汽车发动机各缸工作不均匀性的一种在线监测方法

提出一种利用瞬时转速信号在线监测汽车发动机各缸工作不均匀性和失火故障的方法,通过建立多缸发动机的非线性动力学模型。揭示了瞬时转速与气体力扭矩及各缸气体压力之间的本质联系,在此基础上直接定义了2种衡量各缸不均匀性的无量纲特征参数,给出了这些参数的快速提取算法和故障判断方法,实验研究结果表明,该方法有效可行,能满足在线分析的要求,从而为汽车发动机的性能监测、诊断与控制提供了一条可行的途径。     

基于瞬时转速的柴油机早期弱故障诊断实验研究

瞬时转速蕴含了大量柴油机运行状态信息,已经成功用于失火严重故障的诊断,但对于早期弱故障的诊断尚缺乏进一步的研究。针对6-135型柴油机,通过在不同程度上调整气缸喷油量、调整气阀间隙、模拟气阀泄漏等方法模拟柴油机早期故障,在不同工况下进行实验数据采集,计算柴油机瞬时转速信号,并分析其不同状态下的变化规律。发现柴油机瞬时转速信号可以用于判断多种早期故障,各缸瞬时转速升程归一化比值P是较直接的特征参数。正常状态下,各缸瞬时转速P值在0.9~1.1以内,若某缸升程P值下降超过10%,可认为该气缸存在故障。该方法对于影响缸内压力的故障如各气缸喷油量不均匀、气阀泄漏等比较敏感,对于活塞-缸套间隙过大等对缸内压力影响程度小的故障不敏感。     

基于0.5谐次扭振的内燃机故障诊断研究

依据内燃机轴系测点扭振与各缸激振力矩的关系式,利用0．5谐次扭振的幅值与相位特性,进行内燃机各缸作功状态监测和拉缸故障诊断。以6135柴油机为对象的应用研究验证利用0．5谐次扭振确定故障阈值方法的实用性和诊断准确性。对6240柴油机的实例分析表明,不仅可以利用0．5谐次扭振相位角准确判断出内燃机拉缸缸号,还可利用其幅值反映拉缸故障程度。因此,利用0．5谐次扭振对内燃机进行一级诊断和三级诊断具有较强的工程应用价值。     

扭矩法诊断柴油机动力装置故障

为了探索柴油机的故障机理,对6160A柴油机在正常情况下和一缸熄火时的瞬时扭矩进行了仿真计算,并利用该动力装置分别在活塞环故障、一缸停油、进气故障及正常情况下测录了不同转速和负荷下轴系上的扭矩动态变化信号。分析结果表明,故障原因与扭矩信号之间存在一定对应关系,结合其他传感器信号,可有效、实时地在线诊断柴油机故障。该轴扭测试分析系统也可用于柴油动力装置的实时监测。     

基于人工神经网络的柴油机失火故障诊断

车载诊断系统在诊断失火故障时,采用基于曲轴段角加速度和阈值规则相结合的方法,该方法在内燃机高速轻载运行时诊断单缸完全失火工况存在一定的局限性。通过对比分析失火和正常工况下曲轴瞬时转速的幅频和相频特征,提取不同谐次的幅值和相位信息,结合人工神经网络作为故障模式识别工具,得到了一种改善方法。通过台架实验,对此改善方法进行了单缸完全失火、两缸完全失火和单缸一定程度失火的故障诊断测试。结果表明,在实验条件下该方法可以有效识别不同的失火模式,并可在单缸失火模式下实现失火程度判别。同时,该方法通过少量工况数据训练神经网络,即可实现一定转速范围内的失火诊断,可行性强,可用于发动机失火故障在线诊断。     

船用内燃机扭振测试分析研究

本文测试分析目的是通过内燃机系统轴系扭振测试分析,利用轴系扭振共振频率等测试结果,确定、调整各设定工况的转速。在柴油机转速从360r/min到750r/min范围内的16个工况下,对曲轴自由端进行扭振测试。将测试所得的电压信号转化为瞬时转速信号,然后将瞬时转速信号进行预处理得到转速波动曲线,对转速波动曲线积分得到轴系的角位移曲线,最后通过频谱分析得到各谐次的扭振幅值随转速变化曲线。通过分析可以得到内燃机曲轴飞轮端综合扭振角位移幅值、自由端综合扭振角位移幅值、内燃机的共振转速等。     

