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基于扭振信号的柴油机故障诊断方法研究

李玩幽  
【摘要】: 利用扭振信号进行柴油机故障诊断,具有传感器简单、安装方便、价格便宜、使用寿命长等优点。针对柴油机的重大故障:单缸熄火、曲轴裂纹、拉缸故障,利用扭振信号进行了深入的诊断研究工作。本文的主要研究内容和创新成果如下: 1.提出了利用扭振信号的峭度分析来诊断柴油机单缸熄火故障的方法。这一思路提出的来源于:峭度对大幅值和脉冲类信号比较敏感,根据柴油机燃烧的特点,可以假设气缸压力在一个在循环中为一个脉冲激励。在正常发火情况下,扭振信号的峭度不一定按照正态分布,但是对特定的柴油机装置是稳定的。如果有一缸熄火,由于激励的减少会导致扭振峭度的减小。仿真和实验能较好地吻合。 2.利用扭振信号的简谐分析定性诊断柴油机单缸熄火故障的机理得到了研究。通过对扭振激励的相对振幅矢量和的仿真和实验研究,得到结论如下:如果柴油机发生单缸熄火故障,扭振低谐次幅值会大幅度增加,主简谐会略有下降。 3.利用时域LMS自适应辨识的方法从扭振信号反演了发动机各个气缸燃烧压力大小的创新方法得到研究。假设将气缸压力分为作功冲程和其它冲程两部分组成。熄火故障主要表现在作功冲程和正常情况不同,利用扭振信号辨识作功冲程压力大小,不仅能够诊断熄火缸的位置还能纵观各个气缸的作功情况。 4.开拓了利用扭振信号诊断柴油机曲轴裂纹的方法。裂纹导致曲轴的扭转刚度下降,裂纹的张开和闭合导致扭转刚度在一个工作循环中是变化的。本文借鉴了裂纹转子刚度的开闭模型,首次对含有变刚度单元的柴油机动力装置进行了扭振计算,结果表明柴油机曲轴有裂纹后,扭振的角位移和附加振动力矩的高谐次分量会增加,峭度值增加。 5.创造性地利用了扭振信号诊断柴油机拉缸故障。拉缸时,由于摩擦阻力的增大,发动机喷油量达到最大。尽管摩擦阻力的大幅度增加减小了气体压 哈尔滨工程大学博士学位论文 力的作用效果,特别是做功冲程的气体压力,这样导致扭振的峭度下降、 扭振低谐次幅值增加、但是主简谐幅值比正常情况增加。 6.本文研制了国内第一套基于扭振的柴油机故障诊断系统,该系统共有两个 部分组成,在扭振测量部分中,计数晶振频率达到40MHZ,是目前国内计. 数频率最高的。计数频率的提高使得能够测量的精度和转速范围也提高 了。诊断系统的规则简单实用,系统具有良好的开放性,并便于修改和移 植。这套系统无论是作为普通的测量分析装置,还是作为长期监测和诊断 系统都具有良好的前景。 7.为了能够对扭振诊断系统进行标定,本文改进了一种电子扭振标定器。这 种标定器与国内外同类产品相比,除了转速可变外,还有一些创新之处: 齿数可调、输出幅值可调、同时可以输出每周一个的上死点参考信号。


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