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

1、隨著內(nèi)燃機的廣泛使用和現(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)燃機的復(fù)雜性，一般的機械故障診斷技術(shù)也難以直接應(yīng)用于內(nèi)燃機故障診斷，因此，必須發(fā)展針對內(nèi)燃機特點的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)。內(nèi)燃機曲軸角振動信號以其測量簡便和信息豐富的優(yōu)點，得到了國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，是目前內(nèi)燃機故障診斷領(lǐng)域的前沿和研究熱點。本文針對內(nèi)燃機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、畸點濾波法和曲軸角振動簡諧診斷法，為研制實用而有效的內(nèi)燃機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、測量持續(xù)時間長的優(yōu)點，并能實現(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)時間長，可以采集較大內(nèi)燃機工作循環(huán)數(shù)的優(yōu)點，進行了內(nèi)燃機

3、非穩(wěn)定工況角振動測量分析。揭示了內(nèi)燃機工況不穩(wěn)定會導(dǎo)致曲軸角振動信號中存在趨勢項這一本質(zhì)特性，研究了趨勢項對扭振分析的影響及消除方法。對A/D采樣擬合法進行了完善，提出了消除角振動隨機測量誤差的循環(huán)內(nèi)多點平均方法。 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處誤差值而不影響非畸點處原值的畸點濾波法。對畸點濾波法的關(guān)鍵步驟進行了證明，推導(dǎo)了畸點處誤差值衰減的規(guī)律，估計了畸點濾波法計算量。為適應(yīng)

4、在線測量或?qū)崟r控制的運算速度要求，提出了畸點濾波快速算法?；c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，本文提出了一種先將衰減簡諧信號變換為同頻簡諧信號，再采用畸點濾波法消除衰減簡諧信號中畸點的思路。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——負阻尼傅立葉變換實現(xiàn)。 論文以內(nèi)燃機動力學(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)燃機任意測點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“單諧次準剛體模型”，討論了滿足“單諧次準剛體模型”條件的兩種情況，建立了既準確又簡便實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“單諧次準剛體模型”，推導(dǎo)了用于故障診斷的五個推論，建立了一套應(yīng)用廣泛、診斷準確、

6、簡便實用且不依賴軸系結(jié)構(gòu)參數(shù)或大量實驗的內(nèi)燃機曲軸角振動簡諧診斷新方法，并成功地應(yīng)用于內(nèi)燃機工作狀態(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、公式及推論作了嚴格的理論推導(dǎo)與證明，并進行了大量的仿真研究和實驗驗證。 論文的研究工作，進一步發(fā)展了基于曲軸角振動信號的內(nèi)燃機故障診斷系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，不僅對研制診斷系統(tǒng)有實用價值；而且由此得出的一些具有普遍意義的研究成果還可