内燃机示功图及轴系扭振测试方法研究

论文摘要

由于内燃机结构和工作过程的复杂性,内燃机的许多性能还不能完全依靠理论分析和仿真计算准确掌握,而必须采用理论计算和实际测量相结合的方法。因此,内燃机测试技术是研究内燃机性能必不可少的手段。在内燃机测试技术中,内燃机示功图和曲轴轴系角振动信号的准确测量是非常关键的,但在实际工程应用中,其测试方法仍存在有待完善和提高之处。本文将针对内燃机示功图和曲轴轴系角振动测量及信号处理方面存在的一些问题进行研究,并提出可供参考的解决方法和研究结论,具有工程应用价值。在评定内燃机动力性能的各种参数中,示功图是最重要的基础参数之一,从示功图中可获得40多种信息量。因此,准确提取示功图,并有效减少示功图测量中的各种误差,是获得准确信息的根本保证,从而为内燃机的性能分析和故障诊断提供依据。但在实际示功图的测录过程中,常有干扰信号影响着示功图本身的精确性。本文针对干扰信号中最常见且影响较大的畸点信号,分析了三种滤除示功图中畸点干扰的畸点滤波快速算法,并应用其中的单点替换法对模拟和实测的带畸点示功图信号进行了处理,结果表明：畸点滤波快速算法可以快速有效地去除示功图中的畸点而不会引起示功图信号的失真,从而获得更符合实际情况的示功图,是一种有实用价值的示功图处理新方法。内燃机曲轴角振动信号在轴系动力学性能分析和故障诊断领域都有重要应用。上世纪90年代开始的数字式曲轴角振动(扭振)测试方法主要有信号调理法、A／D高频计数法和A／D采样拟合法。其中的A／D采样拟合法具有测量精度高、硬件成本低、通用性强和测量持续时间长等优点,并能实现角振动信号与其它信号的同步测量。但是A／D采样拟合法作为扭振测量的新方法,在现场工程应用中,基准电平的取值范围、循环内平均次数及采样频率等因素对扭振测量精度的影响研究还不太充分。本文采用A／D采样拟合法,结合某机车柴油机轴系不同工况的扭振实测数据,在分析基准电平的取值范围、循环内平均次数及采样频率等因素对曲轴轴系的角振动测量精度影响的基础上,提出了一组适合工程实际需要的“性价比”较好的参数作为采集及信号预处理参数——具有较低的采样频率100kHz、合适的基准电平取值范围(±0.09V)及循环内平均次数30次。利用该组参数对某柴油机5个不同转速工况的实测数据进行了分析,与采用10MHz采样频率的A／D高频计数法的分析结果相比,其综合幅值及各主要谐次位移幅值的相对偏差最大值为1.7159%。由此验证了文中的预处理采集参数设定值的合理性,这样既能降低测量仪器的硬件成本和测试数据的分析时间,又使其能满足工程应用所需的测量精度,便于现场的实际推广应用。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 论文的选题意义
• 1.2 内燃机示功图测量与分析技术的发展
• 1.3 曲轴角振动测量技术的发展
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 内燃机示功图畸点处理方法研究
• 2.1 内燃机示功图的分析及处理技术的研究进展
• 2.1.1 上止点相位的确定和修正
• 2.1.2 曲轴转角信号的确定
• 2.1.3 测压管道引起的误差的修正
• 2.1.4 采样频率引起的误差的修正
• 2.2 畸点滤波法的基本原理
• 2.2.1 基本思想和处理步骤
• 2.2.2 畸点的确定方法简介
• 2.2.3 畸点处误差值的衰减规律及计算量估计
• 2.3 滤除示功图中干扰信号的快速算法
• 2.3.1 快速傅立叶变换
• 2.3.2 局部傅立叶变换
• 2.3.3 单点替换法
• 2.3.4 应用研究
• 2.4 本章小结
• 第3章 影响A/D拟合法角振动测量精度的因素分析
• 3.1 A/D采样拟合法的测量原理
• 3.2 循环内多点平均算法原理简介
• 3.3 实验简介
• 3.3.1 测点布置
• 3.3.2 测试记录
• 3.4 基准电平分布范围对A/D拟合法角振动测量精度的影响
• 3.4.1 12把位工况
• 3.4.2 14把位工况
• 3.5 循环内平均次数对角振动测量精度的影响
• 3.5.1 12把位工况
• 3.5.2 14把位工况
• 3.6 采样频率对角振动测量精度的影响
• 3.6.1 12把位工况
• 3.6.2 14把位测试工况
• 3.7 本章小结
• 第4章 应用研究
• 4.1 A/D高频计数法扭振测量分析实例
• 4.1.1 各工况原始瞬时转速信号
• 4.1.2 扭振角位移信号
• 4.1.3 扭振角位移频谱
• 4.1.4 综合及各主要谐次角位移幅值随转速的变化曲线
• 4.1.5 三维谱阵图
• 4.2 A/D采样拟合法实测数据分析
• 4.2.1 采集及预处理参数的设定
• 4.2.2 测量分析结果
• 4.3 两种方法的测量结果对比分析
• 4.4 本章小结
• 结论
• 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