發(fā)布時間：2020-03-28 02:26

【摘要】：活塞式發(fā)動機(jī)是眾多關(guān)鍵裝備的核心動力機(jī)械,在車輛、船舶、電力和油氣田勘探輸運(yùn)以及工程機(jī)械等國民經(jīng)濟(jì)重要領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。但惡劣的工作條件、復(fù)雜的機(jī)械機(jī)構(gòu)、以及多變的工況狀態(tài)使得活塞式發(fā)動機(jī)故障頻發(fā);部分機(jī)械故障的發(fā)生與發(fā)展較快,極易導(dǎo)致設(shè)備損毀。發(fā)動機(jī)惡性故障不僅會造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,甚至導(dǎo)致人員傷亡,影響惡劣。目前普遍采用的活塞式發(fā)動機(jī)傳統(tǒng)監(jiān)測診斷方法已經(jīng)越來越不能滿足工業(yè)現(xiàn)場日益提升的實(shí)際診斷需求。因此,通過現(xiàn)代信號處理方法提取故障特征,并開展活塞式發(fā)動機(jī)監(jiān)測診斷方法研究,進(jìn)而在故障早期及時診斷故障,對提高活塞式發(fā)動機(jī)的運(yùn)行安全性、可用性、及可靠性具有極其重要的意義和價值。本文以活塞式發(fā)動機(jī)為研究對象,以提高典型故障監(jiān)測診斷水平及其工程應(yīng)用效果為目標(biāo),從故障診斷機(jī)理特征的研究出發(fā),通過動力學(xué)仿真計算及信號處理方法提取故障敏感特征,進(jìn)而研究典型故障監(jiān)測診斷方法及瞬變工況監(jiān)測評估方法,并利用實(shí)驗(yàn)和工程實(shí)際故障數(shù)據(jù)進(jìn)行方法驗(yàn)證。論文主要研究內(nèi)容如下:首先,基于動力學(xué)建模仿真計算開展典型故障機(jī)理特征研究。分別針對氣門間隙異常故障、連桿軸瓦敲擊故障和傳動軸系故障,建立三維實(shí)體模型和動力學(xué)仿真模型,通過模型參數(shù)調(diào)整和仿真參數(shù)設(shè)置進(jìn)行故障仿真模擬,獲取關(guān)鍵零部件動力學(xué)響應(yīng)變化規(guī)律,捕捉故障機(jī)理特征,并通過實(shí)驗(yàn)實(shí)例和工程實(shí)例進(jìn)行驗(yàn)證。其次,基于活塞式發(fā)動機(jī)信號特點(diǎn)開展信號處理及特征提取方法研究。提出了一種通過尺度參數(shù)控制包絡(luò)線形狀連續(xù)變化的振動信號包絡(luò)方法,實(shí)現(xiàn)了振動包絡(luò)線的平滑程度和緊致程度可連續(xù)調(diào)整,為振動信號的包絡(luò)分析提供了新技術(shù);同時將該信號包絡(luò)方法引入到經(jīng)驗(yàn)?zāi)B(tài)分解中,在信號篩選過程中優(yōu)選包絡(luò)線,提升了其自適應(yīng)分解能力;此外,提出一種瞬時轉(zhuǎn)速精確計算方法,為瞬時轉(zhuǎn)速特征的準(zhǔn)確提取和瞬變工況下角域精確重采樣奠定基礎(chǔ)。然后,基于典型故障動力學(xué)仿真研究結(jié)果,利用信號處理和特征提取方法,開展活塞式發(fā)動機(jī)典型故障監(jiān)測診斷方法研究。分別提出了基于沖擊起始相位精確提取的氣門間隙異常故障診斷方法、基于變分模態(tài)分解的連桿小頭軸瓦敲擊故障診斷方法、以及基于多參數(shù)證據(jù)加權(quán)融合的失火故障診斷方法,并進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并對發(fā)動機(jī)典型故障在線監(jiān)測與診斷系統(tǒng)的系統(tǒng)構(gòu)架、測點(diǎn)布置和典型故障診斷算法進(jìn)行了設(shè)計。最后,針對發(fā)動機(jī)非穩(wěn)定工況,結(jié)合振動和瞬時轉(zhuǎn)速在非穩(wěn)定工況特點(diǎn),基于瞬時轉(zhuǎn)速角域精確重采樣方法及特征提取方法,開展活塞式發(fā)動機(jī)非穩(wěn)定工況監(jiān)測評估方法研究。提取能夠表征開機(jī)狀態(tài)的角域振動沖擊特征及瞬時轉(zhuǎn)速敏感特征,提出基于灰色評價法的單缸做功能力監(jiān)測評估方法和基于狀態(tài)隸屬度計算的整機(jī)啟動性能監(jiān)測評估方法,為發(fā)動機(jī)非穩(wěn)定工況的監(jiān)測評估提供了新途徑。
【圖文】：

