張　強(qiáng)，秦　珩，梁前超，李　雷

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

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基于油液檢測(cè)數(shù)據(jù)的內(nèi)燃機(jī)故障分析模型及其計(jì)算

張強(qiáng)1，秦珩2，梁前超1，李雷1

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

摘要：研究將柴油機(jī)油液檢測(cè)的方法用于內(nèi)燃機(jī)故障分析模型問(wèn)題，解決了內(nèi)燃機(jī)維修預(yù)報(bào)等難題，并取得了良好的故障分析效果。將油液檢測(cè)數(shù)據(jù)應(yīng)用在內(nèi)燃機(jī)可靠性的定性分析與可靠性模型定量計(jì)算等2個(gè)方面，分步驟地建立了內(nèi)燃機(jī)油液監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與可靠性之間的關(guān)系模型，并對(duì)模型的適用性及精度進(jìn)行了計(jì)算。運(yùn)用可靠性定性分析與定量評(píng)估方法兩方面所得出的結(jié)論，提出了裝備日常維護(hù)保養(yǎng)的合理化建議，對(duì)科學(xué)使用裝備具有重要的積極意義。

關(guān)鍵詞：柴油機(jī)；可靠性分析；油液檢測(cè)

目前，裝備可靠性分析作為質(zhì)量工作的重要部分，是裝備研制、驗(yàn)收和使用等各方關(guān)注的焦點(diǎn)。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(jì)分析實(shí)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(jī)油液監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與可靠性之間的關(guān)系模型分析柴油機(jī)可靠性，并對(duì)模型適用性及精度進(jìn)行分析。結(jié)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(jī)油液數(shù)據(jù)分析

結(jié)合某艇試航驗(yàn)收，對(duì)1#、2#、3#和4#柴油機(jī)的油液進(jìn)行了N次監(jiān)測(cè)，針對(duì)4臺(tái)柴油機(jī)油液中出現(xiàn)的18種元素進(jìn)行了方差分析，初步分析結(jié)果見(jiàn)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(jī))對(duì)結(jié)果(各元素含量)的影響具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，說(shuō)明柴油機(jī)之間的對(duì)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?zé)o統(tǒng)計(jì)意義，分別是Fe、Pb、Sn、Al、Ni、Ag、Si、B、Mg、Ba、P、Zn、Mo和Ti。

2柴油機(jī)油液檢測(cè)數(shù)據(jù)與可靠性之間的關(guān)系模型

已知柴油機(jī)的油液檢測(cè)數(shù)據(jù)和故障情況數(shù)據(jù)[1](見(jiàn)圖1)，如何建立模型反映兩者之間的關(guān)系是可靠性分析方法的重點(diǎn)。

圖1　柴油機(jī)故障次數(shù)直方圖

運(yùn)用多項(xiàng)式擬合的方法，擬合油液檢測(cè)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)之間的關(guān)系。設(shè)有n組數(shù)據(jù)(x1,k1),(x2,k2),…,(xn,kn)，其中，x是油液檢測(cè)數(shù)據(jù)，k是故障情況數(shù)據(jù)，求一個(gè)m(m

P(x)=a0+a1x+a2x2+…+amxm=

油液檢測(cè)數(shù)據(jù)與故障數(shù)據(jù)之間的關(guān)系函數(shù)為：

k=a0+a1x+a2x2+…+amxm

元素Fe會(huì)對(duì)柴油機(jī)的故障產(chǎn)生影響，其他元素的影響未知[2]。應(yīng)用SPSS軟件，建立故障次數(shù)與元素之間的4個(gè)回歸模型。

模型的篩選過(guò)程見(jiàn)表2，模型1用進(jìn)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(biāo)準(zhǔn)：進(jìn)入概率≤0.5，移出概率≥0.1)。

表2　回歸模型

4個(gè)模型的檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。表3用的是方差分析，可見(jiàn)模型1沒(méi)有統(tǒng)計(jì)意義，模型2、3和4有統(tǒng)計(jì)意義[3-4]。

表3　方差分析檢驗(yàn)結(jié)果

4個(gè)模型的系數(shù)檢驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。表4用的是t檢驗(yàn)，模型3的所有系數(shù)有統(tǒng)計(jì)意義，沒(méi)有進(jìn)入模型的變量檢驗(yàn)結(jié)果沒(méi)有統(tǒng)計(jì)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(yàn)結(jié)果

3模型適用性及精度驗(yàn)證

該模型中含有3個(gè)變量，相對(duì)于初始的18個(gè)，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(huì)減少殘差，提高模型的精度，而模型的變量過(guò)多會(huì)導(dǎo)致模型復(fù)雜度升高，也不利于裝備使用部隊(duì)掌握；因此，在實(shí)際使用過(guò)程中，變量個(gè)數(shù)也是考核模型的一個(gè)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(cè)的元素，說(shuō)明該模型的適用性較好。

衡量各個(gè)模型精度的一個(gè)重要指標(biāo)是校正決定系數(shù)(范圍為0～1，且越大越好)，模型精度或標(biāo)準(zhǔn)誤差見(jiàn)表5。

表5　模型精度

通過(guò)計(jì)算分析最后得到的數(shù)據(jù)結(jié)果可以看出，表5中一個(gè)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(gè)因素看，即監(jiān)測(cè)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(dāng)元素的變化值變化太大(通常>70%)或超出規(guī)定值范圍時(shí)就要充分注意了，應(yīng)及時(shí)維修和更換設(shè)備。

4結(jié)語(yǔ)

模型中的變量主要考慮了裝備使用中應(yīng)注意監(jiān)控的油液元素變化的因素，即監(jiān)測(cè)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(gè)。該模型中含有3個(gè)變量，相對(duì)于初始的18個(gè)；因此，當(dāng)裝備運(yùn)行中的Fe、Zn和Al元素變化幅度較大或超出規(guī)定范圍時(shí)，應(yīng)及時(shí)進(jìn)行預(yù)防性維修。

參考文獻(xiàn)

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責(zé)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(jiǎn)介：張強(qiáng)(1969-)，男，工程碩士研究生，主要從事動(dòng)力工程及其應(yīng)用等方面的研究。

中圖分類號(hào)：U 664.121

文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A