農用柴油機的故障診斷與維修技術

李 東

(綏濱縣農業機械服務中心，黑龍江 綏濱 156200)

0 引言

農業機械是現代化農業生產的主要勞動力，農業機械的技術先進性與多學科先進技術應用密不可分，柴油機技術作為農業機械動力供給的主要技術，對于農業機械的實際作業能力影響很大。我國每年的農用柴油機產量很大，產品種類和技術特點也多種多樣，能夠適應不同農業生產的使用需求[1]。柴油機在農業生產中發揮巨大作用的同時，也會因為使用不當、零件磨損、質量問題、環境影響等因素而導致機械故障問題的產生。為保證柴油機功能的可靠性，使農業機械具備良好的工作效率，對于柴油機的故障問題采取合理的診斷方法，并進行快捷有效的維修十分重要。

1 農用柴油機技術現狀

從柴油機在我國農業機械的應用發展過程來看，隨著國家對柴油機性能和排放標準要求的日益提高，柴油機的性能也得到了不斷優化。柴油機是農業機械上應用最多的動力機械，拖拉機、收獲機、插秧機等眾多機型都以柴油機作為運轉和行駛的動力。從柴油機的發動機結構來看，技術性能與柴油機的缸數具有直接關系，現階段農業機械上應用的柴油機包括了單缸、雙缸、3缸、4缸、6缸、8缸等多種機型。單缸柴油機在我國的農業機械上應用時間最長，其缸徑范圍通常在60～135 mm之間，發動機功率在24.00 kW(約32馬力)以下，在小四輪拖拉機、噴灌機械、農用發電機等眾多農機產品上應用廣泛；雙缸以上的柴油機多稱為多缸柴油機，通常的缸徑在75～115 mm之間，4缸以上的機型多為大馬力機型，技術和結構都更為先進，多應用于大馬力拖拉機、聯合收獲機等農業機械[2]。近年來，我國農用柴油機所應用的新技術逐漸增多，很多內燃機的先進技術紛紛應用到農用柴油機領域，例如渦輪增壓、EGR、電控直噴、共軌、中冷等技術的應用，使先進的高功率柴油機性能進一步提升，且農用柴油機原有的很多缺點也得到了較好改善，圖1為我國濰柴集團生產的WP12系列農用柴油發動機，不僅能實現250 kW以上的動力輸出，還具備了共軌+增壓中冷等先進技術，能實現實時監控、遠程控制、故障診斷等功能，為農機動力性能的提升提供了有效保證。柴油機在農業生產中應用具有動力充沛、可靠性高的優點，且對于復雜農業生產的適應性更好，機具出現故障的概率也隨著技術先進性的提升而逐漸降低。柴油機的應用相對于汽油機具有更好的經濟性特點，無論在使用成本還是維護維修方面，都具有一定優勢。

圖1 濰柴WP12系列農用柴油發動機

2 農用柴油機的故障診斷技術

2.1 故障診斷的常用技術

1)振動診斷技術。柴油機的工作特點就是按照設計的規律進行往復運動，在正常狀態下，農用柴油機能夠維持穩定的振動頻率范圍，但當故障問題存在時，可能導致故障位置運轉異常使振動源增多造成振動頻率異常，在柴油機故障時常利用振動的異常進行故障診斷。在農用柴油機中，振動異常的故障多發生在運動系統和燃燒系統等部位。在利用振動狀態進行故障診斷時，主要監測扭轉振動、機體振動和缸蓋振動等，并利用壓力示功圖、時頻分析、載荷識別等方法對故障問題進行分析與確認。

2)油樣分析技術。柴油機工作過程由于高速、高溫的運行狀態，需要利用機油、潤滑油進行實時潤滑，以保證良好的運作狀態，而柴油機的磨損和零件損壞等問題也可以通過對油樣中磨粒成分的分析進行判斷。油樣分析技術是診斷發動機各個摩擦副狀態的重要技術手段，常用的油樣分析技術包括鐵譜分析、光譜分析、含鐵量檢查等，對于故障的預防和判斷具有良好的輔助作用[3]。

3)溫度參數診斷技術。主要是利用農用柴油機工作過程的溫度狀態進行診斷，溫度參數的檢查與診斷包括很多部位，例如排氣溫度、機體溫度、冷卻水溫度等。正常柴油機工作過程的各部位溫度需能夠維持在一定的合理范圍內，若某一位置的溫度出現了明顯變化，則說明可能存在故障問題，并可以大體確定故障部位，從而減少診斷過程的工作量。

4)聲發射監測診斷技術。這一技術主要針對機械結構的裂紋隱患進行診斷，利用聲波的異常判斷是否存在裂紋。這一技術多應用于汽缸套等高溫、高沖擊的工作零件，主要起到重大故障問題的預防作用。

2.2 故障診斷的新方式與趨勢

隨著農用柴油機技術的不斷發展，為更好地適應先進柴油機的故障維修要求，提高柴油機的維修效率和準確性，在傳統故障診斷技術的基礎上，診斷形式與技術也得到了不斷發展，使診斷過程的合理性得到了大幅提升。隨著網絡化與信息技術的普及，診斷過程和技術能力不再局限于農機維修的定點機構，利用專家系統的智能化診斷技術，能夠將農用柴油機出現的故障問題進行數據庫對比和分析，并提供科學的診斷結果與維修建議，有效提高維修過程的合理性。此外，結合振動檢測、溫度檢測、油樣檢測等數據，利用模糊神經網絡模仿人腦的邏輯思維，結合數據技術能夠高效判斷故障原因及損壞位置，使故障問題的分析時間大大縮短，診斷的準確性也得到了大幅提高。

3 農用柴油機的常見故障與維修

3.1 柴油機排氣異常故障

柴油機排氣異常多可以通過排氣煙色進行判斷。若排氣冒黑煙，多是由于空氣濾清器堵塞、供油時間過晚、噴油器霧化不良等原因造成的，應及時清理空氣濾清器，調整供油時間和噴油器壓力至規定值；若排氣冒藍煙，多是由于燒機油導致的，此時應檢查油底殼油面、并更換磨損的活塞和缸套，確保機油量正常、汽缸間隙合理；若排氣冒白煙，多是由于柴油中水分過多，應注意更換優質柴油。

3.2 柴油機運行溫度過高

柴油機運行溫度過高多是由于冷卻系統故障導致的，冷卻系統故障的原因包括冷卻水缺失、水溫表損壞、柴油機超負荷使用、水泵壓力或流量不足、散熱器散熱質量不佳等。這一問題首先應保證冷卻水量的充足，并使用軟水作為冷卻水，避免水垢問題產生，并科學調整或更換散熱器、檢修水泵使其恢復正常功能，確保冷卻系統的工作正常[4]。此外，柴油機運行溫度過高還可能是機油量不足或機油變質導致的，此時應及時添加或更換足量機油。

3.3 柴油機異常振動或噪音

柴油機存在異常振動及噪音說明柴油機存在故障問題，應及時停車并查明故障問題。若柴油機連續明顯振動，并出現連貫的金屬敲擊聲，且在低轉速時聲音更明顯，多是由于氣門間隙過大導致的，此時應將氣門調整至適合間隙。若汽缸存在有節奏并清脆的敲擊聲，多是由于供油提前角過大導致的，此時應對供油提前角進行調整；柴油機使用時出現金屬摩擦振動，并出現尖銳噪音，多是由于活塞銷與連桿襯套之間的配合關系失效，使二者的配合面出現松曠導致的，此時應及時更換或修復磨損嚴重的零件。

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