（電氣工程專業(yè)論文）內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)的研制.pdf

j 匕塞鑾垣太堂童些亟堂僮逾塞墾墨! ! a bs t r a c t a b s t r a c t ：s u p e r c h a r g es y s t e mi sa ni m p o r t a n tc o m p o n e n to fi m p r o v i n g i n t e r n a l c o m b u s t i o nl o c o m o t i v ep o w e r s u p e r c h a r g e r ss t a t u sd e c i d et h e d i e s e l e n g i n e sp o w e ra n di n f e c t t h el o c o m o t i v e sd r a u g h tp o w e ri n f u r t h e r s u p e r c h a r g e r sm a l f u n c t i o nd o e s n to n l y p l a yd o w nt h ed i e s e l + e n g i n e se c o n o m i c s a n di tw i l lr e d u c et h ed i e s e le n g i n ep o w e ra n da f f e c t l o c o m o t i v e r u n n i n g s t a t u sa n d d i s t u r bt h e r a i l w a yt r a v e l i n g o r d e r f u r t h e r m o r e ，i tw i l la f f e c tr a i l w a yt r a n s p o r te c o n o m i c ，s o c i a lb e n e f i ta n d s e r v i c eq u a l i t y t h er o t a t es p e e do fs u p e r c h a r g e ri sv e r yh i g h ( 2 0 kt i m e s p e rm i n u t e s ) r e a lt i m ei n s p e c t i n go ni ti sv e r yi m p o r t a n tf o rl o c o m o t i v e r u n n i n gs a f e t y i na d d i t i o n ，t h ec o s to fr e p a i ro n es u p e r c h a r g e ri s2 0 k r m b b yd y n a m i ci n s p e c t i n go ni t ，w em a yd e c r e a s et h e m a l f u n c t i o nr e p a i r s a n dr e d u c et h er e p a i r i n gc o s t i no r d e rt or e s o l v et h ef a il u r e so fd i e s e le n g i n es u p e r c h a r g e r so n i n t e r n a l c o m b u s t i o ne n g i n el o c o m o t i v e ，w ea n a l y z e dr e a s o n si nd e t a i l a c c o r d i n g t ot h er e a l w o r k i n gr e q u i r e m e n t s ， w e d e s i g n e d a n d t r i a l m a n u f a c t u r e dar o t a t es p e e dt e s ts y s t e mf o rd i e s e l e n g i n e s u p e r c h a r g e r so ni n t e r n a l c o m b u s t i o ne n g i n el o c o m o t i v eb yu s i n gam a t u r e s i n g l e c h i pt e c h n i q u e ，a t 8 9 c 5 2a sac o r e t h i ss y s t e mr e s o l v e d t h e s u p e r c h a r g e r f a i l u r e s e f f e c t i v e l y ， w h i c hh a st r o u b l e dl o c o m o t i r e d e p a r t m e n t sm a n yy e a r s f o rd i e s e le n g i n er o t a t es p e e d ，w o r k i n gs i t u a t i o n ， s u p e r c h a r g e rr o t a t es p e e da n di d l er o t a t et i m e ，t h i st e s ts y s t e mi sa b l e t oi n s p e c ta n dc o n t r o lt h e me f f e c t i v e l ya n do nr e a lt i m e a ss o o na s l o c o m o t i v es u p e r c h a r g e ri si n s p e c t e do v e rs p e e d ，t h et e s ts y s t e mw i l la l e r t s od r i v e r sc a nt a k ea c t i o n st i m e l ya n dp r e v e n tb i ga c c i d e n to c c u r r i n g a n d t h et e s tr e s u l t sa r ev e r yu s e f u lr e c o r d sf o rr e p a i rt e c h n i q u ea n a l y s i s t h i sr o t a t es p e e dt e s ts y s t e mi si n t e l l e c t u a li z e de q u i p m e n t i tc a n t e s td i e s e le n g i n es p e e da n ds u p e r c h a r g e rs p e e da c c u r a t e l ya n dq u i c k l y g l d e si sc o m p o s e db yt e s ta p p a r a t u sa n dd a t ap r o c e s s i n ge q u i p m e n t t e s t a p p a r a t u si ss m a l la n dl i g h t s oi tm a yb eu s e do nl o c o m o t i v eo ra sap o r t a b l e a p p a r a t u s 1 9f i g u r e s ，3t a b l e s ，1 8r e f e r e n c ed o c u m e n t a t i o n s j 匕夏鑾垣叁堂童些亟堂僮論塞旦s ! b g ! k e y w o r d s ：i n t e r n a l c o m b u s t i o nl o c o m o t i v e ，s u p e r c h a r g e r ，r o t a t es p e e d i n s p e c t i n g c l a s s n 0 ：t m 7 1 4 v 學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書 本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特 授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索， 并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國 家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。 ( 保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明) 學(xué)位論文作者簽名：劉曉剛導(dǎo)師簽名： 王毅 簽字日期：2 0 0 7 年1 1 月1 日簽字日期：2 0 0 7 年1 1 月1 5 日 獨(dú)創(chuàng)性聲明 本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研 究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或 撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書 而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作 了明確的說明并表示了謝意。 學(xué)位論文作者簽名：劉曉剛 簽字日期：2 0 0 7 年1 1 月1 5 日 4 7 致謝 本論文的工作是在我的導(dǎo)師王毅教授的悉心指導(dǎo)下完成的，王教授嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹?學(xué)態(tài)度和科學(xué)的工作方法給了我極大的幫助和影響。在此衷心感謝三年來王毅教 授以及電氣工程學(xué)院的老師們對我的關(guān)心和指導(dǎo)。 感謝濟(jì)南鐵路局陳功局長，感謂 鐵路局人事處及原青島鐵路分局干部分處的 各位領(lǐng)導(dǎo)同志。正是他們站在全局發(fā)展的高度，以超前的眼光和極大的魄力促成 了鐵路局與北京交通大學(xué)的合作，給我提供了一個(gè)學(xué)習(xí)、提高、發(fā)展的好機(jī)會(huì)。 還要誠摯的感謝電氣工程學(xué)院的各位老師幾年來不辭勞苦，到青島來為我們 授課和指導(dǎo)；也感謝青島黨校給我們的學(xué)習(xí)生活提供便利條件，使我們的學(xué)業(yè)得 以順利完成。 濟(jì)南鐵路局濟(jì)南西機(jī)務(wù)段儀垂俊高級工程師悉心指導(dǎo)我完成了相關(guān)的調(diào)研研 制工作，在學(xué)習(xí)上和工作上都給予了我很大的關(guān)心和幫助，在此表示衷心的謝意。 濟(jì)南鐵路局機(jī)務(wù)處的各位領(lǐng)導(dǎo)對于我的研究工作和論文也提出了許多的寶貴 意見，在此表示衷心的感謝。 在調(diào)查研究研制工作及撰寫論文期間，濟(jì)南鐵路局濟(jì)南、原青島、原兗州機(jī) 務(wù)段技術(shù)科和各車間的同事們對我論文中的原始數(shù)據(jù)積累給予了熱情支持和幫 助，在此向他們表達(dá)我的感激之情。 另外也感謝我的妻子和家人，她們的理解和支持使我能夠?qū)Ｐ耐瓿晌业膶W(xué)業(yè) 和進(jìn)行研究撰寫完成論文。 1 緒論 隨著科學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，列車運(yùn)行監(jiān)控記錄裝置、機(jī)車 軸溫報(bào)警裝置等新設(shè)備、新技術(shù)在鐵路運(yùn)輸生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，安全 生產(chǎn)的可控性已大大增強(qiáng)，機(jī)車質(zhì)量問題突顯出來。鐵路大提速的實(shí) 施，是鐵路跨越式發(fā)展的里程碑，同時(shí)對機(jī)車質(zhì)量提出了更高的要求。 1 1 課題背景 目前，我國的干線內(nèi)燃機(jī)車柴油機(jī)全部采用了廢氣渦輪增壓器， 以大幅度提高進(jìn)入氣缸的空氣的密度，通過充分燃燒更多燃料而提高 了平均有效壓力，提高機(jī)械效率，使柴油機(jī)功率和經(jīng)濟(jì)性得到提高。 增壓器的狀態(tài)決定了柴油機(jī)功率，進(jìn)而影響著機(jī)車的牽引功率。增壓 器故障，不僅降低了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性，更重要的是降低柴油機(jī)的功率， 影響機(jī)車的運(yùn)用狀態(tài)，干擾行車秩序，進(jìn)而影響了鐵路運(yùn)輸企業(yè)經(jīng)濟(jì) 和社會(huì)效益，影響了服務(wù)質(zhì)量。 通過對濟(jì)南鐵路局各個(gè)機(jī)務(wù)段的調(diào)查發(fā)現(xiàn)，每年增壓器故障占全 年機(jī)破事故的3 0 4 0 左右，例如20 0 5 年濟(jì)南機(jī)務(wù)段共發(fā)生機(jī)破2 7 件，其中增壓器故障造成機(jī)破l0 件，占機(jī)破件數(shù)的3 7 o ；青島機(jī)務(wù) 段共發(fā)生機(jī)破2 2 件，其中增壓器故障造成機(jī)破8 件，占機(jī)破件數(shù)的 3 6 4 。增壓器故障不僅嚴(yán)重影響了列車的安全運(yùn)行，干擾了鐵路運(yùn)輸 秩序，而且危害了旅客的健康，造成了檢修成本的大量增加。目前， 渦輪增壓器故障是全路國產(chǎn)大功率內(nèi)燃機(jī)車的慣性故障，而故障后的 增壓器經(jīng)解體發(fā)現(xiàn)絕大部分均出現(xiàn)轉(zhuǎn)子軸拉傷，軸承燒損，壓氣機(jī)葉 輪掃膛，渦輪端大量積碳及渦輪盤裂損葉片飛出等現(xiàn)象，有的轉(zhuǎn)子軸 承燒死無法解體，甚至出現(xiàn)增壓器嚴(yán)重破損，很難分析出故障源頭是 從那個(gè)配件開始引起的。而現(xiàn)在有的檢測儀不能準(zhǔn)確地診斷故障隱患 及故障點(diǎn)，以此，難以制定出有效的防范措施。 1 2 增壓器典型故障原因分析及對策 1 2 1 增壓器典型故障原因分析 濟(jì)南鐵路局充州機(jī)務(wù)段2 0 0 5 10 2 0 0 6 0 9 月增壓器故障情況統(tǒng)計(jì) 見表卜1 ： 表卜l 序號故障現(xiàn)象故障原因件數(shù) 1 油封漏油油封磨損 4 軸承磨損使徑向間隙超限，導(dǎo)致葉輪或渦輪損壞1 0 件； 2掃膛1 2 波紋管內(nèi)套碎2 件 3 固死或不靈活氣封圈積炭1 0 件；軸承燒損2 件 1 2 殼體漏水2 件；渦輪葉片拉筋絲斷1 件；進(jìn)油孔絲扣壞1 4其他4 件 合計(jì)3 2 由上表可知，增壓器故障占了機(jī)破的5 0 ( 同期發(fā)生機(jī)破12 件， 機(jī)破因素7 0 件) ，機(jī)破因素的7 3 ，2 0 0 5 1 2 0 0 6 12 兩期間共修理增 壓器6 4 臺，每臺修理成本為2 萬元，合計(jì)支出修理成本12 8 萬元。因 此，增壓器是目前進(jìn)步提高機(jī)車質(zhì)量的瓶頸之一。 具體分析 1 、油封漏油 軸承油封漏油的主要原因是油封磨損、油封環(huán)槽間隙超限或油封 間隙調(diào)整不當(dāng)。油封磨損有個(gè)漸變的過程，開始壓氣端或廢氣端有 少許漏油，磨損到一定程度后，漏油量大大增加，因此，只要加強(qiáng)檢 查，及時(shí)報(bào)修，就能避免油封磨損造成的增壓器故障。 