识别运行状态下内燃机曲轴角振动模态参数的新方法

提出了基于停缸法识别运行状态内燃机曲轴角振动模态参数的一种新方法。基于线性叠加原理,将某缸单独工作引起的测点角振动表示成多个模态角振动的叠加,并推导出当曲轴在该缸的某谐次简谐力矩作用下发生某一种振型的振动时,此时测点角振动近似表现为该模态角振动。对某6240柴油机的仿真研究结果表明:利用停缸法得到的测点角振动位移频响曲线,可识别内燃机曲轴角振动第1、2阶模态参数(固有频率、阻尼比和振型),且各阶模态振型和固有频率与自由振动计算结果相当接近,最大误差仅为2%。     

内燃机曲轴角振动诊断的单谐次准刚体模型

针对目前用于曲轴角振动诊断的刚体和弹性动力学模型的局限,利用简谐角振动的正交性,从单谐次的角度,提出了“单谐次准刚体模型”,讨论了满足“单谐次准刚体模型”条件的两种情况,建立了既准确又简便实用的角振动简谐诊断动力学模型。根据“单谐次准刚体模型”和简化后的基本关系式,可建立一套适用广泛、诊断准确、简便实用且不依赖轴系结构参数或大量实验的内燃机曲轴角振动简谐诊断新方法,简化了基于曲轴角振动的内燃机工作状态监测、停缸号诊断、故障缸功率损失率诊断和漏气缸位诊断方法。     

喷油矢量对柴油机曲轴扭振影响的机理

采用基于集中质量法的GT-SUITE软件,建立8,V2015柴油机曲轴系统动力学与性能协同仿真模型,并对其进行必要的试验标定.开展喷油矢量对柴油机曲轴扭振的影响机理的仿真研究,并以干扰力矩矢量和这一扭振能量衡量指标进行验证.结果表明,调节气缸循环喷油量影响发动机激励力矩低频段幅值,调整喷油提前角则主要影响中高频段的幅值和相位.激励力矩的影响机理可用来抑制曲轴扭振,不同喷油矢量的调节方案表明扭振抑制的有效性,其中减振器惯性体端5.5谐次的扭转角位移幅值降低21.2%;干扰力矩矢量和与扭转角位移的变化趋势一致,可作为扭振强弱的衡量指标以及扭振抑制的优化目标.     

内燃机气体压力扭振激励谐值中几个关系式的探索

在内燃机轴系装置中,引起扭振的最主要的激励力源是气缸内气体压力所产生的激励力矩。本文运用适当的数学理论和方法,得出了在进、排气行程表压为零的四冲程发动机中激励谐值与平均指示压力间的关系式,并揭示了四冲程发动机中不同的曲轴转角起始位置所对应的激励谐值的关系,分析了当气体压力加上或乘上某常值时对激励谐值的影响等,从而为精确确定扭振激励谐值以及各激励谐值间的相互关系等提供了理论基础。     

某柴油机曲轴扭振合成应力控制计算分析

针对某新型柴油机轴系扭振计算中曲轴扭振附加应力过大问题,对激励进行分析并开展扭转振动计算;尝试采取不同途径消减过大扭振合成应力。得到如下结论:当今柴油机强化指标不断提高,而CCS推荐的气体激励简谐分量幅值相对偏小,从安全角度出发,扭转振动计算时应按照柴油机厂提供的激励数据进行。共振区域的过大振动应力可通过确定主要贡献的谐次分量,调整节点位置部件参数的方法来消减;非共振区域的过大振动属正常的振动响应,可通过增强曲轴的抗扭振疲劳强度来适应,但其可行性应综合考虑柴油机设计因素。     

一种基于单谐次角振动信号的内燃机工作状态监测新方法

分析了内燃机轴承低阶扭振振型特性;提出了单谐次准等差振幅模型。当内燃机轴系满足此条件时,提出一种利用曲轴低谐次扭振信号幅值监测内燃机工作状态的新方法。并以某机车柴油发电机组轴系为对象进行了应用研究,验证了本方法的实用性和诊断准确性。新方法不需要其他结构参数,简便易行,而且准确度高,适用广泛,有较强的工程实用价值。     

0.5谐次扭振故障阈值新方法研究

提出了一种利用曲轴的0.5谐次扭振幅值通过设定阈值来对内燃机进行状态监测的新方法.以内燃机动力学理论为基础,利用当0.5谐次扭振频率远低于内燃机轴系单结点振型固有频率时,其"自然工况"与故障工况下0.5谐次扭振幅值概率分布重合度很小的特性,选定合适的阈值来判断内燃机是否处于正常工况状态,并使"误诊断"和"过诊断"较小.以6135柴油机为对象的应用研究验证了本方法的实用性和准确性.     

