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柴油机缸套—活塞环摩擦振动量化分析方法研究

黄朝明  
【摘要】:缸套-活塞环的摩擦磨损是引起柴油机失效的主要原因之一。研究人员利用表面和油液分析技术从定性的角度对缸套-活塞环摩擦磨损过程中的摩擦、磨损和润滑规律进行了大量研究,但难以实现摩擦副摩擦磨损状态的定量、连续、实时和在线监测评定。 摩擦振动是缸套-活塞环在摩擦磨损过程中必然产生的现象,包含了丰富的反映摩擦副摩擦磨损状态的信息,对其采集和分析可实现对摩擦副磨损状态进行在线监测,且不影响缸套-活塞环的正常工作,其要点是提取摩擦振动信号的特征参数定量刻画摩擦振动的特征。国内外许多学者和研究人员对此进行了研究,提出了一系列的方法,但都难以实现摩擦振动特征参数准确、有效的提取。因此,探索和研究摩擦振动的量化分析方法具有重要的工程应用价值和理论研究意义。 首先,本文研究了MMW-1立式万能摩擦磨损试验机上缸套-活塞环摩擦振动测量技术和量化方法,开发设计了试验机摩擦振动测试系统,并在试验机上研究了6S50MC船用柴油机缸套-活塞环材料试样在不同工况下磨合过程产生的摩擦振动信号。提出基于连续小波变换(CWT)时频谱图像和图像分割技术提取摩擦振动特征参数的二次图像分析方法。运用CWT变换绘制6S50MC船用柴油机缸套-活塞环试样摩擦振动信号的时频谱图,再使用图像分割技术提取摩擦振动特征体,并提取特征参数V、Gmean、Hv、Mtf、N和e,探讨特征参数与不同工况条件下缸套-活塞环摩擦振动特性的内在联系。试验机的研究表明:不同工况下的特征参数呈现出明显的差异,反应了摩擦磨损的状态。振动特征体的体积V、平均梯度Gmean、数量N和能谱熵HV刻画了磨损行为的复杂和剧烈程度以及润滑质量的优劣性,特征体的质心位置Mtf、离散指数e体现了表面形貌质量的分布情况。摩擦振动特征参数定量刻画了摩擦振动的特征,可以对摩擦副的摩擦磨损行为进行定量的表征。 其次,在柴油机台架倒拖工况下研究缸套-活塞环的摩擦振动,基于谐波小波和二次图像分析方法提取和分析柴油机倒拖工况摩擦振动特征参数,研究表明:谐波小波分析法可以有效滤除强背景噪声、提取微弱信号,实现从柴油机倒拖工况振动信号中滤除往复惯性冲击,分离出微弱摩擦振动信号的目标;在柴油机倒拖状态下,振动特征参数V、HV和N的变化规律可以敏感地反映不同转速、不同润滑介质工况下柴油机无压缩冷磨合过程,可以描述活塞环不同断环故障下的工作状态,可以表征柴油机在无润滑工况下缸套-活塞环干摩擦的拉缸变化过程。振动特征参数V、HV、N和e能够定量刻画柴油机倒拖状态摩擦振动信号的特征。 综上,本文对柴油机缸套-活塞环摩擦振动量化分析方法进行了探索和试验研究,提出了摩擦振动二次图像量化分析法,提取了摩擦振动特征体参数,有效地对柴油机缸套-活塞环的摩擦振动和磨损行为进行了定量的表征,为利用振动信号评价缸套-活塞环摩擦磨损过程提供了全新的途径。


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