2 、掃膛 造成增壓器掃膛的主要原因是軸承磨損使徑向間隙超限，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn) 動(dòng)失衡，導(dǎo)致葉輪或渦輪損壞。增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速和增壓壓力與柴油 機(jī)轉(zhuǎn)速和負(fù)載情況密切相關(guān)，具有定的對應(yīng)關(guān)系。軸承磨損有一個(gè) 逐漸變化的過程，軸承磨損后，磨擦力增大，增壓器轉(zhuǎn)速減慢、波動(dòng) 2 大，壓縮壓力減小，二者與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系就會(huì)偏離正常值。 3 、固死或不靈活 固死或不靈活的主要原因是氣封圈積炭或軸承燒損，這也有一個(gè) 逐漸變化的過程。氣封圈積炭后( 空氣流動(dòng)阻力變大) 和軸承燒損( 導(dǎo)致 磨擦力增大) 初期最明顯的標(biāo)志是增壓器轉(zhuǎn)速下降、壓縮壓力降低。 4 、其它， 殼體漏水、渦輪葉片拉筋絲斷、進(jìn)油孔絲扣壞等現(xiàn)象通過加強(qiáng)檢 查，及早發(fā)現(xiàn)，避免增壓器損壞。 掃膛、固死或不靈活導(dǎo)致增壓器轉(zhuǎn)速和增壓壓力降低，影響了進(jìn) 氣量，導(dǎo)致柴油機(jī)功率降低。由此造成的增壓器故障高達(dá)75 ，這種故 障類型的共同特點(diǎn)就是當(dāng)柴油機(jī)轉(zhuǎn)速一定時(shí)，增壓器轉(zhuǎn)速和壓縮壓力 顯著降低，如果定期測量它們之間的關(guān)系，加以分析，就能及時(shí)發(fā)現(xiàn) 問題，以便進(jìn)行檢修，避免故障擴(kuò)大，影響機(jī)車。 1 2 2 解決增壓器故障對策 1 2 2 1 加強(qiáng)檢測、檢修 為了保持增壓器狀態(tài)良好，減少增壓器故障，避免影響機(jī)車運(yùn)用， 加強(qiáng)檢測檢修，制定了以下措施： 機(jī)車小修時(shí)，檢修車間要測量增壓器轉(zhuǎn)速，所測數(shù)據(jù)作好記錄， 積累經(jīng)驗(yàn)。 機(jī)車輔修后走行1 萬公里以上，d f 4 c 機(jī)車必須做一次中檢，檢 修車間利用中檢檢查增壓器各部狀態(tài)：轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活，無異音；葉片 良好；壓氣端、廢氣端無漏油；手感增壓器軸向間隙、徑向間隙無異 常，若有異常，吊修增壓器檢查。 機(jī)車2 次、4 次、6 次小修時(shí)更換增壓器機(jī)油濾清器，3 次小修 更換燃油精濾器濾芯。 機(jī)車輔、小修時(shí)要認(rèn)真檢查各處滑油壓力及增壓器狀態(tài)，狀態(tài) 不良者及時(shí)擴(kuò)大解體。 機(jī)車輔、小修時(shí)要認(rèn)真檢查空氣濾清器狀態(tài)，要保證安裝正確 和狀態(tài)良好，狀態(tài)不良者及時(shí)更換。 1 2 2 2 加強(qiáng)運(yùn)用保養(yǎng) 通過對增壓器故障的分析，為加強(qiáng)增壓器的運(yùn)用保養(yǎng)，保持增壓 器狀態(tài)良好，加強(qiáng)運(yùn)用保養(yǎng)，制定了以下措施： 柴油機(jī)啟機(jī)前，檢查中冷器內(nèi)有無存油，若有存油，仔細(xì)檢查， 確認(rèn)增壓器及其它部位無異常方可啟機(jī)。 柴油機(jī)啟機(jī)前，打滑油必須達(dá)到3 分鐘，以保證增壓器轉(zhuǎn)動(dòng)前 潤滑良好，方可啟機(jī)。 柴油機(jī)停機(jī)后，打滑油必須達(dá)到3 分鐘，確保待增壓器停轉(zhuǎn)前 潤滑良好。 乘務(wù)員途中發(fā)現(xiàn)增壓器異常情況：如異音、漏油、冒黑煙，功率 不升等，必須回段提票。 1 2 2 3 研制機(jī)車柴油機(jī)增壓器檢測系統(tǒng) 增壓器的日常檢測、檢修及運(yùn)用保養(yǎng)并沒有定量的標(biāo)準(zhǔn)，與檢修 及乘務(wù)員的素質(zhì)與經(jīng)驗(yàn)有很大的關(guān)系，在發(fā)現(xiàn)故障時(shí)存在滯后現(xiàn)象。 增壓器的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和壓縮壓力是增壓器的最重要的性能參數(shù)，能夠反 應(yīng)出增壓器的優(yōu)劣，當(dāng)增壓器狀態(tài)不良時(shí)，轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速和壓縮壓力就會(huì) 顯著降低。為及時(shí)、準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)增壓器故障，減少人為檢查的失誤，減 少因此對機(jī)車運(yùn)用的影響，可以研制機(jī)車柴油機(jī)增壓器檢測系統(tǒng)。 1 3 課題目標(biāo) 通過對增壓器故障原因的分析及提出的對策可以看出，增壓器故 障不僅嚴(yán)重影響了列車的安全運(yùn)行，干擾了鐵路運(yùn)輸秩序，而且造成 了檢修成本的大量增加。因此，研制增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)，及時(shí)地、 正確地對增壓器可能發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)、分析和判斷，確定故障的 性質(zhì)、類別、程度、原因、部位，消除事故隱患，保證增壓器安全運(yùn) 行是十分迫切的問題。 目前，增壓器只是在地面上通過測量其惰轉(zhuǎn)時(shí)間與動(dòng)平衡等判斷 其工作狀態(tài)。由于缺乏對其運(yùn)行性能的檢測，所以不能全面準(zhǔn)確地評 4 價(jià)其性能。為此，研制了內(nèi)燃機(jī)車增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)可在 機(jī)車運(yùn)行中和檢修期間實(shí)時(shí)檢測增壓器轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、渦輪機(jī)進(jìn)氣 溫度、增壓器機(jī)出口壓力等增壓器運(yùn)行的重要參數(shù)，一旦增壓器出現(xiàn) 異常情況，車載數(shù)據(jù)采集報(bào)警裝置立刻報(bào)警提醒乘務(wù)員采取相應(yīng)的措 施。采集的增壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)能夠存儲一個(gè)月以上，經(jīng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存盒、地 面分析軟件處理后生成相應(yīng)的圖表，為檢修人員提供詳細(xì)的運(yùn)行數(shù)據(jù)， 指導(dǎo)增壓器的維修。 同時(shí)隨著單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展，應(yīng)用范圍越來越廣，大量應(yīng)用于儀 表、檢測中。單片機(jī)技術(shù)廣泛應(yīng)用于機(jī)車、車輛、施工機(jī)械、客車等 鐵路部門，在確保行車安全、提高效率、規(guī)范管理等方面發(fā)揮了重要 作用。