基于小波分析的发动机气缸失火故障诊断

发动机加速过程中失火是常见故障，运用了发动机主轴瞬时转速进行失火故障的诊断。采用磁电式传感器测定了发动机在正常与故障的4种工况下从怠速急加速到高速过程中的瞬时转速，并用db3阶小波对各工况下转速信号进行分解与重构，以重构波形分析对比了各工况下的转速波动状态与加速过程的信息，从而判断发动机是否失火以及失火故障类型。结果表明，发动机失火时，瞬时转速的重构信号与正常工况转速重构信号相比，波动幅值、怠速段和高速段的稳定转速、加速时间有显著差异，这种失火故障的诊断方法是可行的和有效的。     

基于虚拟仪器的发动机断缸故障振动诊断

为了达到发动机不解体故障诊断的目的,进而提高诊断效率,该文通过采集发动机缸盖的振动信号实现发动机状态监测与故障诊断。借助加速度传感器BZ1185、数据采集卡PCI8210及计算机等硬件,构建了发动机振动信号采集系统;基于LabVIEW软件平台开发了虚拟仪器分析软件,对振动信号进行时域分析、相关域分析(自相关分析、互相关分析)、频域分析(傅里叶变换、自功率谱分析、互功率谱分析、倒频谱分析)、联合时频分析(短时傅里叶变换、小波分析)实现离线故障诊断。以4G65发动机为研究对象,在不同转速下,应用自功率谱和小波分析法对发动机断缸故障进行了试验研究,结果表明该系统用于4G65发动机的实时状态监测与故障诊断是可行的。该研究也可为其他发动机的故障诊断研究及推广应用提供参考。     

液力减速器空化前后振动及噪声特性变化机理

为研究液力减速器空化前后振动噪声特性变化情况,基于INV3020数据采集系统和高速摄影系统建立了空化和振动噪声测试系统,实现了性能参数和振动噪声信号的同步采集。通过调节液力减速器进、出口压力及泵轮转速,结合高速摄影试验准确获得空化初生的条件,利用加速度传感器和声压传感器测量了空化前后的振动和噪声。结果表明,在转速1 100 r/min条件下,初始压力下降至0.04 MPa时,泵轮背面靠近外缘位置最先出现空泡,随着压力继续降低,空泡逐渐占据整个流道,并向低压区域游移。各空化阶段周向振动冲击强度明显高于径向方向,径向方向M1、M3两测点振动强度相差不大;空化初生时振动加速度和声压级最大,严重空化时次之,未空化时最小。不同空化阶段对噪声各频段贡献量不同,空化初生时声压级的提高主要由于叶频及其倍频分量,及300~500 Hz频带与1 000~2 000 Hz频带声压级的上升。随着空化的加剧,叶频及其倍频逐渐淹没在空化诱发的低频噪声中,轴频及其倍频分量突出,1 000~5 000 Hz频段声压级上升,并伴随空化诱发的宽频带。该研究可为液力减速器空化振动噪声机理研究及液力减速器设计方法提供参考。     

消隙齿轮降低柴油机怠速噪声的应用研究

柴油机噪声影响着农业机械操作者的身心健康,该文为了解决某型柴油机在怠速工况下的异响噪声问题,采用仿真与试验相结合的方法进行研究。首先,通过声强和声压测试确定了噪声的主要产生部位;然后,基于Hypermesh和Abaqus软件建立了曲轴及整机零部件的有限元模型,并通过模态试验验证了有限元模型的准确性,基于Excite软件建立了配气正时传动系统和整机的多体动力学模型,发动机整机振动计算时考虑了缸内燃气压力、正时系统及配气机构全阀系激励和活塞敲击激励。多体动力学仿真结果表明:齿轮的反向敲击出现时,齿轮工作面的接触力消失,进排气齿轮在背隙侧发生接触产生冲击力,进而造成发动机在怠速时产生"哒哒"的异响噪声;整机振动仿真结果表明:使用消隙齿轮可以消除进/排气凸轮轴齿轮的反向敲击,在1 000~2 500 Hz范围内,使得齿轮室盖和缸盖罩的振动速度级降低了7 d B左右。最后在半消声室的发动机台架上,对有无消隙齿轮的柴油机进行了振动加速度、噪声和声品质的对比试验,试验表明:怠速工况下,使用消隙齿轮后,前端发出的"哒哒"异响噪声消失,齿轮室盖振动降幅很大,前端1 m噪声声压级降低了5~9 d B(A),声品质也有了明显改善。因此,当内燃机其它齿轮传动部位出现齿轮反向敲击声时,可考虑使用消隙齿轮予以解决。     