基于灵敏度分析的内燃机曲轴扭振系统结构动力学修改

应用系统矩阵法利用系统矩阵法,分析了内燃机曲轴扭振系统无阻尼自由振动固有频率和振型对转动惯量及刚度的灵敏度。基于固有特性灵敏度分析,给出了扭振系统结构动力学修改的计算方法。以某内燃机曲轴扭振系统为例计算分析了固有频率和振型的灵敏度问题,在此基础上进行了动力学修改,提出了改进方案。     

柴油机拉缸故障的仿真研究

基于虚拟仿真手段,在曲轴柔性化基础上建立了某型柴油机轴系多体动力学模型,对其进行了拉缸时的扭振特性分析。分析表明:柴油机拉缸时,轴系的低次简谐1.0次振幅有较大的增加;各主谐次的扭振幅值较正常情况也增大。这一结论可为柴油机的在线监测与拉缸故障诊断提供依据。     

内燃机过渡工况扭振特性研究

提出了一种去除过渡工况中趋势项的方法以提高内燃机轴系扭振幅频特性分析精度。利用过渡工况下扭振信号的各简谐成分实部和虚部等于该转速下稳定工况扭振信号各简谐成分实部和虚部与趋势项各简谐成分实部和虚部线性叠加的性质,可通过消去趋势项得到该转速下稳态工况的各简谐成分准确幅值。通过仿真和实验研究,不仅验证了所提方法的实用性,并且发现过渡工况中的趋势项具有对0.5、1.0等低简谐成分幅值影响最大,而对中、高简谐成分幅值影响相对较小的性质。     

柴油机曲轴系统扭振协同仿真及试验研究

对柴油机曲轴系统进行了扭振研究,在推导V型柴油机相对振幅矢量和的基础上,确定了V型6缸柴油机的主强简谐。采用GT-SUITE建立该V型6缸柴油机曲轴系统动力学协同仿真模型,并通过试验数据校核模型。对柴油机断油和停气门两种变排量方案进行了仿真研究。结果表明:变排量后轴系扭振角位移幅值显著增加,停气门方案较断油方案幅值大。     

直列六缸柴油机的曲轴轴系扭振分析

基于excite designer,对某一直列六缸机曲轴轴系进行扭振计算和分析。基于时域和频域,进行扭转角位移分析,扭矩和剪应力分析。曲轴自由端的最大振幅0.5356deg,最大综合剪应力57.3MPa。轴系扭振情况较为严重,需要考虑改进减振措施。     

直列六缸柴油机的曲轴轴系扭振分析

基于excite designer,对某一直列六缸机曲轴轴系进行扭振计算和分析。基于时域和频域,进行扭转角位移分析,扭矩和剪应力分析。曲轴自由端的最大振幅0．5356deg,最大综合剪应力57．3MPa。轴系扭振情况较为严重,需要考虑改进减振措施。     

内燃机轴系扭振减振器的最优化设计

本文以多质量综合分析法结合现代最优化技术对内燃机轴系扭振减振器进行优化设计,通过对减振器参数在可能范围内的优选组合以使整个轴系动态特性达到最优。其中包括发动机在全部运行工况范围内轴系扭振幅值的均方根值最小及各部位间的相对幅值小于许用值。这样既保证了曲轴运转安全可靠,又使轴系转动能量的耗散最小。本文以一台6缸柴油机为例,进行了轴系扭振减振器的最优化设计,装机实验结果表明其性能达到了预期的效果。本文还提出了内燃机轴系扭振减振器最优化设计的全套电算通用程序。该程序可适用于各种大、中、小型内燃机轴系扭振减振器的优化设计,也可用于弹性阻尼减振器及动力减振器的设计。     

汽油机怠速工况曲轴滚振特性的试验研究

建立了四缸汽油发动机的怠速闭环控制系统及曲轴滚振测试系统,在650r/min、800r/min、1000r/min三种怠速工况下,对反映发动机怠速稳定性的曲轴滚振特性进行了试验研究。对滚振幅频特性及相频特性的分析结果表明,在发动机连续工作50个循环内,三种怠速工况下0.5谐次滚振的平均幅值最大且存在着较大的循环波动,2.0谐次的次之,1.0谐次和1.5谐次的相对较低。0.5谐次的滚振及其循环波动是由于发动机各缸燃烧压力的差异以及缸内燃烧压力的循环波动引起的。随怠速转速的增大,0.5谐次和2.0谐次滚振的平均幅度及其循环波动幅度明显减小。当怠速不同时,由于各缸燃烧压力差异的变化,0.5谐次滚振的相位也随之变化。     

内燃机加速工况下曲轴旋转信号的转速跟踪滤波

测试分析内燃机曲轴的瞬时转速是识别内燃机做功状况和曲轴扭转振动特性的一种重要手段.内燃机在加速状况下采集到的曲轴旋转信号通常包含各种干扰信号,影响瞬时转速计算的准确性.提出了一种新的曲轴转速分析方法,设计一种中心频率随转速变化的窄带通滤波器,对曲轴旋转信号进行预处理,然后利用滤波后的信号计算曲轴的瞬时转速.基于曲轴实测旋转信号的分析结果表明:该方法修复了旋转信号中的失真部分,提高了曲轴瞬时转速的计算精度.     

基于阶比跟踪与VMD的瞬变工况发动机故障特征提取

针对发动机加速过程振动信号的非平稳性和存在强背景噪声的特点,提出阶比跟踪与变分模态分解(VMD)相结合的方法。对于柴油机曲轴轴承故障和汽油机连杆轴承模拟试验振动信号,利用阶比跟踪技术将时域上的非平稳信号转化为角域上的伪平稳信号,利用VMD对重采样信号进行分解,选择包含故障信息的模态分量,计算其阶比、转速、功率谱所构成的三维阶比谱阵,提取故障特征。仿真分析和故障模拟试验验证了该方法的有效性。