例如，監(jiān)控裝置能夠有效防止“兩冒一超”，在其應(yīng)用1o 幾年以 來，各類行車事故大大減少，確保了運(yùn)輸安全和秩序；微機(jī)控制技術(shù) 的應(yīng)用，使我國機(jī)車控制技術(shù)邁上了新的臺階，大功率、節(jié)能柴油機(jī) 的使用也離不開單片機(jī)控制技術(shù)；客車手持補(bǔ)票機(jī)的應(yīng)用，規(guī)范了列 車補(bǔ)票工作；機(jī)車信號、無線列調(diào)、供電控制等均是在單片機(jī)基礎(chǔ)了 研發(fā)成功的。因此只要設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)膯纹瑱C(jī)電路，輔以適當(dāng)?shù)妮斎胼敵?電路和外部檢測裝置，就能檢測到增壓器狀態(tài)的信號一惰轉(zhuǎn)時(shí)間、增 壓器與工況及柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的關(guān)系等數(shù)據(jù)，建立合理的數(shù)學(xué)模型并據(jù)此 編寫軟件，就能夠判斷增壓器的狀態(tài)，狀態(tài)不良時(shí)，及時(shí)預(yù)警，避免 增壓器故障擴(kuò)大，避免因此造成的機(jī)破等事件。同時(shí)內(nèi)燃機(jī)車大部件 破損還會(huì)造成修車成本大幅超支。因此，實(shí)時(shí)地監(jiān)測增壓系統(tǒng)的工作 狀態(tài)，及時(shí)準(zhǔn)確地診斷、預(yù)報(bào)增壓器故障的性質(zhì)、部位和原因，為增 壓器檢修提供可靠依據(jù)，使柴油機(jī)始終在良好狀態(tài)下工作，具有重要 意義。 2 增壓器工作原理與檢修運(yùn)用 2 1 增壓器結(jié)構(gòu)與工作原理 柴油機(jī)提高充入氣缸的空氣密度的具體方法可將充入氣缸的空氣 在缸外進(jìn)行預(yù)壓縮，以提高進(jìn)氣壓力，并對預(yù)壓縮后的迸氣加以冷卻 后送入氣缸，這種方法稱為柴油機(jī)增壓。根據(jù)驅(qū)動(dòng)增壓器能量的來源，增壓 的方式可分為機(jī)械增壓、廢氣渦輪增壓和復(fù)合式增壓三種。 16 v 2 4 0 z j b 型柴油機(jī)采用廢氣渦輪增壓系統(tǒng)，利用排出氣缸的具有 一定能量的廢氣導(dǎo)入渦輪機(jī)中膨脹作功，再由渦輪機(jī)帶動(dòng)壓氣機(jī)將新 鮮空氣壓縮?？諝庠趬毫ι叩耐瑫r(shí)溫度也隨之升高，為進(jìn)一步增加 氣缸的充氣量，廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中設(shè)置有冷卻增壓空氣的冷卻器， 使空氣密度得到進(jìn)一步提高，而壓力損失較小。這種增壓系統(tǒng)中，增 壓器與柴油機(jī)曲軸之間無機(jī)械聯(lián)系，由于回收利用廢氣能量，所以增 壓柴油機(jī)降低了燃油消耗率，提高了工作經(jīng)濟(jì)性。廢氣渦輪增壓系統(tǒng) 與其它增壓系統(tǒng)相比，省去了柴油機(jī)對增壓器的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，故結(jié)構(gòu)簡 單緊湊；又利用了廢氣能量兩提高了柴油機(jī)的經(jīng)濟(jì)性；并由于進(jìn)氣壓 力的提高，在換氣過程氣門重疊期對燃燒室進(jìn)行掃氣，這樣既提高充 氣效率，又降低活塞、氣缸蓋和氣門的熱負(fù)荷，還降低了渦輪葉片的 工作溫度，因而得到了廣泛的應(yīng)用。渦輪增壓器工作原理如圖2 1 所示。 圖2 1渦輪增壓器工作原理 6 在廢氣渦輪增壓系統(tǒng)中，根據(jù)對廢氣能量利用方式的不同，又可分為恒壓( 定 壓) 增壓、脈沖增壓和脈沖轉(zhuǎn)換增壓三種。 1 、恒壓渦輪增壓系統(tǒng) 恒壓渦輪增壓系統(tǒng)是指渦輪前排氣管內(nèi)壓力波動(dòng)很小，燃?xì)鈮毫旧虾愣ā?在這種增壓系統(tǒng)中，柴油機(jī)各缸排出的廢氣都通入一根排氣總管內(nèi)，然后再導(dǎo)入 渦輪的噴嘴環(huán)。這樣由于排氣總管的截面和長度較大( 即容積較大) ，同時(shí)各缸排氣 交替補(bǔ)充，使排氣總管內(nèi)的壓力波動(dòng)較小，進(jìn)入渦輪的燃?xì)鈮毫旧虾愣?，?此，這種增壓系統(tǒng)稱為恒壓渦輪增壓系統(tǒng)。由于排氣總管內(nèi)的壓力趨近于一平均 值，因此在排氣門開啟初期，缸內(nèi)壓力遠(yuǎn)高于排氣總管內(nèi)的壓力，大部分燃?xì)鈺?快地排出，使燃?xì)庠诹鹘?jīng)排氣門和進(jìn)入排氣總管時(shí)出現(xiàn)節(jié)流和自由膨脹，產(chǎn)生較 大的渦流和摩擦損失。雖然渦流和摩擦損失產(chǎn)生熱量，使燃?xì)鉁囟扔兴?，?可以回收一部分能量，但大部分燃?xì)獾哪芰繘]有得到充分利用。 2 、脈沖渦輪增壓系統(tǒng) 在脈沖渦輪增壓系統(tǒng)中，將間隔發(fā)火的2 個(gè)或3 個(gè)氣缸連接到一根截面較小、 長度較短的排氣管上，再和渦輪增壓器相接。因排氣管容積較小，在排氣門開啟 初期，排氣管內(nèi)的壓力迅速升高，接近于缸內(nèi)燃?xì)鈮毫ΑＳ捎谠谕桓艢夤軆?nèi) 沒有其它氣缸同時(shí)排氣，因此隨著燃?xì)膺M(jìn)入渦輪，缸內(nèi)壓力和排氣管內(nèi)壓力一起 迅速下降，形成排氣管內(nèi)壓力周期性脈動(dòng)變化。渦輪是在進(jìn)口壓力有較大脈動(dòng)的 情況下工作的，這種增壓系統(tǒng)稱為脈沖渦輪增壓系統(tǒng)或變壓渦輪增壓系統(tǒng)。在脈 沖渦輪增壓系統(tǒng)中，排氣f - j n 打開時(shí)，氣缸內(nèi)與排氣管內(nèi)的壓力差較大，渦流和 節(jié)流損失也較大，但由于排氣管內(nèi)的壓力迅速升高，與氣缸內(nèi)壓力差隨之減小， 因而氣流總的節(jié)流損失大為減少，這樣使可利用的燃?xì)饽芰吭黾?。同恒壓渦輪增 壓系統(tǒng)相比，當(dāng)排氣管內(nèi)平均壓力相同時(shí)，脈沖增壓系統(tǒng)渦輪的功率約大3 0 。 通常四沖程柴油機(jī)的排氣持續(xù)期約為2 4 0 0 曲軸轉(zhuǎn)角。為得到良好的掃氣效果，必 須避免各缸壓力波的相互干擾，因此使連接在一根排氣管上的各缸發(fā)火順序錯(cuò)開， 每根排氣管連接的氣缸數(shù)不超過3 個(gè)。燃?xì)饨?jīng)各排氣管進(jìn)入渦輪，渦輪雖然在脈動(dòng) 壓力下工作，但渦輪噴嘴環(huán)的進(jìn)氣是連續(xù)的。 3 、脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng) 在脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)中，各缸排氣管分組原則與脈沖渦輪增壓系統(tǒng)相同， 所不同的是排氣管道中增設(shè)脈沖轉(zhuǎn)換器。排氣管接在脈沖轉(zhuǎn)換器上，燃?xì)庠诿}沖 轉(zhuǎn)換器內(nèi)實(shí)現(xiàn)壓力能與動(dòng)能間的轉(zhuǎn)換，這種增壓系統(tǒng)稱為脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)。 脈沖轉(zhuǎn)換器由引射管、混合管、擴(kuò)壓管和穩(wěn)壓器組成。在脈沖轉(zhuǎn)換器中，從一根 排氣管來的排氣脈沖流過截面漸縮的引射管時(shí)，氣流速度進(jìn)一步提高，即把壓力 能轉(zhuǎn)換成動(dòng)能。這股高速氣流對另一根引射管產(chǎn)生引射和抽吸作用。如果連接另 7 一根引射管的氣缸正處于掃氣階段，可使該缸具有較低的排氣背壓而進(jìn)一步改善 掃氣效果。從各引射管來的不同流速的氣流在混合管內(nèi)相互混合，然后進(jìn)入擴(kuò)壓 管，將動(dòng)能轉(zhuǎn)換成壓力能。