农用柴油机的故障诊断与维修技术

李 东

(绥滨县农业机械服务中心，黑龙江 绥滨 156200)

0 引言

农业机械是现代化农业生产的主要劳动力，农业机械的技术先进性与多学科先进技术应用密不可分，柴油机技术作为农业机械动力供给的主要技术，对于农业机械的实际作业能力影响很大。我国每年的农用柴油机产量很大，产品种类和技术特点也多种多样，能够适应不同农业生产的使用需求[1]。柴油机在农业生产中发挥巨大作用的同时，也会因为使用不当、零件磨损、质量问题、环境影响等因素而导致机械故障问题的产生。为保证柴油机功能的可靠性，使农业机械具备良好的工作效率，对于柴油机的故障问题采取合理的诊断方法，并进行快捷有效的维修十分重要。

1 农用柴油机技术现状

从柴油机在我国农业机械的应用发展过程来看，随着国家对柴油机性能和排放标准要求的日益提高，柴油机的性能也得到了不断优化。柴油机是农业机械上应用最多的动力机械，拖拉机、收获机、插秧机等众多机型都以柴油机作为运转和行驶的动力。从柴油机的发动机结构来看，技术性能与柴油机的缸数具有直接关系，现阶段农业机械上应用的柴油机包括了单缸、双缸、3缸、4缸、6缸、8缸等多种机型。单缸柴油机在我国的农业机械上应用时间最长，其缸径范围通常在60～135 mm之间，发动机功率在24.00 kW(约32马力)以下，在小四轮拖拉机、喷灌机械、农用发电机等众多农机产品上应用广泛；双缸以上的柴油机多称为多缸柴油机，通常的缸径在75～115 mm之间，4缸以上的机型多为大马力机型，技术和结构都更为先进，多应用于大马力拖拉机、联合收获机等农业机械[2]。近年来，我国农用柴油机所应用的新技术逐渐增多，很多内燃机的先进技术纷纷应用到农用柴油机领域，例如涡轮增压、EGR、电控直喷、共轨、中冷等技术的应用，使先进的高功率柴油机性能进一步提升，且农用柴油机原有的很多缺点也得到了较好改善，图1为我国潍柴集团生产的WP12系列农用柴油发动机，不仅能实现250 kW以上的动力输出，还具备了共轨+增压中冷等先进技术，能实现实时监控、远程控制、故障诊断等功能，为农机动力性能的提升提供了有效保证。柴油机在农业生产中应用具有动力充沛、可靠性高的优点，且对于复杂农业生产的适应性更好，机具出现故障的概率也随着技术先进性的提升而逐渐降低。柴油机的应用相对于汽油机具有更好的经济性特点，无论在使用成本还是维护维修方面，都具有一定优势。

图1 潍柴WP12系列农用柴油发动机

2 农用柴油机的故障诊断技术

2.1 故障诊断的常用技术

1)振动诊断技术。柴油机的工作特点就是按照设计的规律进行往复运动，在正常状态下，农用柴油机能够维持稳定的振动频率范围，但当故障问题存在时，可能导致故障位置运转异常使振动源增多造成振动频率异常，在柴油机故障时常利用振动的异常进行故障诊断。在农用柴油机中，振动异常的故障多发生在运动系统和燃烧系统等部位。在利用振动状态进行故障诊断时，主要监测扭转振动、机体振动和缸盖振动等，并利用压力示功图、时频分析、载荷识别等方法对故障问题进行分析与确认。

2)油样分析技术。柴油机工作过程由于高速、高温的运行状态，需要利用机油、润滑油进行实时润滑，以保证良好的运作状态，而柴油机的磨损和零件损坏等问题也可以通过对油样中磨粒成分的分析进行判断。油样分析技术是诊断发动机各个摩擦副状态的重要技术手段，常用的油样分析技术包括铁谱分析、光谱分析、含铁量检查等，对于故障的预防和判断具有良好的辅助作用[3]。

3)温度参数诊断技术。主要是利用农用柴油机工作过程的温度状态进行诊断，温度参数的检查与诊断包括很多部位，例如排气温度、机体温度、冷却水温度等。正常柴油机工作过程的各部位温度需能够维持在一定的合理范围内，若某一位置的温度出现了明显变化，则说明可能存在故障问题，并可以大体确定故障部位，从而减少诊断过程的工作量。

4)声发射监测诊断技术。这一技术主要针对机械结构的裂纹隐患进行诊断，利用声波的异常判断是否存在裂纹。这一技术多应用于汽缸套等高温、高冲击的工作零件，主要起到重大故障问题的预防作用。

2.2 故障诊断的新方式与趋势

随着农用柴油机技术的不断发展，为更好地适应先进柴油机的故障维修要求，提高柴油机的维修效率和准确性，在传统故障诊断技术的基础上，诊断形式与技术也得到了不断发展，使诊断过程的合理性得到了大幅提升。随着网络化与信息技术的普及，诊断过程和技术能力不再局限于农机维修的定点机构，利用专家系统的智能化诊断技术，能够将农用柴油机出现的故障问题进行数据库对比和分析，并提供科学的诊断结果与维修建议，有效提高维修过程的合理性。此外，结合振动检测、温度检测、油样检测等数据，利用模糊神经网络模仿人脑的逻辑思维，结合数据技术能够高效判断故障原因及损坏位置，使故障问题的分析时间大大缩短，诊断的准确性也得到了大幅提高。

3 农用柴油机的常见故障与维修

3.1 柴油机排气异常故障

柴油机排气异常多可以通过排气烟色进行判断。若排气冒黑烟，多是由于空气滤清器堵塞、供油时间过晚、喷油器雾化不良等原因造成的，应及时清理空气滤清器，调整供油时间和喷油器压力至规定值；若排气冒蓝烟，多是由于烧机油导致的，此时应检查油底壳油面、并更换磨损的活塞和缸套，确保机油量正常、汽缸间隙合理；若排气冒白烟，多是由于柴油中水分过多，应注意更换优质柴油。

3.2 柴油机运行温度过高

柴油机运行温度过高多是由于冷却系统故障导致的，冷却系统故障的原因包括冷却水缺失、水温表损坏、柴油机超负荷使用、水泵压力或流量不足、散热器散热质量不佳等。这一问题首先应保证冷却水量的充足，并使用软水作为冷却水，避免水垢问题产生，并科学调整或更换散热器、检修水泵使其恢复正常功能，确保冷却系统的工作正常[4]。此外，柴油机运行温度过高还可能是机油量不足或机油变质导致的，此时应及时添加或更换足量机油。

3.3 柴油机异常振动或噪音

柴油机存在异常振动及噪音说明柴油机存在故障问题，应及时停车并查明故障问题。若柴油机连续明显振动，并出现连贯的金属敲击声，且在低转速时声音更明显，多是由于气门间隙过大导致的，此时应将气门调整至适合间隙。若汽缸存在有节奏并清脆的敲击声，多是由于供油提前角过大导致的，此时应对供油提前角进行调整；柴油机使用时出现金属摩擦振动，并出现尖锐噪音，多是由于活塞销与连杆衬套之间的配合关系失效，使二者的配合面出现松旷导致的，此时应及时更换或修复磨损严重的零件。

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