基于虚拟仪器的发动机断缸故障振动诊断.pdf

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1、第28卷第17期农业工程学报2012年9月TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering、，01．28No．17Sep．201225基于虚拟仪器的发动机断缸故障振动诊断赵晓顺1，刘淑霞1，马跃进1，崔喜贺2(1．河北农业大学机电工程学院，保定071001；2．承德石油高等专科学校工业中心，承德067000)摘要：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BZll85、数

2、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。关键词

3、：发动机，振动，故障诊断，小波分析，自功率谱，虚拟仪器，LabVIEWdoi：10．3969巧．issn．1002—6819．2012．17．004中图分类号：TK407；TP277文献标志码：A文章编号：1002—6819(2012)一17—0025—07赵晓顺，刘淑霞，马跃进，等．基于虚拟仪器的发动机断缸故障振动诊断[J]．农业工程学报，2012，28(17)：25—31．ZhaoXiaoshun，LiuShuxia,MaYueji玛eta1．Faultsdiagnosisofenginecyfinderbrokend

4、ownbasedonvirtualinstrument[J]．TransactionsoftheChineseSocietyofAgriculturalEngineering(TransactionsoftheCSAE)，2012，28(17)：25—31．(inChinesewithEnglishabstract)0引言发动机作为一种往返运动的旋转机构是一个多激励、多振型的复杂系统，而振动信号是发动机故障征兆的信息载体【1。3J，约有60％～70％的机械故障会通过振动反映出来}4巧J。对发动机的振动信号进行有效的测量、处

5、理和分析，能及时地、正确地对发动机运行状态进行监测，并且可对故障做出诊断，提高发动机的可靠性、安全性和有效性【6J。目前，基于传感器技术、计算机技术和信号处理技术的虚拟仪器系统对振动信号的测量有很大的发展，系统的准确性、可靠性、灵活性和可重用度得到了提高，减少了硬件的重复投资【7J。以美国为主的西方发达国家在发动机在线监测与诊断技术的综合研究方面处于领先地位，美国的几家专业公司，如Bently，IRD，BEI从事对发动机运行和监控的研究已有了40多年的历史，美国Datepplilnc公司开发的基于虚拟仪器技术的汽车检测系统

6、，技术很成熟【8】。但国外的这些诊断系统非常昂贵，不收稿日期：2011-11-05修订日期：2011-12．28基金项目：河北省科技厅资助项且(05213507D)；河北农业大学理工基金资助项目。作者简介：赵晓顺(1980一)，男，河北康保人，讲师，博士生，主要从事故障诊断、农业机械方面的研究。保定河北农业大学机电工程学院，071001。Emaihzhao_xsh@126．corn适合中国国情。近年来中国一些学者借助虚拟仪器系统对振动信号进行分析研究，例如，大连理工大学运用虚拟技术开发了一套转子在线检测系统，能够对工厂旋转

7、机械的运行状况进行在线监测，同时可以快速准确的进行故障诊断，确定故障源【91；华北电力大学开发了一套基于USB2002数据采集卡和笔记本电脑的针对旋转机械振动测试的虚拟仪器系统，使用于工程现场的振动测试，取得了很好的效果IlⅢ。国内部分高校及研究所对发动机振动诊断虚拟仪器系统也进行了大量的研究，也开发了一些基于虚拟技术的振动测试仪器，例如，清华大学、天津大学等u1I，但都没有很好的应用。本文借助加速度传感器、数据采集卡及计算机等硬件，应用LabVIEW软件平台构建发动机整机振动监测及故障诊断虚拟仪器系统，以4G65发动机为

8、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发生断缸故障时缸盖的振动信号进行试验研究。1振动故障诊断系统的构成1．1系统硬件结构组成基于LabVIEW的发动机振动诊断系统以4G65发动机为检测对象，主要由BZl185压电加速度传感器、BZ2701信号调理模块、PCI8210数据采集卡、计算机