進(jìn)入穩(wěn)壓管后，廢氣的壓力波動(dòng)得到進(jìn)一步穩(wěn)定，然 后進(jìn)入渦輪，因此脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)的渦輪機(jī)與恒壓渦輪增壓系統(tǒng)的渦輪機(jī) 都具有較高的效率。 比較上述三種增壓系統(tǒng)，恒壓渦輪增壓系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)是渦輪前氣流較穩(wěn)定，高 負(fù)荷下渦輪效率較高，排氣管結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是氣流的節(jié)流和自由膨脹損失大， 排氣脈沖能量不能有效地加以利用；在柴油機(jī)部分負(fù)荷時(shí)，因缸內(nèi)排出燃?xì)獾哪?量較低，增壓壓力亦較低，掃氣效果較差，需要活塞協(xié)助排出廢氣。此外，渦輪 的加速性能較差。脈沖渦輪增壓系統(tǒng)由于在排氣門開啟初期，排氣管內(nèi)的壓力迅 速上升到接近氣缸內(nèi)的壓力，因此氣流節(jié)流損失較小，排氣脈沖能量能部分地傳 遞給渦輪加以利用，但在高增壓時(shí)此優(yōu)點(diǎn)并不突出：在排氣門開啟期間，排氣管 內(nèi)平均壓力較低，因而活塞泵氣損失小，掃氣壓差大，效果較好，其缺點(diǎn)是渦輪 因流動(dòng)損失和沖擊損失較大，渦輪效率較低；同時(shí)排氣管結(jié)構(gòu)復(fù)雜，總體布置困 難，組裝和檢修較困難。脈沖轉(zhuǎn)換渦輪增壓系統(tǒng)兼有脈沖及恒壓渦輪增壓系統(tǒng)的 優(yōu)點(diǎn)，既能有效地利用排氣的脈沖能量，又能使氣流穩(wěn)態(tài)進(jìn)入渦輪，從而提高了 渦輪效率。 2 2 增壓器的主要故障原因 增壓系統(tǒng)故障主要有： ( 1 ) 增壓壓力偏低： ( 2 ) 柴油機(jī)排氣溫度過高； ( 3 ) 渦輪增壓器轉(zhuǎn)速降低或轉(zhuǎn)速過高； ( 4 ) 渦輪增壓器竄油；渦輪增壓器異音； ( 5 ) 渦輪增壓器回油溫度過高； ( 6 ) 渦輪增壓器壓氣機(jī)喘振等。 增壓壓力低的主要原因有： ( 1 ) 空氣濾清器嚴(yán)重堵塞使進(jìn)入增壓器空氣量少、 ( 2 ) 渦輪增壓器壓氣機(jī)氣道粘污、有時(shí)油垢可達(dá)2 m m 以上，這種現(xiàn)象在風(fēng)沙 較大地區(qū)； ( 3 ) 空氣濾清器洗后浸油情況下最為嚴(yán)重； ( 4 ) 柴油機(jī)進(jìn)氣管各接頭有漏氣處所，造成壓力損失； ( 5 ) 空氣中間冷卻器氣道粘污，主要由冷卻水質(zhì)問題或水中進(jìn)油引起； ( 6 ) 渦輪增壓器轉(zhuǎn)子和靜止零件間嚴(yán)重積碳，使旋轉(zhuǎn)阻力增加造成增壓器轉(zhuǎn) 速下降，甚至低速氣滯； ( 7 ) 渦輪增壓器葉片變形或噴嘴環(huán)變形造成增壓器噴嘴出口面積增大，柴油 機(jī)熱負(fù)荷增加； ( 8 ) 渦輪增壓器軸承損壞。 排氣溫度過高的主要原因有： ( 1 ) 由于噴油提前角減小或噴油器霧化不良造成柴油機(jī)后燃嚴(yán)重； ( 2 ) 由于油環(huán)裝反，缸套與氣、油環(huán)配合間隙大或配合壓力不合適等造成機(jī) 油參與燃燒； ( 3 ) 渦輪增壓器噴嘴環(huán)面積減小，排氣阻力大，背壓高。 渦輪增壓器竄油的主要原因有： ( 1 ) 渦輪增壓器壓氣機(jī)端油封軸承座間墊片漏油； ( 2 ) 進(jìn)油道工藝堵漏油； ( 3 ) 渦輪端氣封圈和軸承座間墊片漏油； ( 4 ) 渦輪軸梯形螺紋和氣封圈不同心。 渦輪增壓器轉(zhuǎn)速降低或過高的主要原因有： ( 1 ) 增壓器轉(zhuǎn)子和靜止零件間接磨，使旋轉(zhuǎn)阻力增加，轉(zhuǎn)速下降； ( 2 ) 噴嘴葉片超溫發(fā)生變形，使噴嘴出口面積增大，造成轉(zhuǎn)速下降； ( 3 ) 增壓器軸承損壞使增壓器轉(zhuǎn)子卡滯； ( 4 ) 柴油機(jī)排溫高，使渦輪轉(zhuǎn)速過高； ( 5 ) 柴油機(jī)超速； ( 6 ) 運(yùn)用地區(qū)大氣壓力低； ( 7 ) 噴嘴葉片或渦輪葉片積碳，使燃?xì)馔ǖ罍p小。 渦輪增壓器產(chǎn)生不正常噪音和振動(dòng)的主要原因有： ( 1 ) 渦輪增壓器轉(zhuǎn)子部分和靜止零件相碰接磨； ( 2 ) 增壓器轉(zhuǎn)子積碳嚴(yán)重，使動(dòng)平衡破壞； ( 3 ) 渦輪軸或軸承磨損嚴(yán)重； ( 4 ) 渦輪增壓器安裝松動(dòng)。 渦輪增壓器回油溫度過高的主要原因有： ( 1 ) 機(jī)油油壓低或機(jī)油系統(tǒng)堵塞； ( 2 ) 潤滑軸承的機(jī)油量不足； ( 3 ) 渦輪端氣封圈漏氣，使燃?xì)膺M(jìn)入潤滑油道； ( 4 ) 增壓器軸承損壞； ( 5 ) 冷卻系統(tǒng)堵塞，使軸承冷卻不良； 9 ( 6 ) 機(jī)油管路漏泄等原因使?jié)櫥土坎蛔恪?渦輪增壓器壓氣機(jī)喘振的主要原因有： ( 1 ) 空氣濾清器或空氣中間冷卻器氣道堵塞，使空氣流量減少： ( 2 ) 增壓器壓氣機(jī)流通面積減?。?( 3 ) 柴油機(jī)在高溫環(huán)境下工作，空氣流量減少； ( 4 ) 柴油機(jī)負(fù)荷突然降低或緊急停車，增壓器轉(zhuǎn)子由于慣性轉(zhuǎn)速不能立即降 低造成瞬時(shí)喘振； ( 5 ) 由于氣門機(jī)構(gòu)故障，使燃?xì)飧Z入進(jìn)氣道。 2 3 內(nèi)燃機(jī)車增壓器檢修檢測工藝 2 3 1增壓器檢修試驗(yàn)條件 ( 1 ) 油、水溫度：機(jī)油壓力按增壓器設(shè)計(jì)要求。機(jī)油進(jìn)1 2 1 溫度應(yīng)為4 0 c - 7 5 ?；赜蜏囟炔坏贸^1 0 0 * c 。出口水溫不應(yīng)超過9 0 。c 。 ( 2 ) 迸排氣壓力：增壓器壓氣機(jī)進(jìn)氣負(fù)壓不大于2 5 k p a ，增壓器渦輪排氣 背壓不大于2 k p a 。 2 3 2增壓器試驗(yàn)規(guī)則 增壓器試驗(yàn)分為型式試驗(yàn)和出廠試驗(yàn)。試驗(yàn)的各項(xiàng)數(shù)據(jù)應(yīng)符合t b t1 3 8 3 的 規(guī)定。 ( 1 ) 型式試驗(yàn) 增壓器有下列情況之一，應(yīng)做型式試驗(yàn)： a ) 新產(chǎn)品試制完成時(shí)； b ) 轉(zhuǎn)廠生產(chǎn)的產(chǎn)品試制完成時(shí)； c ) 停產(chǎn)滿一年再重新生產(chǎn)時(shí)； d ) 產(chǎn)品結(jié)構(gòu)、工藝或材料有重大改變時(shí)； 曲j 下常生產(chǎn)的產(chǎn)品每生產(chǎn)1 0 0 0 或生產(chǎn)滿3 年時(shí)； d 質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)部門提出檢驗(yàn)要求時(shí)。 供型式試驗(yàn)的增壓器，應(yīng)具備下列文件： 幻轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡試驗(yàn)記錄； b ) 主要零部件探傷檢查記錄； c ) 主要裝配尺寸及間隙記錄； 1 0 d ) 主要零部件材料的理化試驗(yàn)證明； e ) 主要零部件尺寸檢查記錄； 0 出廠試驗(yàn)記錄。 型式試驗(yàn)包括性能試驗(yàn)和耐久性試驗(yàn)，下面分別介紹。 性能試驗(yàn)包括以下內(nèi)容： 其一是壓氣機(jī)特性試驗(yàn)： 應(yīng)在壓氣機(jī)試驗(yàn)臺或增壓器試驗(yàn)臺上用外風(fēng)源進(jìn)行試驗(yàn)。