康明斯PT燃油系統(tǒng)易損損壞與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法

 PT（pressure time）燃油系統(tǒng)的柴油發(fā)電機(jī)已廣泛運(yùn)用于柴油發(fā)電機(jī)組N\K系列產(chǎn)品，PT燃油裝置的復(fù)雜性和精密性對故障診斷提出了更高的要求。針對采集的PT燃油裝置損壞模式參數(shù)少、數(shù)據(jù)間存在較強(qiáng)的非線性關(guān)系的優(yōu)點(diǎn)，文中采用KPCA程序進(jìn)行原始優(yōu)勢參數(shù)的提取，并采用經(jīng)MPGA進(jìn)行參數(shù)優(yōu)選的LSSVM模型進(jìn)行故障辨認(rèn)，充分發(fā)揮KPCA的非線性特點(diǎn)提取能力和LSSVM的小樣本泛化特征江蘇康明斯柴油發(fā)電機(jī)，實(shí)現(xiàn)對發(fā)電機(jī)PT燃油裝置不一樣工作狀態(tài)的準(zhǔn)確辨識，為燃油裝置的狀態(tài)監(jiān)測和故障清除裝置的建立提供新思路和新方式。

      PT燃油裝置通過改變噴油泵的輸油壓力（pressure）和噴油器的進(jìn)油時間（time）來改變噴油量，因此，把它命名為“PT燃油系統(tǒng)或“壓力-時間裝置”。由液壓機(jī)理可知，液體流過孔道的流量與液體的壓力、流通的時間及通道的截面積成正比。PT燃油裝置即根據(jù)這一機(jī)理來改變噴油量。該系統(tǒng)的噴油嘴進(jìn)油口處設(shè)有量孔，其尺寸經(jīng)過選用后無法改變。燃油流經(jīng)量孔的時間則具體與柴油柴油發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速有關(guān)，隨速度升降而變化。因此，改變噴油量具體通過改變噴油嘴進(jìn)油壓力來達(dá)到。

      當(dāng)柴油發(fā)電機(jī)作業(yè)時，柴油被齒輪式輸油泵從柴油箱中吸出，經(jīng)柴油濾清器濾除燃油中的雜質(zhì)，再經(jīng)穩(wěn)壓器解決燃油壓力的脈動后，送入柴油過濾器。經(jīng)過濾清的柴油分成兩路，一路進(jìn)入PTG兩極式調(diào)速器和節(jié)流閥，另一路進(jìn)入MVS（VS、SVS）全程式速度控制器。其壓力經(jīng)過調(diào)速板和節(jié)流閥調(diào)節(jié)后柴油發(fā)電機(jī)十大品牌，經(jīng)斷油閥供給噴油器。在噴油嘴內(nèi)柴油經(jīng)計量、增壓然后被定時地噴入汽缸多余的柴油經(jīng)回油管流回柴油箱重慶康明斯官網(wǎng)。噴油器的驅(qū)動系統(tǒng)包括噴油凸輪、擺臂、噴油嘴推桿和噴油器搖臂。噴油凸輪與配氣系統(tǒng)凸輪共軸。電磁式斷油閥用來切斷燃油的供給，使柴油發(fā)電機(jī)停轉(zhuǎn)。

      當(dāng)水進(jìn)入燃油裝置后，將會使PT泵中的調(diào)速板柱塞、噴油器柱塞等零件發(fā)生銹蝕現(xiàn)狀，特別是停機(jī)后再次啟動柴油發(fā)電機(jī)時，有可能使PT泵中的調(diào)速板柱塞傳動銷驅(qū)動舌和齒輪泵驅(qū)動軸折斷。

      水混入燃油可能是由于油中含有水或在添加燃油時帶入的，也可能是在機(jī)器每次作業(yè)后未及時加油致使的。當(dāng)燃油箱為充滿燃油時，因?yàn)橐簤簻囟认陆?，空氣中的水蒸氣便在油箱?nèi)壁上冷凝，從而使冷凝水混入燃油中。

