性。

2、提高船用柴油机可靠性的途径。船舶是在江河和海洋环境下完成运输或作战任务的大型装备，和其他一般工业设备相比，其工作条件具有营运工况复杂、工作参数变化大、远离陆地技术支持弱；而维修保养的机电设备种类多、要求高。所以，相对于一般工业设备或系统，人们对船用柴油机提出了更高的可靠性要求和更完善的可靠性措施。对其可靠性的提升要从以下方面去落实：(1)设计阶段的可靠性，这是船用柴油机可靠性的基本保证；(2)制造阶段的可靠性，包括材料质量、加工精度等；(3)安装工艺的可靠性，包括合理的配合间隙、预紧力、找正等；(4)设备管理的可靠性，包括按正确的操作规程操作设备，并保证设备的工作条件和环境，及时保养、维修等。提高船用柴油机可靠性的重要途径，为了提高船用柴油机系统的性能，需要通过提高组成系统的每个设备和零部件的可靠度来达到。可靠度的分配是可靠性设计的核心。其原则是：(1)根据设计任务书的要求，按重要程度分配可靠度；(2)按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度；(3)按复杂程度分配可靠度；(4)按相对故障率分配可靠度。为了使设计时能充分地预测和预防故障，把更多的失效经验设计到产品中，因而必须帮助轮机工程设计人员掌握充分的故障情报资料和设计依据。可采取以下措施：(1)可靠性检查表，从可靠性观点出发，列出设计中应考虑的重点；(2)推行失效模式影响分析(FMEA)和故障树分析(FTA)方法；(3)可把过去技术上的失败和改进的事例编制成故障案，对故障的原因、情况进行分析说明，供轮机工程设计人员参考借鉴；(4)建立故障数据库，广泛有效地收集设计、制造中的失败和改进经验，试验和实际用的数据形成检索系统和数据库，使设计者能超越本设计单位，充分利用别人实践过的经验；(5)不断充实、改进设计和试验规范，将使用实际中得来的故障教训及时反馈到设计、试验方法的改进中。

在当前各类新型动力装置此起彼伏层出不穷的技术背景下，柴油机以其高效、成熟、完善的技术特点在船舶动力装置领域内依然有着较好的应用前景。就以其他类型的动力装置而言，燃气轮机多用于舰艇及高性能船舶；而以蓄电池及燃料电池作为动力来源的新能源船舶尽管有着绿色环保的技术优势，但就其功率密度、续航里程及技术成熟度而言，依然有着进一步研究的技术潜力，目前仍未得以广泛应用；相较前三者，技术较为成熟的汽轮机多与核动力装置相匹配，可用于驱动军用舰艇，但在民用商船领域依然无法撼动柴油机的统治性地位。由此可见，船用柴油机在未来较长的一段时期内依然大有可为。由于船舶在其使用期限内的大部分时间均处于远离陆地的状态。因此，不同于应用于工程机械、农业机械及发电等领域的柴油机，船用柴油机对于整机可靠性的要求更为严苛，需时刻确保其处于正常运作的状态。

参考文献：

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