柴油机运行状态下配气机构动力学测量及振动解析

发布时间：2020-09-01 16:12

　　配气机构是柴油机重要的组成部分,它控制着发动机的换气过程,其设计是否合理将直接决定了柴油机的动力性、经济性、可靠性、以及排放水平、振动噪声水平,对柴油机的综合性能起着至关重要的作用。通过配气机构动力学试验测试,可以研究配气机构的运动学、动力学、振动噪声等相关特性,从而为配气机构的优化设计,以及配气机构的动力学和减震降噪理论研究提供重要的数据支持和实验依据,因而具有重要的理论意义和工程实践价值。目前,配气机构的动力学研究大多停留在台架实验和数值模拟层面,较少能实现柴油机实际运行状态下的配气机构动力学在线测量研究,并且相关动力学特性参数的数据处理和数据表示方法也不够系统,同时,气门振动解析等相关研究也很少有文献发表。柴油机实际运行状态下,配气机构动力学特性受到热膨胀以及柴油机其它部件的影响等,使得模拟试验台架测量获得的配气机构动力学特征并不能完全反映柴油机实际运行状态下的配气机构动力学真实情况。本课题以一台单缸船用柴油机为研究对象,开展了该发动机实际运行状态下的配气机构动力学特性的在线测量,通过测量获得了该发动机配气机构的动力学特征。并通过相关数据处理方法,完成了该发动机实际运行状态下的配气机构运动学状态,动力学状态,以及振动状态的具体分析和研究。首先,本文设计了一套配气机构动力学在线测量系统,通过激光位移传感器、电涡流位移传感器、压电式加速度传感器、金属应变片等传感器和相关安装工装,实现了某大功率船用柴油机配气机构动力学参数的在线测量,具体测量了气门升程、气门间隙、气门加速度、配气机构应变等动力学参数。随后,根据配气机构各动力学测量数据的特点,完成了实验数据的数据筛选、数字滤波、循环平均、频域分析、数据融合等实验数据处理方法研究。通过合适的数据处理方法,以及相关的表示方法和评价指标,具体进行了各种测量数据的数据处理,获得了准确的配气机构运动学和动力学特性,并对该配气机构的气门飞脱、气门反跳和配气机构受力等方面进行了详细的分析研究。最后,进行了气门振动的解析研究,具体分析了气门振动的具体来源和相应组成。解析过程中,具体对比研究了统计方法(经验模态分解EMD)和时频联合分析方法(短时傅里叶变换STFT、连续小波变换CWT)的优缺点后,采用解析效果最好的连续小波变换CWT对推进特性100%负荷工况的排气门加速度数据进行了振动分解,对气门加速度的组成信号进行了详细的分析。并提出了对解析结果进行实验验证的实验方法。
【学位单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2019
【中图分类】：TK427
【部分图文】：

系统原理图,配气机构,动力学试验,动力学参数

华中科技大学硕士学位论文2. 配气机构动力学测量试验系统配气机构动力学试验系统的功能是实现配气机构动力学参数的在线实时精准测量，主要测量的配气机构动力学参数有：气门升程、气门间隙、气门加速度、配气机构应力等，同时还要采集发动机的曲轴相位信号作为各配气机构动力学参数的时间轴。2.1 配气机构动力学测量试验系统总体结构配气机构动力学试验系统主要包括单缸机实验台架和配气机构动力学参数测量系统两大部分。配气机构动力学试验系统原理如图 2-1 所示。

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华中科技大学硕士学位论文气缸排量 ×××压缩比 ×××标定功率/转速 1060r/min燃烧方式直接喷射式增压方式模拟增压进气门开启角×××进气门关闭角×××排气门开启角×××排气门关闭角×××缸机实验台架配气机构系统主要由凸轮、推杆、摇臂、阀桥、气门、弹簧成，具体如图 2-2 所示。

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图 2-3 配气机构动力学试验系统实物图详细介绍气门升程、气门间隙、气门加速度、配气机相应测量装置。测量子系统感器测量原理量采用激光位移传感器，该传感器的工作原理为光学示。：可见光由激光器发出，将光点投射到靶面，光点反灵敏度的光学单元（PSD）上成像。由图 2-4 中的几到被测距离 z 为z = b*f/x

【参考文献】