路基土壤固有频率与密实度关系的测试分析

明确路基土壤固有频率与土壤密实度的关系是准确建立振动压路机振动轮振动信号与被压实材料压实度关系的基础,也是通过在线检测振动轮加速度、实时了解路面的压实状况、进一步有效调整振动压路机振动参数的必要条件。该文针对特定路基土壤,自制螺旋压实机构压制路基土壤圆柱试样,依照模态分析法,采用INV306DF便携式智能信号采集处理分析系统进行了不同压实度圆柱试样的固有频率测试,获得了路基土壤固有频率与土壤密实度的函数关系表达式,研究结果可为完善振动压路机智能化控制系统设计提供依据。     

油菜机械直播铲锹式种床整备机振动特性分析与结构改进

针对油菜机械直播铲锹式种床整备机作业时机组振动大,易导致关键零部件磨损、降低整机可靠性的问题,该研究利用Coco-80动态信号测试分析系统对机组在怠速和田间作业工况下的振动加速度进行测试,采用时域和频域分析相结合的方法,确定了两种工况下不同位置测点的振动加速度大小及机组主要激振源,并以此为依据提出了通过优化曲柄相位角排列方式降低整机所受合惯性力、合惯性力矩,减小铲锹式种床整备机振动的方案。进一步地,基于质量代换法建立了整机共10组曲柄摇杆机构的惯性力、惯性力矩受力模型,运用MATLAB软件分析得出整机受到合惯性力、合惯性力矩最小的曲柄相位角排列方式,在此排列方式下,整机合惯性力基本平衡,绕x、y轴的合惯性力矩绝对值均值分别降低了37.40%、30.09%。对改进后的机组在振动较大处采集加速度时域信号,与改进前相比,测点振动总量在怠速和田间作业工况下分别降低了36.42%、31.97%。该研究可为基于平面连杆机构群的农业机械减振研究提供参考。     

泵作透平振动噪声机理分析与试验

为了深入了解泵作透平不同流量不同转速下的振动噪声情况,在离心泵作透平开式试验台上,基于INV3020C数据采集系统和透平测试系统建立了泵作透平振动噪声试验测试系统,实现了性能参数和振动噪声信号的同步采集。为研究泵反转作透平振动和水动力激励诱发的进出口噪声特性,以一台单级单吸离心泵作透平为研究对象,利用加速度传感器和水听器测量了泵作透平在不同转速及流量下的振动和噪声。试验结果表明:随着转速的增加,泵作透平的扬程增大,高效区范围增加,效率有所提高且最高效率点向大流量偏移,同时,泵体加速度的总有效值和进出口噪声总声压级也随转速的增加而增加;随流量的增加,各测点的振动加速度和声压级逐渐升高;泵体的振动强度高于其他测点,各测点的振动强度主要反映于水平向;相同流量下出口噪声的声压级高于进口。该研究可为泵作透平减振降噪提供参考。     

综合模式分量能量及时频域特征的柴油机故障诊断

柴油机缸盖振动信号中包含着丰富的柴油机工作状态信息,利用缸盖振动信号诊断柴油机工作状态是一种有效方法。鉴于缸盖振动信号非平稳性的特点,该文提出用经验模式分解方法对获取的信号进行分解,选取前三阶的模式分量近似代替原信号,用模式分量的能量百分比、重心频率和重心幅值、偏度、峭度、方差等构成柴油机工作状态特征向量,基于支持向量机对实测的柴油机故障进行诊断分类,诊断的正确率达到92%以上,验证了方法的可行性。该研究也可为其他机械设备的故障诊断提供参考。     

