基于气缸盖振动信号的发动机故障诊断研究

摘要

发动机作为汽车的动力源,发生故障的几率很高,而且维修费用较高,花费时间较长。其中气门间隙异常故障是发动机在使用中常见的一种机械故障,若在发动机不解体的情况下,能通过振动信号监测诊断方法准确地对其技术状况做出判断,将具有重大意义。目前较多的振动监测诊断方法是通过测取缸盖或气门螺栓处的振动信号,在时域或频域来提取特征量进行故障识别。小波包分析是在多分辨分析的基础上提出的一种能够将频率分辨到任意细节的信号处理方法,它不仅对低频信号进一步进行分解,而且对高频信号也具有同样的分辨率,因此在故障诊断方面得到了广泛的应用。本文以DA462型发动机为研究对象,成功的搭建了一套简单实用的振动信号测试系统。实验中,人为地将气门间隙调节到不同状态来模拟发动机气门间隙异常故障,并用BSWAVS302USB便携式双通道声学振动分析仪测取发动机不同转速不同气门间隙下的多组气缸盖表面振动信号。对实验测得的信号在时域中进行了对比分析,找出了发动机振动与气门间隙和发动机转速的关系。利用小波包分析技术对发动机气缸盖表面振动信号中的基准响应信号进行小波包分解,通过计算各个重构频带下振动的均方根值即可判断各激励响应信号的频率带,同时应用功率谱分析同样可以判断出特征信号的频率带。实验的分析结果与一些相关文献所提到的理论相吻合,证明了本文所采用的分析方法是有效的、可行的。利用上述方法,可以对发动机工作中气门间隙异常的故障进行判断,为发动机机械故障诊断提供了一种新的思路和方法。

目录

摘要

Abstract

第一章 绪论

1.1 发动机故障诊断的背景及意义

1.2 课题的研究现状

1.3 小波分析的发展状况及其在故障诊断中的应用

1.4 课题主要研究内容

1.5 本章小结

第二章 振动信号分析方法的基本理论

2.1 信号分类

2.2 信号的基本特性

2.3 信号的时域分析法

2.3.1 信号的采样与量化

2.3.2 信号的波形分析

2.3.3 相关分析

2.4 傅里叶变换与短时傅里叶变换

2.4.1 傅里叶变换

2.4.2 短时傅里叶变换

2.5 小波分析

2.5.1 小波分析基本理论

2.5.2 小波包分析

2.5.3 小波函数的选择与db 小波函数

2.5.4 小波包故障特征提取

2.6 本章小结

第三章 发动机结构及振动特性分析

3.1 发动机基本结构

3.2 发动机振动的激振源及其传播途径

3.2.1 发动机振动的主要激振源

3.2.2 振动力传播途径

3.3 发动机缸盖振动信号的特性研究

3.4 本章小结

第四章 发动机振动信号测试系统

4.1 测试系统的组成

4.1.1 测试对象及主要技术参数

4.1.2 信号采集系统

4.1.3 测试系统的参数设置

4.1.4 测试原理

4.2 振动测试实验及数据采集

4.2.1 气门间隙的调整过程

4.2.2 传感器布置及测点选择

4.2.3 实验步骤

4.3 本章小结

第五章 发动机表面振动信号分析

5.1 发动机气缸盖表面振动信号时域分析

5.1.1 DA462 型发动机汽缸盖表面时域信号的特征

5.1.2 基准响应信号

5.1.3 不同气门间隙下的特征信号对比分析

5.1.4 不同转速下的特征信号对比分析

5.2 基于小波包分解的振动信号分析

5.2.1 频带能量的特征提取

5.2.2 实验信号分析

5.3 信号的功率谱分析

5.4 本章小结

第六章 结论与展望

6.1 结论

6.2 工作展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间科研成果