柴油机轴系扭振监测方法研究

论文摘要

柴油机作为整个船舶的“心脏”,其可靠性直接关系到船舶的航行安全性,而曲轴作为柴油机最重要的零部件之一,其可靠性则直接关系到整机的安全运转。随着船舶柴油机功率的不断提高,配套式样也愈来愈多,出现严重扭转振动的现象逐步增加,已经成为柴油机动力装置故障的重要原因之一。同时曲轴角振动信号作为柴油机各缸激振力矩的响应,直接反映了柴油机整体的工作状态,对其进行信号分析处理可以获得其工作过程和相关故障的信息。开展曲轴角振动诊断技术的研究,解决信号测量、处理及监测诊断的关键技术对柴油机的状态监测与故障诊断具有重大意义和工程应用价值。本文以新型中速柴油机为研究对象,进行了曲轴轴系扭转振动监测方法的研究,主要包含以下内容:1)对扭振信号的后处理方法进行了深入的研究,包括插值方法、窗函数的选择,周期平均、齿平均的处理等,通过信号的后处理使用较小的采样频率就可以得到较准确的测量结果,从而降低了采集系统的硬件成本;2)开发了一套基于LabVIEW的虚拟扭振测试分析仪,并通过试验验证了其计算精度,满足实际测量分析的要求;3)研究了基于NI采集系统的角振动测量方法,该方法具有测量精度较高、硬件成本低、通用性强、测量持续时间长的优点,并能实现角振动信号与其它信号的同步测量;4)扭振测量仪可以通过采集大量的柴油机工作循环数,进行稳定工况角振动测量分析以准确地得到故障诊断参数,可利用曲轴扭角振动信号进行柴油机的状态监测和故障诊断;5)通过试验结果分析得到0.5谐次扭振幅值对柴油机各缸工作状态最为敏感,验证了基于0.5谐次扭振幅值进行柴油机状态监测与故障诊断的方法,并应用于柴油机失火故障的诊断;6)利用ADAMS/Engine模块对6L16/24型柴油机曲柄连杆机构进行了动力学仿真分析,通过对仿真结果的对比分析,进一步验证了基于扭振的故障诊断方法的可行性,同时也为柴油机工作状态监测与故障诊断方法提供了一些新的思路与参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 选题背景及意义
• 1.2 相关技术的国内外研究现状
• 1.3 本文主要研究内容
• 第2章 扭振测量仪的开发
• 2.1 LabVIEW开发平台
• 2.2 扭振测量原理
• 2.3 信号处理方法研究
• 2.3.1 多项式插值
• 2.3.2 周期平均
• 2.3.3 齿平均
• 2.3.4 窗函数
• 2.4 扭振测量仪的开发
• 2.5 小结
• 第3章 扭振测量仪的试验验证
• 3.1 QTV扭振测量模块介绍
• 3.2 测试系统及测试工况
• 3.3 试验结果分析
• 3.3.1 不同采样频率的测量结果
• 3.3.2 不同分析带宽的测量结果
• 3.3.3 测量稳定性分析
• 3.4 扭振测量仪的试验验证
• 3.4.1 测试结果与计算结果的对比
• 3.4.2 误差分析
• 3.5 扭振仪计算稳定性分析
• 3.5.1 标定器标定结果
• 3.5.2 稳定性分析
• 3.6 小结
• 第4章 基于扭振的柴油机故障诊断方法研究
• 4.1 诊断原理
• 4.2 故障诊断技术的应用
• 4.2.1 失火故障
• 4.2.2 其他故障
• 4.3 小结
• 第5章 柴油机曲轴轴系扭振多体动力学仿真
• 5.1 MSC.ADAMS计算平台
• 5.2 柴油机曲柄连杆机构虚拟样机的建模
• 5.3 柴油机曲轴的模态分析
• 5.4 曲柄连杆机构动力学仿真分析
• 5.5 小结
• 第6章 结论及展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文和参加的科研项目