犁耕和旋耕作业发动机载荷的统计特性

了解发动机载荷动态特性是对发动机及机组系统进行动态性能分析和动态匹配的前提。该文根据对田间试验和土槽试验数据的各种统计检验,总结了犁耕和旋耕作业时发动机载荷阻转矩的一些基本的统计特性。证实了犁耕作业发动机的载荷可以认为是平稳的正态分布的随机载荷,其功率谱曲线的谱峰在低于2Hz处;旋耕作业发动机的载荷是兼有随机成分和周期成分的动态载荷,其中周期谐波的基频为刀轴转速,随机成分一部分能量集中于基频以内,部分分布于较宽频率范围。在常用的速度范围内,犁耕发动机载荷以及旋耕发动机载荷的低频随机成分的功率谱均可以采用一种单峰谱函数拟合     

基于时频和功率谱密度的移栽机振动特性测试与分析

针对移栽机机械受激励产生振动影响取苗、顶苗工作稳定性的问题,该研究以2ZTT-2型顶夹式气动蔬菜移栽机为研究对象,对移栽机的振动特性进行研究。采用时频分析和功率谱密度分析相结合的方法,得到信号能量在时间轴以及频率轴上的分布特征,并运用锤击法,研究了不同工况下各测点主要频率与该测点代表运动部件的前5阶固有频率之间的对应关系。试验结果表明:取苗摆动装置运动、苗盘横移是移栽机的主要振源,取苗机械手开合、顶苗机构伸缩是振动的次要原因。振动信号频率主要分布在低频频率(0～10 Hz)处,取苗摆动装置运动时加速度振动幅值为5.43 m/s2,整机运转时为1.71 m/s2,振幅下降了68.51%,并且移栽机取苗摆动装置运动所引起的主要振动频率(6.10 Hz)与对应测点处的第5阶固有频率(6.25 Hz)相近,发生了共振现象。研究结果可为移栽机振动特性分析、结构优化设计提供参考。     

基于典型工况试验的装载机循环工况构建

装载机动力传动系统的设计借鉴了汽车动力传动系统的设计理念,而循环工况是汽车动力传动系统参数设计的重要参考依据。由于目前还没有装载机的循环工况,所以在设计阶段也无法利用循环工况考察其燃油经济性和动力性。根据装载机发动机功率分流情况,装载机循环工况应由装载机典型工况液压系统载荷时间历程、铲斗工作阻力时间历程、工作速度时间历程构成。针对这一情况,以ZL50装载机为例,构建了试验方案,分别试验测试了装载机液压泵消耗发动机转矩的时域波形数据,前、后传动轴消耗发动机转矩的时域波形数据,以及前传动轴转速时域波形数据。对液压系统试验获取的数据进行分段、合并、去除异常值等预处理后,采用加权求和方法,制取了典型工况液压系统载荷时间历程。应用同样的数据处理方法,分别获得典型工况工作速度时间历程,以及典型工况传动系统载荷时间历程。根据典型工况传动系统载荷时间历程,应用装载机工作过程中力的平衡方程方程,求得典型工况铲斗工作阻力时间历程。典型工况液压系统载荷时间历程、铲斗工作阻力时间历程、工作速度时间历程组合在一起,共同构成装载机循环工况。应用该循环工况,虚拟试验ZL50装载机燃油经济性,与实车试验结果的一致性较好,构建的循环工况可行。装载机循环工况可为虚拟试验装载机动力性、燃油经济性提供加载数据,具有重要的工程实践意义。     

广义形态滤波器在振动信号处理中的应用研究(简报)

为了更好地滤除振动信号中包含的各种噪声干扰,在研究数学形态学基本变换的基础上,提出了一种采用广义形态滤波器来处理旋转机械振动信号的方法。采用广义形态滤波器对振动信号进行降噪处理,无需考虑振动信号的频谱特征,通过开－闭、闭－开组合的广义形态滤波器对振动信号滤波处理后即可消除噪声干扰。仿真试验表明广义形态滤波器能更好地剔除脉冲和降低随机噪声干扰,提高信噪比。广义形态滤波器具有良好的滤波效果,而且算法简单,运算速度快,具有较好的适用价值     

