基于振动冲击特征的柴油机典型故障监测诊断方法及应用研究

发布时间：2020-04-10 03:52

【摘要】：冲击特征是柴油机振动信号相对其他旋转设备信号的最典型特征:振动激励源众多,振动响应与冲击传递过程复杂,健康状态的柴油机信号特征可能与其他设备如轴承严重故障时的信号特征相似。传统监测诊断方法对柴油机振动冲击的识别效果不佳,对冲击物理意义与传递规律研究不足。冲击特征的物理意义蕴含着丰富的零部件行为及机组运行状态信息,对柴油机典型故障的监测诊断作用关键。(1)本文首先采用AVL和ADAMS软件分别对柴油机燃烧压力、缸盖燃烧振动冲击以及气门运动冲击特征进行仿真研究,得到失火故障缸内压力特征、缸内燃烧冲击振动响应与传递特征以及气门间隙异常故障冲击的理论特征;(2)研究柴油机振动信号冲击特征的识别与提取算法。提出基于多算法联合优化的柴油机振动信号包络提取算法——求包络;进一步提出基于包络统计特征的冲击相位识别方法——提冲击;进一步提出基于冲击传递特征的冲击来源识别方法——找振源,对振动冲击的位置、能量与来源等特征进行算法识别;(3)通过模拟实验与工程项目对三类典型故障的诊断方法进行研究。首先定义柴油机缸盖振动能量谱融合状态信息,提出基于RNN深度学习的柴油机工况识别方法——确定故障诊断的工况状态,进一步分别提出基于冲击响应特征的失火故障诊断方法、基于冲击来源识别的撞缸故障诊断方法和基于冲击特征的气门间隙异常故障诊断方法,方法得到了实验与现场的验证。
【图文】：

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机型各异，激励成分复杂且数量众多、传递特性难以测量、边界条件和实时逡逑工况多变。柴油机的振动激励源主要有：作用于连杆的活塞往复惯性力、作用于缸头逡逑与活塞的气体力以及作用于缸头的气门落座力等，振动传递路径如图２－１：逡逑往复惯性力邋气体力邋气门落座力逡逑ＬＪ￣ＬＴＨ，￣￣￣，逡逑缸套ｐ｜活塞｜逦—｜缸头］？￣￣￣￣ｊ喷油器卜—逡逑＇邋ｒ逦ｒ邋，逦逦逦逡逑连杆］逦１１己气机构ｈ逡逑—￣ｒ￣￣一逦＂逦Ｉ逡逑，（逦，邋ｒＪＬ１邋，邋Ｉ邋，逡逑｜飞轮ｐ曲轴｜——正时轮系ｈ凸轮轴｜逦｜喷油泵逡逑轴承｜逦｜ｉＥ时齿轮箱ｊ邋｜凸轮轴轴承｜逡逑，１邋ｉ邋１邋Ｉ邋＇逦１邋，逡逑缸体（曲轴箱）逦—逡逑逦邋逦邋逦逦逦逡逑油底究逦机油泵逡逑￣￣逦底座支架逡逑图２－１柴油机主要激励源与振动传递路径逡逑Ｆｉｇ．２－１邋Ｄｉｅｓｅｌ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｍａｉｎ邋ｅｘｃｉｔａｔｉｏｎ邋ｓｏｕｒｃｅ邋ａｎｄ邋ｖｉｂｒａｔｉｏｎ邋ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ邋ｐａｔｈ逡逑本文选取其中重要的燃烧激励和气门激励作为建模仿真的研究对象。而在对柴油逡逑机振动特性进行研究时

实测压力,曲线对比,压力,柴油机

逡逑如图２－２，建立柴油机模型：ＳＢ１和ＳＢ２分别为进、排气系统边界，Ｃ０１为中冷逡逑器，ＰＬ１为进气总管，Ｃ１－Ｃ１２为１２个气缸元件，ＰＬ２与ＰＬ３为Ａ、Ｂ列排气总管，逡逑ＴＣ１为涡轮增压器，ＭＰ１－ＭＰ６为观测点。Ｅ１为柴油机整体属性设置模块，，可设置各逡逑缸点火顺序，曲轴转速等参数。根据柴油机元件实测参数和软件官方推荐经验值对各逡逑元件模型进行标定。逡逑２．２．２仿真压力结果分析逡逑由于柴油机是富氧燃烧，转速一定时，输出扭矩的变化可以转化为整机功率的变逡逑化，即循环供油量变化。在ＡＶＬ－ＢＯＯＳＴ中设置柴油机Ｉ５００ｒｐｍ的额定转速不变，通逡逑过改变缸内循环耗油量，分别模拟空载、２５％负荷、５０％负荷、７５％负荷和１００％满负逡逑荷工况下的气缸内燃烧压力信号。逡逑实验所用柴油机的额定工况下每小时耗油量约为８１１４２ｇ。经过换算估计，在逡逑ＢＯＯＳＴ软件中设置额定工况下
【学位授予单位】：北京化工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TK428

【参考文献】