內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)模態(tài)識(shí)別方法的研究及應(yīng)用.pdf

1、曲軸是內(nèi)燃機(jī)最重要的構(gòu)件之一，曲軸承受復(fù)雜交變的沖擊載荷而產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)振動(dòng)。軸系的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)不僅會(huì)影響軸系扭轉(zhuǎn)疲勞強(qiáng)度，而且與內(nèi)燃機(jī)許多其它的故障和性能惡化有關(guān)。因此，軸系扭轉(zhuǎn)振動(dòng)已經(jīng)成為內(nèi)燃機(jī)及其動(dòng)力裝置設(shè)計(jì)運(yùn)用必須重視的問(wèn)題之一。內(nèi)燃機(jī)軸系角振動(dòng)的模態(tài)決定了曲軸的扭轉(zhuǎn)振動(dòng)特性，對(duì)內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)進(jìn)行模態(tài)分析不僅能給曲軸動(dòng)力學(xué)分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)，而且所識(shí)別的曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)還可用于內(nèi)燃機(jī)工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷以及扭振評(píng)價(jià)和校核。本

2、文針對(duì)目前曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別中存在的問(wèn)題，發(fā)展了一套內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)(固有頻率、振型、阻尼比)識(shí)別方法，并在此基礎(chǔ)上對(duì)內(nèi)燃機(jī)軸系阻尼系數(shù)的識(shí)別、基于曲軸角振動(dòng)模態(tài)特性的內(nèi)燃機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷等問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。研究工作不僅完善了內(nèi)燃機(jī)曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)識(shí)別技術(shù)，而且豐富了基于曲軸角振動(dòng)的內(nèi)燃機(jī)故障診斷和狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)。主要研究?jī)?nèi)容包括：
　　 ⑴提出了內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的實(shí)驗(yàn)識(shí)別方法。推導(dǎo)

3、了考慮各角振動(dòng)模態(tài)間相互影響的多缸內(nèi)燃機(jī)任意測(cè)點(diǎn)簡(jiǎn)諧角振動(dòng)與任意缸簡(jiǎn)諧力矩的函數(shù)關(guān)系式；采用正交分量法消除曲軸角振動(dòng)滾振和其他階模態(tài)的影響，以提高曲軸角振動(dòng)模態(tài)參數(shù)的識(shí)別精度；提出利用停缸法識(shí)別內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下曲軸角振動(dòng)振型。該方法所得曲軸角振動(dòng)模態(tài)既符合內(nèi)燃機(jī)運(yùn)行狀態(tài)下曲軸角振動(dòng)實(shí)際情況，又不需要復(fù)雜的試驗(yàn)設(shè)備和大量試驗(yàn)工作。同時(shí)分析了功率不均衡狀況對(duì)曲軸角振動(dòng)振型識(shí)別精度的影響及解決方法。
　　 ⑵根據(jù)系統(tǒng)振動(dòng)能量相等的原理

4、提出了一種利用曲軸角振動(dòng)模態(tài)阻尼比識(shí)別內(nèi)燃機(jī)軸系阻尼系數(shù)的方法。推導(dǎo)了曲軸角振動(dòng)模態(tài)阻尼比與軸系各阻尼系數(shù)之間的關(guān)系，并建立了曲軸角振動(dòng)模態(tài)阻尼比與氣缸外阻尼系數(shù)、彈聯(lián)阻尼系數(shù)以及減振器阻尼系數(shù)之間的關(guān)系式。在識(shí)別軸系阻尼系數(shù)時(shí)，通過(guò)分析內(nèi)燃機(jī)軸系阻尼特性確定對(duì)該內(nèi)燃機(jī)起主要作用的阻尼，并選擇合適的曲軸角振動(dòng)振型，即可識(shí)別對(duì)內(nèi)燃機(jī)起主要作用的阻尼。該方法不需要大量實(shí)驗(yàn)，精度較高。
　　 ⑶針對(duì)目前基于曲軸單諧次“準(zhǔn)剛體”模型和“

5、準(zhǔn)梯形”模型的內(nèi)燃機(jī)故障缸診斷方法的局限，提出了一種基于曲軸角振動(dòng)振型特性的單缸故障缸矢量診斷方法。即在轉(zhuǎn)速一定時(shí)，如果曲軸的某諧次角振動(dòng)振型在曲軸內(nèi)無(wú)結(jié)點(diǎn)，則通過(guò)對(duì)各缸正常工況和任意單缸故障工況下的測(cè)點(diǎn)該諧次角振動(dòng)位移進(jìn)行矢量差計(jì)算，利用矢量差的相位就可以實(shí)現(xiàn)故障缸的準(zhǔn)確診斷。該方法不需要建立曲軸簡(jiǎn)諧角振動(dòng)診斷動(dòng)力學(xué)模型，也不需要軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)和先驗(yàn)知識(shí)以及大量實(shí)驗(yàn)，同時(shí)可適用于各缸發(fā)火間隔角在曲柄圓內(nèi)非對(duì)稱分布的情況。
　　

6、⑷提出一種基于曲軸角振動(dòng)響應(yīng)實(shí)現(xiàn)在線監(jiān)測(cè)內(nèi)燃機(jī)功率的新方法。推導(dǎo)了內(nèi)燃機(jī)軸系測(cè)點(diǎn)的單諧次角振動(dòng)位移與內(nèi)燃機(jī)功率的關(guān)系式；并推導(dǎo)了一定轉(zhuǎn)速下，當(dāng)內(nèi)燃機(jī)各缸做功均勻，軸系測(cè)點(diǎn)的某諧次角振動(dòng)位移幅值與內(nèi)燃機(jī)功率呈三次多項(xiàng)式關(guān)系；通過(guò)擬合該轉(zhuǎn)速下軸系測(cè)點(diǎn)的該諧次角振動(dòng)位移幅值隨內(nèi)燃機(jī)功率的變化規(guī)律曲線，即可利用該諧次角振動(dòng)位移幅值在線監(jiān)測(cè)內(nèi)燃機(jī)功率。該方法測(cè)試簡(jiǎn)單，無(wú)需專用儀器，成本低，能滿足工程應(yīng)用需要。
　　 ⑸對(duì)所提出的新方法、公