允許采用自循環(huán)方 法進(jìn)行部分性能試驗(yàn)。試驗(yàn)結(jié)束后按附錄b 填寫試驗(yàn)記錄和附錄c 繪制出性能曲線。 等轉(zhuǎn)速線分擋：最低起始轉(zhuǎn)速不應(yīng)高于標(biāo)定轉(zhuǎn)速的6 0 ，然后每隔1 0 0 0r r a i n 2 0 0 0r m i n 作一條等轉(zhuǎn)速線，直到標(biāo)定轉(zhuǎn)速的1 1 0 。 流量測點(diǎn)分擋：從喘振點(diǎn)起，在每一條等轉(zhuǎn)速線上按流量劃分，不應(yīng)少于五 點(diǎn)。 其二是渦輪特性試驗(yàn)： 可以在增壓器試驗(yàn)臺上采用外風(fēng)源方式或自循環(huán)方式進(jìn)行，做自循環(huán)線，可 與自循環(huán)試驗(yàn)相合( 調(diào)節(jié)自循環(huán)閥，模擬柴油機(jī)標(biāo)定工況點(diǎn)的p k p t 值) ，測取壓 氣機(jī)和渦輪端各參數(shù)。 注：p k 一壓氣機(jī)出口處總壓力； p t 一渦輪進(jìn)口處總壓力。 其三自循環(huán)試驗(yàn)： a ) 在自循環(huán)試驗(yàn)中，增壓器在標(biāo)定工況下，應(yīng)模擬柴油機(jī)在標(biāo)定工況時(shí)的p k p t 值，按此做白循環(huán)試驗(yàn)，以考察渦輪進(jìn)口溫度的變化。在試驗(yàn)中此溫度應(yīng)低 于最高允許值。 b ) 脈沖增壓器，試驗(yàn)前允許更換小面積的噴嘴環(huán)，以完成自循環(huán)試驗(yàn)。 c ) 增壓器總效率應(yīng)按自循環(huán)時(shí)壓氣機(jī)處于標(biāo)定點(diǎn)的試驗(yàn)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算。 d ) 自循環(huán)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)按壓氣機(jī)特性試驗(yàn)所選定的轉(zhuǎn)速進(jìn)行，同時(shí)測定機(jī)組的振 動(dòng)。 其四惰轉(zhuǎn)試驗(yàn) 在增壓器轉(zhuǎn)速為5 0 標(biāo)定轉(zhuǎn)速時(shí)，切斷燃油供給，逐漸降低滑油壓力測定惰 轉(zhuǎn)時(shí)間。 ( 2 ) 耐久性試驗(yàn)要求 提供做耐久試驗(yàn)的增壓器應(yīng)是通過性能試驗(yàn)的同一臺增壓器。試驗(yàn)前，應(yīng)核 對增壓器各主要零部件的尺寸、間隙和裝配記錄。 。 耐久性試驗(yàn)包括以下內(nèi)容 a ) 、1 0 0 h 試驗(yàn) 試驗(yàn)方式按性能試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行。 試驗(yàn)工況按以下工況順序進(jìn)行： 1 ) 標(biāo)定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)3 0 h ； 2 ) 交替突變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)1 0h ，轉(zhuǎn)速在標(biāo)定轉(zhuǎn)速和6 0 標(biāo)定轉(zhuǎn)速之間交變，前 8h 每4r a i n 變換一次，后2 h 每2 m i n 變換一次，升降速時(shí)間不大于l o s ； 3 ) 超速試驗(yàn)2 4 h ，轉(zhuǎn)速為標(biāo)定轉(zhuǎn)速的11 0 ； 4 ) 交替突變轉(zhuǎn)速試驗(yàn)1 0h ，i 況同前； 5 1 標(biāo)定轉(zhuǎn)速試驗(yàn)2 6 h 。 試驗(yàn)過程中測量和記錄各參數(shù)，每1h 進(jìn)行一次。 b ) 、超溫試驗(yàn) 在l o o h 試驗(yàn)后進(jìn)行。增壓器在標(biāo)定轉(zhuǎn)速運(yùn)轉(zhuǎn)，使渦輪進(jìn)口溫度保持在最 高允許溫度的 1 0 5 ，時(shí)間不少于5 m i n 。 c ) 、復(fù)校性能 1 0 0h 試驗(yàn)后應(yīng)復(fù)校增壓器的性能( 在超溫試驗(yàn)后進(jìn)行) 。 d ) 、停車要求 在l o o h 試驗(yàn)中，因非增壓器故障( 漏氣、漏水、漏油) 而停車不應(yīng)超過一次， 停車時(shí)間不應(yīng)超過3 0 m i n ，增壓器試驗(yàn)時(shí)間應(yīng)按停車時(shí)間相應(yīng)延長。若超過3 0 m i n ， 試驗(yàn)無效。 ( 3 ) 拆檢 型式試驗(yàn)后進(jìn)行分解檢查，并記錄如下項(xiàng)目： 幻、復(fù)校轉(zhuǎn)子動(dòng)平衡； 、 b ) 、對渦輪輪盤、主軸、止推墊片及軸承套進(jìn)行探傷檢查； c ) 、檢查軸承、軸頸和減振器裝置的磨耗情況； 2 3 3內(nèi)燃機(jī)車增壓器檢測 ( 1 ) 轉(zhuǎn)速測量 用電磁感應(yīng)測頭和電子計(jì)數(shù)式頻率計(jì)測量，也可用其他轉(zhuǎn)速測量儀器，測量 精度不低于0 5 。 、 ( 2 ) 壓力測量 測量儀器及測點(diǎn)位置：壓氣機(jī)和渦輪進(jìn)出口都應(yīng)使用精度為0 3 級的儀表測 量，測點(diǎn)位置應(yīng)按氣體動(dòng)力學(xué)有關(guān)規(guī)定 系統(tǒng)壓力測量：冷卻水和機(jī)油系統(tǒng)壓力用2 5 級壓力表測量。 1 2 大氣壓力測量：試驗(yàn)地點(diǎn)的大氣壓力用槽式氣壓計(jì)或其他氣壓計(jì)測量。 ( 3 ) 溫度測量 壓氣機(jī)進(jìn)、出口溫度測量：用精度為0 2 級的溫度計(jì)，測點(diǎn)位置應(yīng)按氣體動(dòng) 力學(xué)有關(guān)規(guī)定設(shè)置。 渦輪進(jìn)、出口廢氣溫度測量：用精度為0 5 級的溫度計(jì)，測點(diǎn)位置應(yīng)按氣體 動(dòng)力學(xué)有關(guān)規(guī)定設(shè)置。 冷卻水和機(jī)油溫度測量：可使用精度為2 級的溫度計(jì)測量。 環(huán)境溫度測量：可使用精度為0 5 級的溫度計(jì)測量。 ( 4 ) 空氣濕度測量：可使用空氣相對濕度計(jì)進(jìn)行測量。 ( 5 ) 流量測量 空氣流量：用精度為l 級的孔板流量計(jì)或其他流量計(jì)測量。 冷卻水和機(jī)油流量測量：可用浮子流量計(jì)測量或用稱重法進(jìn)行測量。 ( 6 ) 測量儀器要求：測試、測量用的壓力表、溫度計(jì)及其他測量工具應(yīng)有上 一級計(jì)量單位頒發(fā)的檢定合格證。 ( 7 ) 工況點(diǎn)的測量：試驗(yàn)中每一工況需穩(wěn)定5m i n 后方可進(jìn)行測量，每一工況 應(yīng)測量2 次，測量數(shù)據(jù)填入記錄表 ( 8 ) 零部件的測量：增壓器零部件的測量由專人負(fù)責(zé)，使用檢定合格的量具 進(jìn)行測量。試驗(yàn)前后的測量，原則上由同一人在相同的條件下進(jìn)行。 3 1設(shè)計(jì)原則 3 總體設(shè)計(jì)方案 本著有效可靠、成本支出少、不對機(jī)車其它電氣設(shè)備產(chǎn)生任何影 響的前提，確定以下設(shè)計(jì)原則： 能夠顯示、查詢機(jī)車工況、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、增壓器轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、 渦輪機(jī)進(jìn)氣溫度、增壓器出口壓力等增壓器運(yùn)行的重要參數(shù)； 相關(guān)軟硬件要符合鐵道部有關(guān)技術(shù)規(guī)范： 與機(jī)車電氣連接部分要進(jìn)行光電隔離； 不干擾機(jī)車乘務(wù)員的正常操縱。 