      在每班工作完畢后應(yīng)將油箱加滿；另外，柴油桶在停放時一定要擰緊蓋子，以防雨水漏入。為了解除已進(jìn)入油中的水，在每班開始作業(yè)之前要擰開油箱下面的放油開關(guān)以排除沉淀水，同時還可以打開柴油濾芯下面的排污塞將積存的水排掉。應(yīng)當(dāng)指出，當(dāng)發(fā)電機(jī)組長期停用后，PT噴油泵很容易因水蒸氣冷凝而銹蝕，如果不注意，當(dāng)重新啟動柴油發(fā)電機(jī)時，就會發(fā)生零件故障的想象，為此應(yīng)使PT噴油泵中存有足夠的燃油，后動前對PT 燃油泵進(jìn)行仔細(xì)檢驗(yàn)，在確認(rèn)零件轉(zhuǎn)動靈活時，再起動柴油發(fā)電機(jī)。

      空氣進(jìn)入PT燃油裝置后會產(chǎn)生PT噴油泵作業(yè)失常、各缸噴油不均勻和噴油器噴油異樣等情形，從而使柴油發(fā)電機(jī)起動困難 動力不佳 轉(zhuǎn)速不平衡或突然熄火。

      認(rèn)真仔細(xì)查找和排除PT燃油裝置中的漏氣部位，具體如下：

① 檢驗(yàn)浮子油箱與燃油濾芯之間有無漏入空氣。為此可先取下柴油格蓋，檢查燃油是否充滿。燃油不足時加滿，然后再啟動柴油發(fā)電機(jī)。在保養(yǎng)時，當(dāng)從燃油格放污塞排除水污物和較多量燃油后，也應(yīng)按上述步驟向柴油格中添加燃油。

② 檢修燃油濾清器與PT柴油泵之間有無漏氣，觀察油管有無泄露，管子接頭有無松脫等。

③ 檢查PT柴油泵各密封部位有無漏氣。檢查時應(yīng)使柴油發(fā)電機(jī)在怠速工況下運(yùn)行，然后依次在可能漏氣的部位滴油或用手堵住有關(guān)孔口，此時，如觀察到所滴油被吸入泵體或在堵住孔口時柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速忽快忽慢狀況有所緩和，則說明被檢驗(yàn)部位有漏氣現(xiàn)狀。對每個密封部位逐一檢驗(yàn)，如果漏氣是因?yàn)閴|片故障或接頭松脫而致使的，應(yīng)更替墊片或擰緊接頭，如果漏氣是因?yàn)槊芊饧?，則必須替換密封件。

      機(jī)械雜質(zhì)混入燃油會致使嚴(yán)重的不好后果，使零件使用時限縮短，雜質(zhì)進(jìn)入間隙還會使運(yùn)動的零件產(chǎn)生阻滯（如速度控制器的柱塞與套筒），從而影響PT燃油泵的正常作業(yè)。

      為防止機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入燃油，在對燃油箱添加燃油時應(yīng)使用清潔的油桶。定期對柴油濾清器濾清器進(jìn)行清潔或更替，尤其重要的是按規(guī)定清洗PT燃油泵中的濾網(wǎng)，磁性式濾清器的上下濾網(wǎng)。

      目前對于燃油裝置的故障排除詳細(xì)集中在基于模型、基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和基于證據(jù)理論等方法上。但大量探討表明，基于模型的故障處置方案對模型的精確性提出了很高的要求，而且隨著目前現(xiàn)代設(shè)備的復(fù)雜化和非線性化，想建立較為精確的數(shù)學(xué)模型變得越來越難?；谏窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)的故障處理辦法雖然運(yùn)用較為廣泛，但在網(wǎng)絡(luò)模型的訓(xùn)練程序中存在訓(xùn)練時間長、模型效果過于依賴樣本的數(shù)量和質(zhì)量等問題。較小二乘支持向量機(jī)（least squares support vector machine，LSSVM）是對標(biāo)準(zhǔn)支持向量機(jī)的改良算法，在模型的構(gòu)建和求解流程中具有運(yùn)算轉(zhuǎn)速快、抗噪能力強(qiáng)、對樣本的數(shù)量要求不高等優(yōu)點(diǎn)，在實(shí)際工程中有著廣泛的運(yùn)用。

      LSSVM是SVM的改進(jìn)算法，它建立在統(tǒng)計學(xué)習(xí)理論和構(gòu)造風(fēng)險較小化的基本上，其核心思想是采用較小二乘線性裝置作為損失函數(shù)，替代標(biāo)準(zhǔn)SVM中的二次規(guī)劃方法，這樣就把原來的求解二次設(shè)計問題轉(zhuǎn)換為求解線性方程組問題，簡化了計算復(fù)雜性，收斂轉(zhuǎn)速快。LSSVM辨認(rèn)模型已經(jīng)成功運(yùn)用于各種領(lǐng)域。

