基于转速信号分析的柴油机故障诊断研究

发布时间：2017-03-30 11:08

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【摘要】： 为了提高柴油机动力装置的安全性和可靠性,满足现代预防维修制度和智能故障诊断的要求,对柴油机进行实时状态监测和在线故障诊断具有十分重要的意义。柴油机是一种典型的往复式动力机械,其结构复杂。这决定了对其进行状态监测和故障诊断的困难性。本文基于此背景下,根据柴油机曲柄连杆机构动力学知识,建立了瞬时转速波动诊断故障模型,研究了曲轴瞬时转速波动信号与柴油机缸内燃烧故障之间的联系,通过模拟计算和实验数据分析,可以对柴油机缸内燃烧故障或做功不均匀进行判断。 本文根据曲柄连杆动力学,利用数学关系推导出了曲轴瞬时转速波动信号,对4108型柴油机进行了模拟故障分析,通过对转速波动信号时域分析,发现在单缸和两缸故障发生时,瞬时转速波动信号与正常时的情况会有较大的差别;通过对转速波动信号FFT频谱分析,发现在单缸和两缸故障发生时,低于发火基频部分的频率幅值比正常情况有很大上升;进一步对瞬时转速信号时域和频域内图形进行量化分析,找到了两个特征参数,可以进行故障判断和故障气缸定位。采用双谱分析法和STFT时频分析法对瞬时转速信号进行分析,可以判断故障的发生及故障的严重程度,为瞬时转速信号处理提供了新的思路。用FFT—IFFT法对瞬时转速信号进行提纯处理也取得比较好的效果。为了验证模拟计算的正确性,对4135型柴油机实测瞬时转速信号进行分析处理,上述各种分析方法对其瞬时转速的分析均有比较好的效果,实测信号处理结果与模拟计算信号处理结果具有一致性,从而证实了这种方法的实用性。 由于瞬时转速诊断故障缸的方法简单实用,这就使得我们在无法测得柴油机缸内爆发压力,不涉及其动力学特性的情况下,快速准确判定故障是否存在及故障存在的位置提供了新的思路;同时该方法具有可移植性,适用于不同型号的柴油机,因此这种方法具有广泛的应用价值。
【关键词】：柴油机 故障诊断 瞬时转速 信号分析
【学位授予单位】：大连海事大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TK428
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 第1章 绪论10-18
• 1.1 柴油机故障诊断研究的目的和意义10
• 1.2 柴油机故障诊断研究的主要内容10-15
• 1.2.1 故障诊断技术10-11
• 1.2.2 柴油机故障诊断的研究内容11-15
• 1.3 瞬时转速诊断技术的研究现状15-17
• 1.4 本文主要研究内容及意义17-18
• 第2章 瞬时转速动力学模型的建立18-27
• 2.1 内燃机曲柄连杆机构运动学18-20
• 2.2 内燃机曲柄连杆机构的动力学分析20-23
• 2.2.1 曲柄连杆机构质量代换20-21
• 2.2.2 气体压力和往复惯性力21-22
• 2.2.3 气体压力扭矩和往复惯性力扭矩分析22-23
• 2.3 瞬时转速波动诊断模型的建立23-27
• 第3章 瞬时转速信号分析方法27-33
• 3.1 信号的预处理27
• 3.2 信号时域分析27
• 3.3 信号频谱分析27-30
• 3.3.1 傅里叶级数的展开28-29
• 3.3.2 离散傅里叶变换29
• 3.3.3 快速傅里叶变换29-30
• 3.4 瞬时转速信号分析的新方法30-33
• 3.4.1 双谱分析法30-31
• 3.4.2 STFT时频分析法31-33
• 第4章 瞬时转速模拟计算及分析33-58
• 4.1 模拟计算瞬时转速及波形图33-49
• 4.1.1 模拟计算柴油机正常工况下特性曲线及瞬时转速图33-40
• 4.1.2 模拟计算柴油机单缸故障瞬时转速及所得波形40-47
• 4.1.3 模拟计算柴油机两缸故障瞬时转速及所得波形47-49
• 4.2 模拟计算所得瞬时转速波形FFT分析49-53
• 4.2.1 模拟计算所得瞬时转速FFT频谱图49-51
• 4.2.2 模拟计算所得瞬时转速信号FFT频谱图分析51-53
• 4.3 模拟计算所得瞬时转速波形双谱分析53-54
• 4.3.1 模拟计算所得瞬时转速双谱图53
• 4.3.2 模拟计算所得瞬时转速双谱图分析53-54
• 4.4 模拟计算所得瞬时转速波形STFT分析54-58
• 4.4.1 模拟计算所得瞬时转速STFT时频图54-57
• 4.4.2 模拟计算所得瞬时转速STFT时频图分析57-58
• 第5章 实验数据分析58-73
• 5.1 实测瞬时转速信号的波形分析和FFT分析60-63
• 5.1.1 瞬时转速波形图及其FFT频谱图60-62
• 5.1.2 瞬时转速波形图及其FFT频谱图分析62-63
• 5.2 实测瞬时转速信号的双谱分析63-66
• 5.2.1 瞬时转速双谱图及其对角切片图63-64
• 5.2.2 瞬时转速双谱图分析64-66
• 5.3 实测瞬时转速信号的STFT分析66-69
• 5.3.1 瞬时转速STFT时频图66-68
• 5.3.2 瞬时转速STFT时频图分析68-69
• 5.4 实测瞬时转速信号的提纯分析69-73
• 第6章 结论及展望73-75
• 6.1 结论73
• 6.2 展望73-75
• 参考文献75-80
• 致谢80-81
• 研究生履历81

【引证文献】

中国硕士学位论文全文数据库 前5条

1 李一倬;柴油机远程监测平台的设计与开发[D];哈尔滨工程大学;2010年

2 彭思思;海洋救助船主要动力设备监测与诊断系统的研究与设计[D];武汉理工大学;2011年

3 李宁;咳嗽音识别方法的应用研究[D];重庆大学;2010年

4 衰文文;基于振动分析的汽车发动机在线转速测量研究[D];河北工业大学;2011年

5 蔡豪杰;基于DSP的柴油机状态监测与故障诊断系统研究[D];哈尔滨工程大学;2011年

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本文编号：276961