首先，通過對增壓器轉(zhuǎn)速、增壓器機(jī)油壓力、渦輪機(jī)進(jìn)氣溫度、 增壓器出口壓力、增壓器惰轉(zhuǎn)時(shí)間等檢測數(shù)據(jù)的積累，診斷渦輪增壓 器軸承及轉(zhuǎn)子等的工作狀態(tài)，摸索并確定( 綜合參數(shù)) 門限值，提前 發(fā)現(xiàn)問題，處理問題。 其次，對軸承燒損、固死、掃膛等故障原因準(zhǔn)確分析出故障源頭， 從而找出造成增壓器故障的原因，在修程中制訂有針對性地防范措施， 解決內(nèi)燃機(jī)車增壓器軸承燒損、固死、掃膛等慣性故障，降低檢修成 本，降低職工勞動(dòng)強(qiáng)度。 3 。2技術(shù)方案的確定 該檢測診斷裝置采用了便攜式離線采集方式，系統(tǒng)主要由車載數(shù) 據(jù)采集報(bào)警裝置、轉(zhuǎn)存盒、筆記本電腦、應(yīng)用軟件和打印機(jī)組成等部 分組成。采用嵌入式計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，通過傳感器及相應(yīng)的軟硬件系統(tǒng)， 對表征機(jī)組主要機(jī)械動(dòng)態(tài)特性的轉(zhuǎn)速、惰轉(zhuǎn)時(shí)間、機(jī)油壓力、空氣出 口壓力、廢氣進(jìn)氣溫度等參數(shù)實(shí)時(shí)測試和分析，達(dá)到對機(jī)車渦輪增壓 器工作狀態(tài)檢測目的。 1 4 3 2 ，1信息獲取 渦輪增壓器是高速運(yùn)行的旋轉(zhuǎn)機(jī)械，運(yùn)行過程中，其內(nèi)部零件必 然受到機(jī)械應(yīng)力，熱應(yīng)力，化學(xué)應(yīng)力等作用，隨著時(shí)間的推移，作用 的累積將使機(jī)組正常運(yùn)行的技術(shù)狀態(tài)不斷發(fā)生變化，隨時(shí)可能產(chǎn)生異 常，故障或劣化狀態(tài)。伴隨著這些變化，又必然產(chǎn)生相應(yīng)的壓力、噪 聲、溫度等二次效應(yīng)?？梢岳脵C(jī)車渦輪增壓器在運(yùn)行過程中的二次 效應(yīng)，或稱機(jī)械圖像所提供的信息，諸如轉(zhuǎn)速，噪聲，溫升，壓力， 潤滑油狀態(tài)等有關(guān)物力變化的信息。由于機(jī)械動(dòng)態(tài)檢測技術(shù)具有多參 性，多維性，可傳遞性和可實(shí)現(xiàn)性等優(yōu)點(diǎn)而得到了迅速發(fā)展，因而將 轉(zhuǎn)速、溫升、壓力、潤滑油狀態(tài)的檢測確定為“內(nèi)燃機(jī)車渦輪增壓器 檢測系統(tǒng) 的主要內(nèi)容。 3 2 2 基本分析方法 增壓器軸承上嵌有永磁鐵，能夠通過電磁式轉(zhuǎn)速傳感器測得增壓 器的轉(zhuǎn)速；機(jī)車工況是高低電平信號；柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號能夠從測發(fā)直 接取得，將轉(zhuǎn)速傳感器所提供的信息轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?；機(jī)油壓力、空氣 出口壓力、廢氣進(jìn)氣溫度等參數(shù)可通過傳感器采集并轉(zhuǎn)換；最后將采 集的各種檢測參數(shù)信息，通過采用人工智能監(jiān)測診斷的新技術(shù)，進(jìn)行 時(shí)域等分析，監(jiān)視、診斷機(jī)車渦輪增壓器的狀態(tài)及變化趨勢，得出狀 態(tài)是否正常的結(jié)論。將實(shí)測機(jī)械動(dòng)態(tài)特性參數(shù)與檔案庫數(shù)據(jù)進(jìn)行智能 化對比分析，實(shí)現(xiàn)狀態(tài)判斷的自動(dòng)化。因此只要設(shè)計(jì)適宜的單片機(jī)系 統(tǒng)，就能夠測量并記錄上述數(shù)據(jù)，再通過單片機(jī)的人機(jī)對話功能，來 實(shí)現(xiàn)查詢、顯示、診斷、報(bào)警等功能。 4 柴油機(jī)增壓器檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 1 柴油機(jī)增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)基本組成 柴油機(jī)增壓器檢測系統(tǒng)主要是為了檢測增壓器狀態(tài)、減少和防止 增壓器破損事件發(fā)生而設(shè)計(jì)的。系統(tǒng)由車載檢測報(bào)警裝置( 主機(jī)) 、轉(zhuǎn) 存盒、筆記本電腦、地面處理軟件等組成。 4 1 1 增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)的指標(biāo) 增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)的指標(biāo)如表4 1 增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)參數(shù)指標(biāo)表4 1 檢測參數(shù)名稱參數(shù)值正常范圍檢測參數(shù)名稱參數(shù)值正常范圍 電源電壓( v )9 9 l2 l增壓器機(jī)油壓 o lo 2 5 力( m p a ) o 4 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 o 1 2 0 0 4 3 0 1 0 5 0增壓器出口壓 0 0 5o 0 8 ( r m i n )力( m p a ) o 3 增壓器轉(zhuǎn)速 o 3 2 0 0 01 9 0 0 2 7 0 0 0 渦輪機(jī)進(jìn)氣溫 0 ，8 0 09 0 6 5 0 ( r m i n ) 度( ) 4 1 2 車載檢測報(bào)警裝置 車載檢測報(bào)警裝置通過檢測柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、增壓器轉(zhuǎn)速、廢氣排氣 溫度、空氣出口壓力、機(jī)油進(jìn)口壓力以及加載情況等指標(biāo)，來判斷增 壓器運(yùn)行狀態(tài)的好壞。具有數(shù)據(jù)查詢、時(shí)鐘調(diào)整、機(jī)車號、增壓器型 號設(shè)置、數(shù)據(jù)清除、數(shù)據(jù)發(fā)送等功能。 該裝置由傳感器、信號取樣電路、c p u 控制電路、d c - d c 電源模塊、 存儲器、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存、接線盒、連接線等組成。裝置工作時(shí)，c p u 不斷采 集增壓器工作數(shù)據(jù)，根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)來判斷增壓器工作狀態(tài)，當(dāng)c p u 判斷出增壓器故障后，發(fā)出指令報(bào)警，并及時(shí)存儲數(shù)據(jù)，從而檢測到 增壓器故障數(shù)據(jù)。信號取樣電路的設(shè)計(jì)，使本裝置可適用于各種型號 的內(nèi)燃機(jī)車，該裝置有顯示、報(bào)警、存儲、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存等功能抗干擾能 力強(qiáng)，顯示故障直觀。 