非接触式诊断内燃机各缸压缩与爆发压力的方法

本文介绍了用实测内燃机循环内的瞬时转速波动变化 ,实现非接触式诊断各缸压缩与爆发压力的方法 ,给出了阶段性试验实测结果 ,表明这种方法可望发展用于内燃机监测诊断系统中     

起动电流在发动机气密性检测中的应用

针对传统的发动机气密性检测需要拆卸发动机的缺点,提出了一种基于起动电流的不解体实车在线检测方法.在对发动机不供油起动阶段各缸工作行程、起动阻力矩、瞬时转速、电压和电流的变化规律及相互关系进行了理论建模后,通过柴油机智能检测节点同步采集的实测信号验证了理论模型的正确性.针对F3L912型柴油机提取工作相位难的问题,采用压缩上止点指数来定位压缩行程上止点,进而实现故障缸的定位,并引入了归一化的气缸密闭性参数来判断气缸密闭一致性.在对正常、轻微漏气及严重漏气3种工况下提取的参数进行分析后,证实了提取的参数能够有效区分这些工况.本研究方法在实车在线不解体的情况下实现了发动机气密性故障的定性、定缸和定量判断.     

内燃机主轴承摩擦功率损失的影响因素

研究了影响主轴承摩擦功率损失的影响因素,包括轴承表面粗糙度、润滑油温度、曲轴转速、轴颈间隙和供油提前角,同时分析各影响因素对内燃机主轴承的影响。分析所用物理模型为直列六缸内燃机,其数学模型主要依据有限差分法与欧拉法求解雷诺方程,润滑油膜接触通过在时域内压力平衡迭代计算。对内燃机曲轴主轴承摩擦功率损失影响因素进行了探讨,计算结果表明,在内燃机零部件设计阶段应充分考虑轴承间隙以及表面粗糙度对摩擦功率损失的影响。     

基于瞬时转速的内燃机故障诊断及其方法分析

内燃机瞬时转速中包含了很多与内燃机燃烧和机械运行状态相关的信息,在其诊断和燃烧影响因素的研究中有重要作用,内燃机结构复杂,瞬时转速的信息提取难度较大,需要对故障诊断方法进行不断革新,才能确保内燃机的正常运行。文章主要就瞬时转速的内燃机故障诊断及方法进行了研究。     

Wigner-Ville时频分布在内燃机故障诊断中的应用

针对内燃机瞬时转速信号的非平稳性特点，将时频分布理论用于转速信号的故障特征提取。使用动力学仿真方法得到了正常状态和微弱单缸减油状态下的瞬时转速，对比计算它们的winger—Ville分布，发现时频分布图对功率不平衡性故障具有非常直观的可诊断性；这里winger-Ville分布的交叉项起到了放大微弱故障信息的作用，极大地提高了对故障的敏感程度，在仿真中可侦测单缸减油仅4％的模拟故障；使用实测的瞬时转速进行时频分布计算，经降噪处理后的时频分布图表现出了清晰的故障特征，证明是一种有效的基于瞬时转速故障特征提取的新方法。     

基于角域功率谱估计的滚动轴承故障诊断

滚动轴承是位于内燃机旋转连接处重要的零部件之一,其发生故障时会影响整个机器的运转。传统的功率谱估计方法无法对变转速下滚动轴承进行故障诊断,论文提出角域功率谱估计方法解决上述问题。首先通过角域重采样将时域变转速信号转化为角域稳态信号,而后估计角域稳态信号的功率谱,最后从角域功率谱中识别滚动轴承故障特征阶次。模拟点蚀故障试验表明,该方法能够有效提取变转速下故障特征。     

联轴器对压缩机轴系扭振的调节研究

在压缩机轴系中,联轴器不但起传递扭矩的作用,而且还有减小冲击、补偿各种因素引起的轴系相对位移和倾角.由联轴器联结的多跨转子系统的轴系扭转振动临界转速较为复杂,为避免其在工作转速的范围内,常需要进行结构的修改.本文通过分析及有限元动力学计算,针对某压缩机组轴系实例,阐明了利用联轴器调节轴系扭振的方法.当需要修改轴系动力学参数调整扭转临界转速时,修改联轴器参数是快捷、有效的方法.     

