内燃机曲轴单谐次角振动相位诊断法研究

论文摘要

运用0.5谐次角振动相位诊断法可对内燃机单缸故障的缸号进行简便而准确地诊断。但目前尚未考虑非故障缸在“自然工况”下对0.5谐次角振动相位角φ0.5的影响;也未分析内燃机工况（转速n和功率P）变化时,0.5谐次角振动相位角φ0.5的变化规律。本论文针对上述问题,采用仿真分析、实验研究与理论分析相结合的方法进行研究,以解决0.5谐次角振动相位诊断法在工程应用中尚存在的问题。本文主要研究工作如下:首先,利用TVCA软件,对内燃机非故障缸处于“自然工况”,而故障缸不同剩余功率时的大量方案,计算分析了相应的曲轴自由端0.5谐次振动相位φ0.5特性。分析结果表明:故障缸单缸完全停缸时φ0.5集中度很高,随着故障缸剩余功率的增加,φ0.5分布区间将增大,且其中心左移（变小）:故障缸剩余功率低于85%,可利用φ0.5准确判断故障缸号;故障缸剩余功率为90%时,利用φ0.5判断故障缸号的准确率约90%,仍然有一定的工程参考价值。其次,计算分析了内燃机故障缸单缸完全停缸时,φ0.5随工况变化的速度特性和负荷特性。其速度特性为φ0.5随转速n的增加而减小,且具有良好的线性关系;负荷特性为φ0.5随平均有效压力Pe的增加而减小,其关系可用二次曲线表示。利用速度特性曲线和负荷特性曲线,可求出φ0.5随工况（n和Pe）变化的“万用工况”公式。最后,对0.5谐次角振动相位φ0.5随工况变化的关系进行了初步的实验研究和理论分析。实验研究表明,在单缸完全停缸的情况下,随着转速n的增加,φ0.5逐渐减小,且φ0.5曲线基本呈线性变化,与仿真研究一致。另外从理论上,对φ0.5随转速n及力矩初相位角变化的规律进行了探讨。这些研究结果进一步验证了内燃机曲轴0.5谐次角振动简谐诊断法的可行性和实用性,对曲轴角振动简谐诊断法更好地用于工程实际,具有参考价值。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 常用的内燃机故障诊断技术
• 1.2.1 油液分析法
• 1.2.2 振动分析法
• 1.2.3 瞬时转速法
• 1.2.4 声信号技术法
• 1.2.5 基于信息融合的方法
• 1.2.6 基于专家系统的方法
• 1.2.7 基于神经网络的方法
• 1.2.8 模糊理论及其在故障诊断中的应用
• 1.3 内燃机曲轴角振动故障诊断方法概述
• 1.3.1 波形分析法
• 1.3.2 诊断模型法
• 1.3.3 扭振信号反演法
• 1.3.4 单谐次诊断法
• 1.4 本论文的意义及研究内容
• 第2章 内燃机曲轴简谐角振动故障诊断原理
• 2.1 单谐次角振动相位诊断法简介
• 2.1.1 基本关系式
• 2.1.2 单谐次准刚体模型
• 2.1.3 两个主要推论
• 第3章 功率不均衡对0.5谐次角振动相位特性的影响
• 3.1 研究目的
• 3.2 研究方案
• 3.3 仿真次数的确定
• 3.3.1 完全停缸
• 3.3.2 85%剩余功率研究
• 3.4 不同剩余功率对0.5谐次角振动相位分布的影响
• 0.5特性'>3.5 各故障缸在不同剩余功率的φ_0.5特性
• 0.5特性'>3.5.1 完全停缸时与各故障缸对应的φ_0.5特性
• 0.5特性'>3.5.2 各故障缸85%剩余功率对应的φ_0.5特性
• 0.5特性'>3.5.3 各故障缸90%剩余功率对应的φ_0.5特性
• 3.5.4 90%剩余功率时故障缸诊断的准确度分析
• 3.6 本章小结
• 第4章 工况变化对0.5谐次角振动相位的影响
• 4.1 研究目的和方法
• 4.2 第1缸完全停缸
• 0.5-n曲线分析'>4.2.1 φ_0.5-n曲线分析
• 0.5-P_e曲线分析'>4.2.2 φ_0.5-P_e曲线分析
• 4.3 "万用工况"公式推导
• 4.4 本章小结
• 0.5随转速变化的实验研究和影响因素探讨'>第5章 φ_0.5随转速变化的实验研究和影响因素探讨
• 5.1 实验研究
• 5.1.1 实验设备及测量系统
• 5.1.2 实验内容及实验结果分析
• 0.5波动区间分析'>5.1.3 φ_0.5波动区间分析
• 0.5的主要因素探讨'>5.2 影响φ_0.5的主要因素探讨
• 0.5的影响'>5.2.1 转速对φ_0.5的影响
• 0.5影响'>5.2.2 平均有效压力对φ_0.5影响
• 5.3 本章小结
• 结论及展望
• 1.主要研究结论
• 2.展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果
• 附录