期及時發(fā)現(xiàn)并診治故障，，對提高活塞式發(fā)動機(jī)的運(yùn)行安全性、可靠性、及可用性，具逡逑有極其重要的意義和價值。逡逑圖１－１活塞式發(fā)動機(jī)應(yīng)用現(xiàn)場，（ａ）核電站應(yīng)急柴油發(fā)動機(jī)，（ｂ）油氣田燃?xì)獍l(fā)動機(jī)逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ邋ｆｉｅｌｄ，邋（ａ）邋ｅｍｅｒｇｅｎｃｙ邋ｄｉｅｓｅｌ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｉｎ邋ｎｕｃｌｅａｒ邋ｐｏｗｅｒ邋ｓｔａｔｉｏｎ，逡逑（ｂ）邋ｇａｓ邋ｅｎｇｉｎｅ邋ｉｎ邋ｏｉｌ邋ａｎｄ邋ｇａｓ邋ｆｉｅｌｄ．逡逑邐逡逑圖１－２活塞式發(fā)動機(jī)故障案例，（ａ）氣門故障導(dǎo)致配氣機(jī)構(gòu)損壞，（ｂ）連桿螺栓斷裂導(dǎo)致機(jī)組報廢逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｆａｉｌｕｒｅ邋ｃａｓｅｓ邋ｏｆ邋ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ邋ｅｎｇｉｎｅ，邋（ａ）邋ｖａｌｖｅ邋ｆａｕｌｔ邋ｃａｕｓｅｓ邋ｔｈｅ邋ｖａｌｖｅ邋ｔｒａｉｎ邋ｔｏ邋ｂｅ邋ｄａｍａｇｅｄ，逡逑（ｂ）邋ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ邋ｒｏｄ邋ｂｏｌｔｓ邋ｆａｉｌｕｒｅ邋ｃａｕｓｅｓ邋ｔｈｅ邋ｕｎｉｔ邋ｔｏ邋ｂｅ邋ｓｃｒａｐｐｅｄ．逡逑１逡逑

逡逑圖１－２活塞式發(fā)動機(jī)故障案例，（ａ）氣門故障導(dǎo)致配氣機(jī)構(gòu)損壞，（ｂ）連桿螺栓斷裂導(dǎo)致機(jī)組報廢逡逑Ｆｉｇ．１－２邋Ｆａｉｌｕｒｅ邋ｃａｓｅｓ邋ｏｆ邋ｒｅｃｉｐｒｏｃａｔｉｎｇ邋ｅｎｇｉｎｅ，邋（ａ）邋ｖａｌｖｅ邋ｆａｕｌｔ邋ｃａｕｓｅｓ邋ｔｈｅ邋ｖａｌｖｅ邋ｔｒａｉｎ邋ｔｏ邋ｂｅ邋ｄａｍａｇｅｄ，逡逑（ｂ）邋ｃｏｎｎｅｃｔｉｎｇ邋ｒｏｄ邋ｂｏｌｔｓ邋ｆａｉｌｕｒｅ邋ｃａｕｓｅｓ邋ｔｈｅ邋ｕｎｉｔ邋ｔｏ邋ｂｅ邋ｓｃｒａｐｐｅｄ．逡逑１逡逑
【學(xué)位授予單位】：北京化工大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：TK407

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本文編號：2603778