梁结构碰撞位置的定量诊断方法

针对机械设备中广泛存在的各种梁结构常因振动等原因与外界发生碰撞而不能及时准确检测出碰撞位置的问题,提出了一种梁结构碰撞故障位置的定量诊断方法。基于谐波平衡理论推导出碰撞梁响应信号中高次谐波成分之间的对比关系,根据无故障系统和故障系统信号的响应之差,提取某一高阶谐波分量,结合梁结构系统的有限元模型来诊断碰撞故障的具体位置。对悬臂梁和复杂梁结构的数值仿真和实验结果显示,该诊断方法能够准确判断梁结构的碰撞故障位置。通过改变未知参数的实验表明,该方法具有较好的稳健性,不需要大量的先验数据,仅用两个测点的响应数据就可以诊断出故障的准确位置,简单又便于实现在线诊断。     

基于线调频小波路径追踪阶比跟踪算法的齿轮箱故障诊断研究

针对阶比跟踪转速获取硬件方法需要额外安装转速测量设备,软件方法精度不高、抗噪能力弱的问题,提出基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计的齿轮箱阶比跟踪故障诊断方法。该方法利用基于线调频小波路径追踪瞬时频率估计算法适于分解频率呈曲线变化的非平稳信号的特点,采用其对齿轮箱的啮合频率分量进行估计以获取转速信号,依据转速信号对等时间间隔采样信号进行等角度重采样,将非平稳信号转化为角域平稳信号,得到振动信号的阶次谱,判断齿轮箱故障。仿真算例与应用实例表明上述方法在瞬时频率估计方面具有精度高和抗噪能力强的优点,可以根据信号自身的特点自适应的选择基函数,准确地对转速进行估计,其与阶比跟踪算法的结合能有效诊断齿轮箱故障。     

基于多参数融合核电EDG在线监测分析技术研究

针对目前核电应急柴油发电机组现有监测信息难以有效定位故障源的现状,提出一种基于键相、瞬时转速和振动等多参数融合的在线监测分析技术。对数据进行高速连续采集和处理,将时域信号转换至角域以消除转速波动的影响。基于柴油机故障特性和信息融合理论,提取各工作循环相关测点的多特征参数,确定各故障类型与相关特征的映射关系,依次融合相关参数对故障进行分析定位。结合该技术对启动超时故障进行分析,验证了该技术的有效性。     

利用曲轴扭振相位特性诊断内燃机故障缸的新方法

提出一种利用实测曲轴扭振信号单谐次分量的相位特性诊断内燃机故障缸的新方法.该方法能不依靠先验知识而准确判断出故障缸号.论文以6135ZG柴油机为对象进行了仿真计算和实验研究,验证了该方法的可行性.     

旋转机械转速波动检测及故障诊断

针对旋转机械运行转速波动导致信息获取及诊断决策困难问题,以非平稳信号的瞬时频率估计为切入点,结合快速路径优化算法进行非平稳信号的瞬时频率估计,以实现转速波动信息的准确获取。基于参数化时频分析理论的短时阶比原理,依据估计的振动信号瞬时频率变化函数构造匹配旋转算子,将转速波动信号的时频特征进行旋转,获得各时频窗内的短时阶次谱,进而完整保留转速波动信号的瞬态信息。仿真及实验结果表明,该方法可以准确提取出旋转机械转速波动工况下的状态信息及故障特征,为后续故障精密诊断奠定基础。     

基于噪声信号分析的轴流风机故障诊断

噪声是风机运行过程产生的一种信号,包含了风机结构振动的信息特征,据此提出通过分析风机噪声信号来实现风机不停机故障诊断的方法.结合风机噪声信号模型,对轴流风机轴系不对中、转子不平衡、基座松动、叶片损坏4种典型故障的Fourier频谱特征做出了理论分析预测.通过现场检测试验,采集了电机的转速信号与风机的噪声信号,分析了风机噪声的时域波形,初步诊断该风机存在故障.再分析了轴流风机噪声信号的Fourier频谱,提取出相关故障特征频率,发现频谱中n倍高次谐波比较明显,并且其中2n倍高次谐波占主导地位,因此判断该风机故障种类为轴系不对中.经过重新校正与检修,该风机恢复正常运转.试验及分析结果成功验证了基于噪声信号诊断轴流风机故障理论方法的可行性,对于工业领域通过噪声信号来诊断风机故障具有一定的指导作用.     

利用瞬时转速诊断电站系统中原动机的失火故障

分析瞬时转速信号在发动机发生失火故障时的波动特性,提出利用发动机瞬时转速诊断电站系统中原动机的失火故障。在提取瞬时转速波形特征参数的基础上,提出基于BP(back propagation)神经网络的故障诊断方法,并对该方法进行实验验证,成功诊断出某型发动机单缸及双缸失火故障,效果明显。