基于振动信号的活塞发动机燃爆故障诊断方法

摘要

近年来，机械设备故障诊断技术在国内外得到了较大的发展，在国民生产中起到了重大的作用。活塞发动机作为机械设备领域的一部分，由于其用途的特殊性使得故障诊断的研究更具有重要意义。
　　首先，本文在总结和汲取已有研究成果的基础上，结合实际课题要求，引入适用于非平稳信号分析的新方法，从活塞发动机表面振动信号中获取故障特征信息，有效实现了活塞发动机的故障诊断。近几年来，有许多国内外学者对此进行了很多研究，提出了故障诊断的新方法、新技术。把分形理论应用于机械系统故障诊断领域，是近年来国内外学术界的新动向。运用分形理论，不仅可以定性，而且可以定量地分析系统的运动状态，从而实现对复杂机械系统的故障诊断。
　　然后，从活塞发动机表面振动信号的产生机理出发，论述了活塞发动机的主要激振源、表面振动响应信号及它们之间的内在关系，同时分析了振动信号的传递路径。研究表明，利用活塞发动机表面振动信号对其进行不解体故障诊断是可行性的。
　　接着，针对活塞发动机系统的非线性和表面振动信号的非平稳特性，引入分形分析方法，计算振动曲线的分形维数。通过对正常状态下和四种故障状态下活塞发动机振动信号的分析。通过对活塞发动机表面振动信号的进行测试、分析、诊断及经验的积累，提出了一种实用型振动识别的方法，并作了简单理论验证，该方法在活塞发动机故障诊断中起到了积极的作用。
　　最后，本文介绍了分形诊断存在的一些不足之处以系统需要补充及扩展的部分，对将来的继续研究提出了建议。

目录

基于振动信号的活塞发动机燃爆故障诊断方法

THE METHOD OF BURNING FAULT DIAGNOSIS FOR PISTON ENGINE BASED ON VIBRATION SIGNALS

摘要

ABSTRACT

第一章 绪论

1.1 课题背景

1.2 活塞发动机故障诊断的内容、方法及发展概况

1.2.1 活塞发动机故障诊断的一般过程

1.2.2 活塞发动机故障的复杂性及故障诊断内容

1.2.3 活塞发动机故障诊断的方法研究

1.2.4 活塞发动机故障诊断技术的国内外研究现状

1.2.5 制约活塞发动机故障诊断技术发展的主要因素

1.3 论文的主要研究内容

第二章 活塞发动机机振动理论及振动信号特性分析

2.1 活塞发动机动力学特性分析

2.1.1 活塞发动机基本结构

2.1.2 活塞组件动力学分析

2.1.3 活塞上的气体压力

2.1.4 活塞往复惯性力

2.1.5 配气系统动力学分析

2.1.6 连杆和曲柄的等效系统动力学分析

2.2 活塞发动机振动的激振源及其特性

2.2.1 活塞发动机振动的激振源

2.2.2 活塞发动机振动的特性分析

2.3 振动传播途径及测点位置分析

2.4 本章小结

第三章 基于发动机振动响应时间序列辨识

3.1 引言

3.2 相空间重构的基本思想与非线性特征判别方法

3.2.1 重构系统相空间原理

3.2.2 系统混沌特性识别

3.3 关联维数的计算及在非线性辨识中的应用

3.3.1 相关问题简述

3.3.2 关联维数的计算方法及在非线性辨识中的应用

3.4 最大Lyapunov指数的估计及在非线性辨识中的应用

3.4.1 Lyapunov指数

3.5 本章小结

第四章 系统硬件组成与应用结果分析

4.1 系统硬件组成

4.1.1 传感器

4.2 正常状态信号分析

4.2.1 测试对象

4.2.2 数据采集方案

4.3 故障状态信号分析

4.3.1 混合气成分过分富油

4.3.2 混合气成分过分贫油

4.3.3 电嘴故障

4.3.4 磁电机故障

4.4 分形用于设备故障诊断的不足

4.5 本章小结

结论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学硕士学位论文原创性声明

哈尔滨工业大学硕士学位论文使用授权书

致谢