柴油机敲缸故障的振动诊断法

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1、柴油机敲缸故障的振动诊断法柴油机敲缸故障的振动诊断法柴油机敲缸故障的振动诊断法柴油机敲缸故障的振动诊断法柴油机敲缸故障的振动诊断法柴油机敲缸故障的振动诊断法?一≥柴油机敲缸故障的振动诊断法_张志至多袁维宝—7,【摘要】本文通过柴油机运行过程中四个特征参数的测量分析,提出了敲缸故障的判别方法.【关麓词】墨垒堑兰堕堡薹垫柴油机敲缸是一种常见故障,发生的原因比较复杂,一般有如下几种.(1)由于喷油提前角过大,滞燃期燃烧室内积储过多的柴油,造成粗暴燃烧;(2)个别缸供油量过大以及喷油嘴滴油.雾化不良;(3)气缸与活塞的间隙过大,活塞在运动过程中撞击气缸壁.敲缸故障不仅使振动加剧,而且使

2、柴油机寿命缩短.一般情况下凭经验听声音就能发现敲缸故障,而在某些场合,如机车柴油机室内,舰艇机房内则很难辨清是否发生敲缸,需要借助一定的测试和诊断手段.振动诊断法通过测试和分析机器运转时的振动信号,以判别机器的运行状态,是进行柴油机故障诊断行之有效的方法.一,敲缸故障振动分析柴油机是一种结构复杂的动力机械,内部既有旋转运动,又有往复运动;既有气体压力作用,又有惯性力和摩擦力的作用.在测到的气缸盖振动信号中就包括了如下几种形式的激励响应.(1)气体燃烧膨胀对气缸盖和气缸体产生的作用力:图1活塞敲缸示意图(2)活塞横向撞击气缸壁;(3)气门机构运动冲击;(4)其它机构激励及若干随机

3、激励.其中,活塞横向撞击气缸壁是柴油机发生敲缸故障的主要激励.由图1可知,由于气缸和活塞之间问隙的存在.使得活塞越过上止点换向往下止点运动时,在佣压力的作用下撞击气缸壁.能使机组处于最佳运行状态.从频谱图上看出,二倍频分量明显,对中状况不良也是引起振动偏大的主要原因之一.三,采取的措施据以上分析,采取了两条相应措篪.1.进行工艺改造.改善换热条件,使进气温度达到工艺要求,这样设备上下部同时进气,转子受力趋向均匀,以削减工频振动分量.表2机组冷态找正调整前调整后径.口.口向上/上/端叫4口面上/l中国设备管理2OOO.I份来,机组运行趋向稳定.6v振幅下降了20,urn,二

4、倍频分量也显着图3调整后尾气透平振动频谱2.重新确定冷F降,取得了预期效果.谱图/Z为连杆比;P为燃烧气体压力.图2为燃烧气体压力随曲轴转动角度变化曲线.由图可见,活塞敲缸几乎与气体压力最大点同时发生.当由于前述原因而引起P骤增时,该激励作用P压力时问l图2缸内气体压力曲线在缸内部件上,使其产生强烈振动即敲缸.缸内部件包括活塞,活塞销,连杆等,可简化为一个二自由度弹簧质量系统(忽略阻尼),如图3所示.气缸壁简化为一个弹簧,活塞组件简化为两个质量和两个弹簧的组合,一个质量是活塞的质量,另一个是活塞销和连杆上部的质量,弹簧刚度蹄是属于连结活塞和连杆上端之活塞销的,憨是活塞裙的.图示

5、系统的运动微分方程为(以北京型机车柴油活塞铺和上矗杆活塞图3气缸壁和活塞组件组合的二自由度模型机为例):【M.’【一心式中:MI==1.]07kgM2:=0.103kgK】:憨×÷(憨+岛):1.068×10’N/In则系统固有颏率为=1.337kHz五=1.80fld-lz二,敲缸故障诊断如果存在一个由气缸内气体压力引起的活塞初始_●1_J:-●上死点中心2死点9oo位置时间/ms图4单个活塞敲缸引起的振动运动,且活塞和气缸臂有一定间隙,那么.这一系统将发生振动(活塞击缸).在正常情况下,由于阻尼的存在.这种碰撞引起的振动发生在从上止点算起发动机大约转动4角的范围,若柴油机转

6、速为l100r/rain,则振动持续时间约为6.6.图4所示为单个活塞敲缸而引起的缸体振动信号.发生敲缸故障时,由于燃烧压力骤增,振动持续时间将增加图5敲缸故障时振动波形2—3倍,而且振动响应的峰值也增大.图5所示为发生敲缸故障时缸体的振动信号,其振动持续时问为∞一.从频域上看.缸体振动信号的功率谱分三个频带(0一1.5k;1.5—3k;3—4.5k),如图6所示,其中第一和第二频带的峰值是由于系统固有颏率而引起的.当敲缸故障发生时,这两个频带内的峰值有明显增加,且第二频带内能量增加更显着.所以,诊断敲缸故障时应选取四个特征参数,即振动持续时间,振动峰峰值,第一频图6敲缸故障时

7、振动功率谱带功率谱峰值和第二颏带功率谱峰值.三,结束语在进行故障诊断时,分析实测信号的以上四个特征参数.若振动持续时间比正常有较大增加,且振动峰峰值和第一,第二颏带内功率谱峰值也增加,则可断定发生了敲缸故障.通过对北京型机车柴油机故障的实际诊断.证明了本文得出的诊断方法是可行的.参考文献1.王洪海.机车内燃机常见故障的徽机综台诊断技术的研究.郏州工学院硕士研究生毕业论文.1991.52.王洪海,张瑞林等.机车柴油机常见故障的计算机辅助诊断.第三届全国机械设备故障诊断学术会议论文集.天津.19