基于曲軸角振動信號的內(nèi)燃機(jī)故障診斷系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究.pdf

1、隨著內(nèi)燃機(jī)的廣泛使用和現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，傳統(tǒng)的事后維修和定時(shí)檢測已不適應(yīng)目前視情維修體制的要求；而由于內(nèi)燃機(jī)的復(fù)雜性，一般的機(jī)械故障診斷技術(shù)也難以直接應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)故障診斷，因此，必須發(fā)展針對內(nèi)燃機(jī)特點(diǎn)的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)。內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動信號以其測量簡便和信息豐富的優(yōu)點(diǎn)，得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，是目前內(nèi)燃機(jī)故障診斷領(lǐng)域的前沿和研究熱點(diǎn)。本文針對內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動診斷系統(tǒng)研制中，在信號測量、信號處理及診斷方法等關(guān)鍵技術(shù)上存在的問題，提

2、出了A/D采樣擬合法、畸點(diǎn)濾波法和曲軸角振動簡諧診斷法，為研制實(shí)用而有效的內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動診斷系統(tǒng)奠定了理論基礎(chǔ)。 本文首先按照軟件加通用硬件替代專用儀器的虛擬儀器設(shè)計(jì)思想，提出了基于通用A/D采樣卡的角振動測量新方法——A/D采樣擬合法。該方法具有測量精度較高、硬件成本低、通用性強(qiáng)、測量持續(xù)時(shí)間長的優(yōu)點(diǎn)，并能實(shí)現(xiàn)角振動信號與其它信號的同步測量。利用A/D采樣擬合法測量持續(xù)時(shí)間長，可以采集較大內(nèi)燃機(jī)工作循環(huán)數(shù)的優(yōu)點(diǎn)，進(jìn)行了內(nèi)燃機(jī)

3、非穩(wěn)定工況角振動測量分析。揭示了內(nèi)燃機(jī)工況不穩(wěn)定會導(dǎo)致曲軸角振動信號中存在趨勢項(xiàng)這一本質(zhì)特性，研究了趨勢項(xiàng)對扭振分析的影響及消除方法。對A/D采樣擬合法進(jìn)行了完善，提出了消除角振動隨機(jī)測量誤差的循環(huán)內(nèi)多點(diǎn)平均方法。 通過對曲軸角振動信號中干擾信號基本特性的分析，本文提出了一種只衰減周期信號中畸點(diǎn)處誤差值而不影響非畸點(diǎn)處原值的畸點(diǎn)濾波法。對畸點(diǎn)濾波法的關(guān)鍵步驟進(jìn)行了證明，推導(dǎo)了畸點(diǎn)處誤差值衰減的規(guī)律，估計(jì)了畸點(diǎn)濾波法計(jì)算量。為適應(yīng)

4、在線測量或?qū)崟r(shí)控制的運(yùn)算速度要求，提出了畸點(diǎn)濾波快速算法?；c(diǎn)濾波法及其快速算法不僅可以用于曲軸角振動信號濾波，還可廣泛用于其他各種周期性信號、甚至衰減簡諧信號中。為消除衰減簡諧信號中的畸點(diǎn)，本文提出了一種先將衰減簡諧信號變換為同頻簡諧信號，再采用畸點(diǎn)濾波法消除衰減簡諧信號中畸點(diǎn)的思路。將衰減簡諧信號成分變換成同頻簡諧信號，可用本文提出的模態(tài)參數(shù)識別新方法——負(fù)阻尼傅立葉變換實(shí)現(xiàn)。 論文以內(nèi)燃機(jī)動力學(xué)和傅立葉變換理論為基礎(chǔ)，深入

5、研究了曲軸激振力矩與角振動響應(yīng)間的關(guān)系，首次推導(dǎo)出了多缸內(nèi)燃機(jī)任意測點(diǎn)的簡諧角振動與各缸簡諧力矩的函數(shù)關(guān)系式，即基本關(guān)系式。針對目前用于角振動診斷的剛體和彈性動力學(xué)模型的局限，利用簡諧振動的正交性，首次從單諧次的角度，提出了“單諧次準(zhǔn)剛體模型”，討論了滿足“單諧次準(zhǔn)剛體模型”條件的兩種情況，建立了既準(zhǔn)確又簡便實(shí)用的角振動簡諧診斷動力學(xué)模型。根據(jù)基本關(guān)系式和“單諧次準(zhǔn)剛體模型”，推導(dǎo)了用于故障診斷的五個(gè)推論，建立了一套應(yīng)用廣泛、診斷準(zhǔn)確、

6、簡便實(shí)用且不依賴軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)或大量實(shí)驗(yàn)的內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動簡諧診斷新方法，并成功地應(yīng)用于內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測、停缸號診斷、故障缸功率損失率診斷、漏氣缸位診斷和各缸作功均勻性診斷中。 論文對所提出的新方法、公式及推論作了嚴(yán)格的理論推導(dǎo)與證明，并進(jìn)行了大量的仿真研究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。 論文的研究工作，進(jìn)一步發(fā)展了基于曲軸角振動信號的內(nèi)燃機(jī)故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅對研制診斷系統(tǒng)有實(shí)用價(jià)值；而且由此得出的一些具有普遍意義的研究成果還可