基于油液檢測數(shù)據(jù)的內燃機故障分析模型及其計算

張　強，秦　珩，梁前超，李　雷

(1.海軍工程大學，湖北 武漢 430033；2.海軍訓練艦支隊 裝備部，遼寧 大連 116013)

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基于油液檢測數(shù)據(jù)的內燃機故障分析模型及其計算

張強1，秦珩2，梁前超1，李雷1

(1.海軍工程大學，湖北 武漢 430033；2.海軍訓練艦支隊 裝備部，遼寧 大連 116013)

摘要：研究將柴油機油液檢測的方法用于內燃機故障分析模型問題，解決了內燃機維修預報等難題，并取得了良好的故障分析效果。將油液檢測數(shù)據(jù)應用在內燃機可靠性的定性分析與可靠性模型定量計算等2個方面，分步驟地建立了內燃機油液監(jiān)測數(shù)據(jù)與可靠性之間的關系模型，并對模型的適用性及精度進行了計算。運用可靠性定性分析與定量評估方法兩方面所得出的結論，提出了裝備日常維護保養(yǎng)的合理化建議，對科學使用裝備具有重要的積極意義。

關鍵詞：柴油機；可靠性分析；油液檢測

目前，裝備可靠性分析作為質量工作的重要部分，是裝備研制、驗收和使用等各方關注的焦點。但受樣本量小、分析算法精度低和有效性較差等因素限制，可靠性分析很難用于統(tǒng)計分析實踐。本文不局限于傳統(tǒng)的可靠性分析方法，提出建立柴油機油液監(jiān)測數(shù)據(jù)與可靠性之間的關系模型分析柴油機可靠性，并對模型適用性及精度進行分析。結果顯示，該模型具有良好的適用性，并且滿足精度要求。

1某型柴油機油液數(shù)據(jù)分析

結合某艇試航驗收，對1#、2#、3#和4#柴油機的油液進行了N次監(jiān)測，針對4臺柴油機油液中出現(xiàn)的18種元素進行了方差分析，初步分析結果見表1。

表1　油液數(shù)據(jù)方差分析表

表1顯示自變量(柴油機)對結果(各元素含量)的影響具有統(tǒng)計學意義，說明柴油機之間的對比模型有效。其中，4種元素具有顯著性差異，分別是Cr、Cu、Na和Ca；14種元素無統(tǒng)計意義，分別是Fe、Pb、Sn、Al、Ni、Ag、Si、B、Mg、Ba、P、Zn、Mo和Ti。

2柴油機油液檢測數(shù)據(jù)與可靠性之間的關系模型

已知柴油機的油液檢測數(shù)據(jù)和故障情況數(shù)據(jù)[1](見圖1)，如何建立模型反映兩者之間的關系是可靠性分析方法的重點。

圖1　柴油機故障次數(shù)直方圖

運用多項式擬合的方法，擬合油液檢測數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)之間的關系。設有n組數(shù)據(jù)(x1,k1),(x2,k2),…,(xn,kn)，其中，x是油液檢測數(shù)據(jù)，k是故障情況數(shù)據(jù)，求一個m(m

P(x)=a0+a1x+a2x2+…+amxm=

油液檢測數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)之間的關系函數(shù)為：

k=a0+a1x+a2x2+…+amxm

元素Fe會對柴油機的故障產(chǎn)生影響，其他元素的影響未知[2]。應用SPSS軟件，建立故障次數(shù)與元素之間的4個回歸模型。

模型的篩選過程見表2，模型1用進入法引入了Fe，模型2用stepwise法引入了Zn，模型3用stepwise法引入了Al，模型4用stepwise法引入了Ba。(標準：進入概率≤0.5，移出概率≥0.1)。

表2　回歸模型

4個模型的檢驗結果見表3。表3用的是方差分析，可見模型1沒有統(tǒng)計意義，模型2、3和4有統(tǒng)計意義[3-4]。

表3　方差分析檢驗結果

4個模型的系數(shù)檢驗結果見表4。表4用的是t檢驗，模型3的所有系數(shù)有統(tǒng)計意義，沒有進入模型的變量檢驗結果沒有統(tǒng)計意義，不引入模型；因此，選擇模型3作為最終的回歸模型，故障次數(shù)n=-13.511+0.215Fe+0.042Zn-4.349Al。

表4　模型的系數(shù)檢驗結果

3模型適用性及精度驗證

該模型中含有3個變量，相對于初始的18個，數(shù)量有所減少。但是，模型中變量數(shù)量的增加一定程度上會減少殘差，提高模型的精度，而模型的變量過多會導致模型復雜度升高，也不利于裝備使用部隊掌握；因此，在實際使用過程中，變量個數(shù)也是考核模型的一個重要因素。由于該模型只包含F(xiàn)e、Zn和Al等3種元素，并且屬于易于監(jiān)測的元素，說明該模型的適用性較好。

衡量各個模型精度的一個重要指標是校正決定系數(shù)(范圍為0～1，且越大越好)，模型精度或標準誤差見表5。

表5　模型精度

通過計算分析最后得到的數(shù)據(jù)結果可以看出，表5中一個重要有效的模型3的校正決定系數(shù)為0.979，接近于1，符合模型的精度要求。從監(jiān)控的各個因素看，即監(jiān)測Fe、Zn和Al元素的變化情況，就可以掌握裝備可靠性的變化規(guī)律，當元素的變化值變化太大(通常>70%)或超出規(guī)定值范圍時就要充分注意了，應及時維修和更換設備。

4結語

模型中的變量主要考慮了裝備使用中應注意監(jiān)控的油液元素變化的因素，即監(jiān)測Fe、Zn、Al和Ba等元素的變化情況，可以充分掌握裝備可靠性的變化規(guī)律。

最優(yōu)的模型是這些模型中的第3個。該模型中含有3個變量，相對于初始的18個；因此，當裝備運行中的Fe、Zn和Al元素變化幅度較大或超出規(guī)定范圍時，應及時進行預防性維修。

參考文獻

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[3]JardineAKS.Maintenance,replacement,andreliability[M].Toronto:Pitman, 2007.

[4]Blnozn,PerakisAK.Statiscalanalysisoffailuretimedistributionsforgreatlakesmarinedieselsusingcensoreddata[J].JournalofShipReserch, 2009, 35(1): 25-28.

責任編輯鄭練

Diesel Fault Analysis Model based on Testing Data of the Oil and its Computation

ZHANG Qiang1, QIN Heng2, LIANG Qianchao1, LI Lei1

(1.The College of Naval University of Engineering, Wuhan 430033, China; 2.The Equipment Department of Naval Scolship Division, Liaoning 116013, China)

Abstract：We have researched the problem of the diesel engine fault model in oil detection way, solved the problem of engine maintenance prediction and achieved good result. Firstly, diesel engine is used for fault analysis, maintenance prediction. Then, the data of oil detection can be applied to reliable qualitative and reliability analysis of two aspects. We have set up the relation model between data of oil detection and reliability. Finally, its positive significate to the use of scientific equipment by the conclusion obtained by the rationalization proposal of the equipment daily maintenance is put forward.

Key words:diesel, reliability analysis, oil detection

收稿日期：2015-06-15

作者簡介：張強(1969-)，男，工程碩士研究生，主要從事動力工程及其應用等方面的研究。

中圖分類號：U 664.121

文獻標志碼:A