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《河北农业大学》 2011年
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发动机振动诊断虚拟仪器系统的研究

崔喜贺  
【摘要】:发动机正朝着小型化、自动化、集成化发展,而且广泛应用在农业、工业、交通、国防等领域,其技术性能好坏对能源消耗和环境有很大的影响。发动机的振动信号是发动机故障征兆的信息载体,直接表征发动机的技术状况,因此对发动机的振动信号进行实时状态监测,及时判断发动机的故障是一种有效方法。随着虚拟仪器技术在自动检测、信号采集、仪器控制、测量方面的快速发展,打破了传统仪器功能固定、单一、携带不便的缺点,因此本课题充分利用虚拟仪器的特点开发了发动机振动诊断虚拟仪器系统,实现发动机的实时状态监测及故障诊断。 本文介绍了发动机故障诊断研究的目的、意义和国内外研究现状。阐述了虚拟仪器软件LabVIEW的概念、特点及其应用发展。根据发动机的结构和运转特性,以三菱公司的4G65发动机为研究对象,分析发动机振动特性和信号的主要传播途径,利用BZ1185压电加速度传感器和PCI-8210数据采集卡采集发动机的振动信号,该信号通过虚拟仪器技术软件开发平台LabVIEW实现信号采集、信号分析、信号处理、数据存储、数据查询等功能。利用单个和多个传感器及数据采集卡的配合可以进行单通道和多通道的信号采集、监测、显示,分别完成对发动机正常和故障状态下的振动信号特征参数的对比,实现发动机故障诊断的功能,同时将故障特征数据存入故障数据库。系统具有在线监测和离线诊断两大功能。在线监测实现对发动机工作技术状态的初步诊断,主要利用数据采集卡供应商提供的驱动函数,以均匀间隔实时采集发动机振动信号并计算其均方根值,最终存储在标准数据库中。用户根据发动机工作在不同工况下,调用标准数据库中的均方根值作为报警门限值,当发生故障时,采集数据达到报警条件报警灯闪烁并且保存此时的故障数据到故障数据库。离线诊断主要是对故障数据进行数据处理和分析,确定发动机故障部位及原因。诊断系统采用模块化编程思想,主要包括数据分析与数据处理模块、数据存储模块、文件管理模块。其中数据分析模块主要包括时域分析模块、相关域分析模块(自相关分析、互相关分析)、频域分析模块(傅里叶变换、自功率谱分析、互功率谱分析、倒频谱分析)、联合时频分析模块(短时傅里叶变换、小波分析)等。将不同功能的信号分析方法编写成独立的子VI即SUB-VI,利用软件的菜单功能将诊断功能模块有机结合起来,根据用户的诊断需要和信号的特征,点击菜单中内容调用该VI实现信号分析的功能,当系统添加功能时只需要将编好的子VI的功能模块在主菜单中添加,便可实现新功能模块的添加,不需要对整个系统做全局的改动。通过对4G65发动机在不同转速下对正常、断油、进气不充分下发动机振动信号的采集,利用本系统离线诊断分析模块对采集信号进行数据分析和实验测试,结果表明该系统用于发动机的实时状态监测与故障诊断是非常有效的。
【学位授予单位】:河北农业大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2011
【分类号】:TP274

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