      主元淺析（pricipal components analysis，PCA）是一種較為主用的特點(diǎn)提取方式，但從本質(zhì)上講它是一種線性映射算法，在解決非線性問題時，往往不能取得好的效果。KPCA是借助核方法將輸入空間映射到一個高維Hilbert空間，然后在高維空間使用PCA法提取主成分。

      對于LSSVM的參數(shù)優(yōu)選問題，目前通常采用數(shù)據(jù)窮盡搜索方法，案例如圖3所示。該方法即對LSSVM的核函數(shù)數(shù)據(jù)σ及正則化數(shù)據(jù)γ在一定范圍內(nèi)取值，對于取定的σ和γ，把訓(xùn)練集作為原始參數(shù)集，利用交叉驗(yàn)證的方法得到在此組σ和γ的訓(xùn)練集經(jīng)驗(yàn)分類正確率。雖然該方法能夠找到在交叉驗(yàn)證模式意義下的較高分類正確率，但在更大范圍內(nèi)尋找較佳的數(shù)據(jù)σ和γ會很費(fèi)時。鑒于MPGA的諸多特征，本文采用該方式進(jìn)行LSSVM數(shù)據(jù)的尋優(yōu)。

      因?yàn)镵PCA和LSSVM的結(jié)合能充分發(fā)揮各自的優(yōu)點(diǎn)，提高故障診斷的實(shí)時性和高效性，本文建立了KPCA-LSSVM的故障判定模型，算法機(jī)理如圖1所示。

      PT泵出油口的壓力參數(shù)是一個非常敏感的參量，無論是PT泵進(jìn)油口產(chǎn)生堵塞，還是PT噴油嘴油路發(fā)生泄漏，均可以在泵出油口的壓力數(shù)據(jù)上得到體現(xiàn)。因此本文采集5種損壞狀態(tài)下的PT泵出油口壓力數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練樣本，其中將PT燃油裝置正常工作狀態(tài)作為一種特殊的損壞狀態(tài)。利用KPCA-LSSVM建立多條件與相應(yīng)結(jié)果之間的非線性關(guān)系來構(gòu)建故障多分類模型，實(shí)驗(yàn)設(shè)備采用自行研制的JCPS01型PT泵試驗(yàn)臺，實(shí)驗(yàn)原理如圖5所示。

      實(shí)驗(yàn)中用真空閥的打開和關(guān)閉模擬PT泵進(jìn)油濾清器泄漏和油路堵塞2種作業(yè)狀態(tài)，用主流量閥的打開和關(guān)閉模擬噴油器油路泄漏和油路堵塞2種工作狀態(tài)。當(dāng)PT泵轉(zhuǎn)速為1 800 轉(zhuǎn)/分鐘，主壓力達(dá)到0.72 MPa時視為PT泵的正常作業(yè)狀態(tài)。分別檢測正常情況（損壞模式1）、PT泵進(jìn)油油路堵塞（故障模式2）、過濾器泄漏（損壞模式3）、噴油器油路堵塞（故障模式4）、噴油器油路泄漏（損壞模式5）情況下PT泵出油口的壓力信號。在實(shí)驗(yàn)中，每種工作狀態(tài)下的油壓數(shù)據(jù)采集了30組，共計150組數(shù)據(jù)，在進(jìn)行后續(xù)的工作狀態(tài)辨識時，每種作業(yè)狀態(tài)參數(shù)隨機(jī)選用20組作為訓(xùn)練樣本，剩余10組作為測試樣本。各種狀態(tài)的信號經(jīng)數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)去噪解決后，得到的一組去噪信號如圖6所示。

      PT燃油系統(tǒng)使用中的損壞，大多數(shù)是由水空氣及機(jī)械雜質(zhì)進(jìn)入PT燃油系統(tǒng)引起的，損壞的敘說解除應(yīng)先從這幾方面入手，同時在柴油發(fā)電機(jī)平日的工作中，應(yīng)做好PT燃油裝置的調(diào)整維護(hù)。只有這樣，才能降低PT燃油系統(tǒng)損壞。因此，康明斯公司在本文中引薦了PT燃油系統(tǒng)的工作原理，結(jié)合工作實(shí)踐中接觸到的幾類常見故障，對燃油系統(tǒng)故障的危害及其原由進(jìn)行了闡述，并專業(yè)技巧了損壞解決方案，可為柴油發(fā)電機(jī)組的燃油裝置的保養(yǎng)維護(hù)提供有益的參考和借鑒。