齿轮箱振动与输入能量信号的频域相干分析与关系识别

为了提高旋转设备诊断效率、发展基于设备输入能量信号分析的故障诊断技术,该文提出并论述了输入能量信号分析方法在设备故障诊断技术研究中的有效性。首先从齿轮箱振动机理角度分析了传动能量与振动信号之间的关系,指出轴系扭矩及输入功率是齿轮静态传递误差的激励,进而导致振动信号的产生;其次通过建立齿轮传动能量与振动关系模型,利用相干函数以概率统计的形式揭示了输入能量与振动信号响应之间的关系;最后通过正常与断齿齿轮的对比试验,验证了功率信号的频谱特征与传统的齿轮故障振动频谱相一致,亦具有表征齿轮箱工况的明显作用,同时分析了振动和功率信号的自功率谱和互功率谱,利用相干分析方法,从经典控制理论角度验证了二者所呈现出的强相关性。该文为以能量信号分析为核心的旋转设备故障诊断技术的研究提供参考。     

大气压力对小型农用柴油机怠速工况燃烧与排放的影响

怠速是非道路用柴油机重要的运行工况之一。为了深入探究大气压力对小型农用柴油机怠速工况下燃烧与排放性能的影响,利用大气压力模拟装置,研究了满足非道路国III排放标准的小型农用柴油机在怠速工况下燃烧特性与排放性能随大气压力(80、90、100 kPa)的变化规律。试验结果表明:在怠速工况下,小型农用柴油机匹配的涡轮增压器不起作用,并且在高原地区涡轮增压系统不具备自补偿能力;最高缸内压力、压力升高率峰值以及放热率峰值均随着大气压力的升高而升高,大气压力每升高10 kPa,上述燃烧参数分别平均升高13.33%、37.24%以及6.76%;而最高缸内燃烧温度随着大气压力的升高而降低,大气压力每升高10 kPa,平均降低11.18%;大气压力对CO排放与HC排放影响较大,大气压力每升高10 kPa,CO排放与HC排放分别平均降低47.47%与55.77%;大气压力对NO_x排放与烟度的影响相对较小,大气压力每升高10 kPa,NO_x排放平均升高18.93%,而烟度平均降低11.90%。该研究可为高原地区小型农用柴油机怠速工况的排放控制提供参考依据。     

ISAD技术混合动力柴油机起动系统的低温试验

针对ISAD技术混合动力柴油机起动系统低温下的性能问题,该文结合柴油机的起动阻力矩、最低起动转速、ISG电机工作特性和电机热效应等因素,研究了起动阻力矩随环境温度、起动转速的变化规律,分析了起动阻力矩与ISG电机功率、蓄电池容量之间匹配关系,以及影响蓄电池性能的主要因素。通过ISAD柴油机起动台架试验可以看出：相同的环境温度下,起动阻力矩随起动转速的提高而增大,每提高50 r/min,每缸平均起动阻力矩增加3～8 N·m;起动阻力矩随环境温度的下降而增加,0℃以下时,每降低5℃,平均每缸起动阻力矩增加2.5 N·m。研究表明：ISAD混合动力柴油机的着火转速较之原柴油机大幅度提高,可达350 r/min以上,从静止到着火转速的起动时间为0.5 s,到怠速稳定的时间为3.1 s,起动时间比原柴油机缩短,且转速波动较小。     

轻度混合动力车发动机Start/Stop系统控制策略

发动机怠速自动起停是轻度混合动力车的重要工作模式,它能避免发动机在怠速工况下运行,可减少燃油消耗及尾气排放。该文对集成起动机/发电机(ISG)轻度混合动力车发动机起动动力学和发动机Start/Stop系统控制策略进行了研究,同时在Matlab/Simulink中建立了整车控制器模型,在NEDC循环工况下对发动机和ISG电机的协调输出转矩进行了仿真分析,最后进行了发动机起动及整车转鼓对比试验。仿真及试验结果表明,Start/Stop系统能保证发动机在怠速工况下正常停机,通过Start/Stop系统的协调控制,发动机在整个循环工况下运转平稳,转矩输出值在低油耗区;和传统车相比,加装Start/Stop系统的轻度混合动力车HC和CO排放下降明显,百公里油耗由8.60L下降到7.30L,节油效果显著。