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《西南交通大学》 2002年
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基于曲轴角振动诊断内燃机各缸作功状况的研究

董大伟  
【摘要】: 随着我国交通运输事业的大力发展和对先进维修体制的需要,探索出一套先进的内燃机状态监测和故障诊断技术,寻求简易实用而有效的内燃机故障诊断方法,已经成为国内外许多专家广泛关注的课题。内燃机曲轴角振动曲线含有丰富的内燃机作功状况的信息,国内外许多学者都在研究利用内燃机瞬时转速曲线诊断故障缸,取得一定进展,但存在精度不高或适用范围受限制等问题。作者通过大量理论分析、模拟计算和实验研究,首次全面系统地解决了根据内燃机曲轴某一测点的角振动曲线诊断内燃机各缸作功状况的诊断方法和相关诊断测试设备研制等问题。 本文通过计算机模拟出多缸内燃机各种作功和压缩状况下的曲轴瞬时转动曲线(速度和角加速度),详细分析在不同缸数和不同转速条件下,柴油机各缸作功和压缩功不均衡对曲轴瞬时转动曲线的影响及其内在联系。在瞬时转速曲线和角加速度曲线上提取几个特征参数,再用灰色关联度分析方法和极值缸号一致性检查法对特征参数的优良性进行评价。结果发现,在内燃机曲轴较短、刚性较大、扭振较小、对诊断速度要求很快的场合,用本文提出的曲轴瞬时角加速度波动增量△j法能较准确地判断多缸内燃机各缸的作功状况和压缩状况,优于目前广泛使用的曲轴瞬时转速波动增量△n法。 为适应内燃机普遍存在曲轴扭振的情况,本文提出并推导了利用扭振信号反算的新方法(TVRS法),即采用轴系中某一测点的扭转振动信号,按轴系实际的弹性模型,依据内燃机动力学、数值计算方法和信号理论等,反算各缸的平均有效压力,定量判断各缸的作功状况。此法充分利用内燃机现有的扭振资料,虽然计算工作量较大,但普遍适用于各种类型各种工况的内燃机,有较高的实用价值。 为不但在理论而且在实践上全面解决利用角振动信号诊断内燃机各缸作功状况的问题,作者开发并研制了一套充分利用计算机的软硬件资源的PC仪器——曲轴角振动测量分析系统(TVM系统)和电标定器(TVCI系统)。国内6家 西南交通大学博士研究生学位论文 第 11页 大型企业的应用表明,该系统技术先进、设计合理、操作简便、功能完善、测 试精度高。 本文还对TVM系统所采用的非接触磁电式转速测量系统的误差进行了全 面地分析研究。为消除这些误差,详细论证并实现了用并联式双传感器方案消 除测量齿盘分齿误差的影响和用对置式双传感器方案消减测量齿盘安装偏心误 差的影响。构建了试验台,验证了误差研究和双传感器方案的正确性。 采用作者开发的TVM系统并按作者提出的TVRS法和Aj法在6135ZG型 柴油机上进行了各缸工作均匀性诊断、故障缸诊断和逐缸供油量调整等实验, 取得良好的效果。 通过本文的研究,丰富并发展了内燃机故障诊断技术,为内燃机各缸工作 均匀性诊断、故障缸诊断、逐缸供油量调整和内燃机自动控制等提供了有效的 诊断方法一凸j法和 TVRS法、以及相应的诊断测试设备一TVM系统。研 究成果对于进一步开展故障诊断与专家系统、内燃机动力学以及测试仪器等方 面的研究,具有重要的理论意义和实用价值。
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