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基于振动分析的内燃机主轴承状态监测与故障诊断方法研究

李志敏

  内燃机自发明以来至今已有一百多年的历史,它已成为汽车、工程机械、船舶、机车,发电机组等诸多设备的动力心脏。这些设备在人民生活和生产实践中担负着重要的任务。内燃机本身的有关技术,如:可靠性、经济性和使用寿命等,已相对成熟,但其在基于振动分析技术的状态监测与预测维修的技术应用上,进展却十分缓慢,这主要是由其振动信号的复杂性造成的。内燃机往复式活塞和曲柄连杆机构的运动方式,决定了它具有冲击特点的工作过程,并且在实际应用中这种过程还往往是变工况的,它所产生的振动信号十分杂乱,很难有如旋转机械那样简洁的频谱特征。其内部的一些故障信号往往被淹没在正常的工作信号中而难以发现,所以,如何在从其杂乱的工作信号中提取表征故障的特征参数,是实现内燃机状态监测、故障诊断及预测维修的关键所在。本文以2100-BI型柴油机为例,对内燃机曲柄连杆机构进行了运动和受力分析,依据油液润滑理论,计算出主轴颈在主轴承内的运动轨迹,提出当最小油膜厚度减小时,主轴承内的旋转油膜力将减小而挤压油膜力将增加,这是引起主轴承内受力变化的主要原因。而理论计算证明,润滑油粘度和主轴承间隙对最小油膜厚度有着直接的影响。文中还通过频响特性实验揭示出机体表面的振动响应信号与主轴承内冲击力的关系。根据上述研究结果,提出了以下的油膜破裂假设:当主轴承内的最小油膜厚度无论因为什么原因减小到一定程度时,油膜将破裂,主轴颈对主轴承的力将由主要是油膜挤压力转变为金属之间的直接撞击,这时虽然轴承受力的总能量没有多少变化,但受力波形将明显尖锐。跟据这一假设,对机体表面振动信号进行了仿真研究,发现主轴承内这种尖锐的受力波形会使机体表面的振动响应能量向高频偏移,这就为今后利用振动信号监测主轴承的工作状况提供了理论依据。大连理工大学博土学位论文为了证明以上的理论计算结果和假设,作者建立了内燃机实验台,模拟实际工作中主轴承的间隙变化情况,在各种工况下进行了完整的台架实验,利用自己编制的数据采样程序,采集了完备的实验数据。并且编制了一套内燃机振动数据分析软件。对所采集的数据进行分析,结果表明,本文所提出的小波滤波包络谱方法和美国ENny公司的峰值能量憎方法均可有效的反映内燃机主轴承内的受力冲击状况,以两种憎图的0.5倍频的幅值为特征参量,可实现对内燃机主轴承工作情况的状态监测。本文还讨论了内燃机工况,振动测点位置,传顽器的选择与固定等诸多因素对监测结果的彤响。证明主轴承盖上的振动信号可以明显表征主轴承的状态,而在机体侧面所测得的振动信号却对其不敏用。……   
[关键词]:内燃机;主轴承;状态监测;小波滤波包络谱;峰值能量
[文献类型]:博士论文
[文献出处]:大连理工大学2001年
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