1 6 該采集裝置安裝于機(jī)車司機(jī)駕駛室中，增壓器轉(zhuǎn)速、機(jī)油壓力、 風(fēng)壓傳感器安裝在增壓器機(jī)體測試口上。當(dāng)機(jī)車蓄電池閘刀閉合時(shí)， 裝置面板上液晶屏顯示時(shí)間及各種指標(biāo)信息，說明已處于工作狀態(tài)， 所有功能將通過c p u 控制自動(dòng)完成。平時(shí)不需要拆下維修，也不需要 人工干預(yù)或操作。設(shè)備絕緣性能好，不會(huì)影響和干擾機(jī)車上各種電器 的正常工作。不影響乘務(wù)員的各種操作。如果因故須切除該裝置工作 時(shí)，只要將其面板上的控制開關(guān)置斷開位就可以了。 增壓器與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速是頻率信號，經(jīng)放大后輸入c p u ，增壓器壓力 是模擬信號，經(jīng)放大、d a 轉(zhuǎn)換后輸入c p u ，機(jī)車工況是11o v 開關(guān)信 號，經(jīng)光電隔離后輸入c p u ，增壓器與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、增壓器壓力經(jīng)處理 后在顯示器上實(shí)時(shí)顯示。機(jī)車車號、增壓器型號及編號、柴油機(jī)類型 由檢測儀鍵盤輸入，主機(jī)是該檢測系統(tǒng)的核心部分，主機(jī)能夠檢測并 記錄增壓器轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速、增壓壓力和柴油機(jī)轉(zhuǎn)速、負(fù)載情況，并根據(jù) 預(yù)存的各種類型的增壓器的主要性能技術(shù)參數(shù)初步判斷增壓器的狀 態(tài)，當(dāng)嚴(yán)重偏離對應(yīng)的技術(shù)參數(shù)時(shí)發(fā)出聲音報(bào)警提示，其記錄數(shù)據(jù)通 過轉(zhuǎn)儲盒可轉(zhuǎn)存到計(jì)算機(jī)內(nèi)。主機(jī)以a t 8 9 c 5 2 處理器為核心，由存儲 器、光電隔離輸入輸出接口及復(fù)位電路等部分組成。 車載檢測報(bào)警裝置原理如圖4 一l 所示，車載檢測報(bào)警裝置軟件流 程圖如圖4 2 所示。 柴油機(jī)轉(zhuǎn)速 增壓器轉(zhuǎn)速 加載情況 進(jìn)口溫度 出口壓力 機(jī)油壓力 模 數(shù) 轉(zhuǎn) 換 器 電壓基準(zhǔn) 微 處 理 器 液晶顯示 存儲器 聲光報(bào)警 鍵盤輸入 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存 + 1 1 0 v i電源模塊 + 5 v + 2 4 v + 1 2 v - 1 2 v 圖4 1 車載檢測報(bào)警裝置原理圖 1 7 圖4 2車載檢測裝置軟件流程圖 4 1 3 地面微機(jī)處理系統(tǒng) 地面微機(jī)處理系統(tǒng)由地面分析軟件、筆記本電腦和打印機(jī)組成， 數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存后經(jīng)微機(jī)處理顯示打印。數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)存盒工作人員可隨身攜帶。 地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)對車載數(shù)據(jù)采集報(bào)警裝置存儲的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處 理，并給出指標(biāo)異常時(shí)的故障分析。該系統(tǒng)具有數(shù)據(jù)接收、文件轉(zhuǎn)存、 數(shù)據(jù)打印、圖形顯示等功能，使用方便快捷。 地面分析軟件預(yù)存了各種類型增壓器的性能技術(shù)參數(shù)( 各種負(fù)載 情況下的轉(zhuǎn)速、增壓壓力與柴油機(jī)轉(zhuǎn)速的對應(yīng)關(guān)系，惰轉(zhuǎn)曲線等) ，通 過與多次檢測到的增壓器良好狀態(tài)下記錄數(shù)據(jù)比較，得到每一臺增壓 器良好狀態(tài)的特性曲線，做為該臺增壓器的標(biāo)準(zhǔn)特性曲線，以后測得 的數(shù)據(jù)每次與之比較，即可準(zhǔn)確判斷出該增壓器狀態(tài)是否良好。 軟件系統(tǒng)構(gòu)成： 1 硬件配置： p i i i 系列微機(jī)( 主頻4 5 0 兆赫及其以上) 以上配置。 2 操作系統(tǒng)： w in d o w s 9 5 9 8 w in x p 3 開發(fā)工具： v is u a lb a sic 6 0m ic r o s o f ta c c e ss 數(shù)據(jù)庫 利用s q l 語言對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行修改和查詢 4 系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu) 地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能框圖如圖4 3 所示。 圖4 - 3地面數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)功能框圖 4 1 3 外部信息輸入部分 機(jī)車工況取自機(jī)車司控器、柴油機(jī)轉(zhuǎn)速取自機(jī)車柴油機(jī)測速發(fā)電 機(jī)，增壓器轉(zhuǎn)速是由專用傳感器測得。d c d c 電源模塊采用北京紐波爾 公司生產(chǎn)s f 2 5 w 型d c - d c 模塊，將+ l 1o v 電壓轉(zhuǎn)換為+ 2 4 v 、+ 5 v 和一12 v 電壓轉(zhuǎn)換后給c p u 和傳感器供電，電源模塊最大輸出功率為2 5 w ，+ 2 4 v 經(jīng)l m 7 8l2 低壓差穩(wěn)壓模塊轉(zhuǎn)換成+ l2 v 。柴油機(jī)轉(zhuǎn)速信號直接取自測速 發(fā)電機(jī)輸出信號，轉(zhuǎn)速信號經(jīng)r c 濾波器濾波、差分放大、限幅二極管 限幅后由施密特比較器l m 2 2 4 n 整形形成方波，方波經(jīng)光電耦合器 t l p 52 卜2 進(jìn)行隔離，再經(jīng)六反相器s n 7 4 h c t14 n 整形后轉(zhuǎn)換為t t l 電平 信號。增壓器轉(zhuǎn)速信號取自增壓器轉(zhuǎn)速傳感器，通過磁電式傳感器內(nèi) 部線圈感應(yīng)輸出相應(yīng)的交流電壓信號經(jīng)處理后獲得增壓器轉(zhuǎn)速信號。 機(jī)油壓力、空氣出口壓力、廢氣進(jìn)氣溫度傳感器輸出成線型對應(yīng)關(guān)系 的4 , - j2 0 m h 標(biāo)準(zhǔn)電流輸出信號，通過串聯(lián)2 5 0 歐姆精密電阻( 精度l ) 轉(zhuǎn)換成1 5 v 的電壓信號，再經(jīng)結(jié)型場效應(yīng)管t l 0 8 4 和a d 轉(zhuǎn)換 器t l c 25 4 3 轉(zhuǎn)換成數(shù)字量。 1 9 4 1 4 關(guān)鍵技術(shù)及解決方法 4 1 4 1 內(nèi)燃機(jī)車增壓器轉(zhuǎn)速檢測系統(tǒng)主要由車載檢測裝置和微 機(jī)處理系統(tǒng)兩部分組成。車載檢測裝置主要是采集增壓器的動(dòng)態(tài)運(yùn)行 數(shù)據(jù)，通過傳感器由c p u 自動(dòng)采集增壓器運(yùn)行數(shù)據(jù)。增壓器在工作時(shí) 有許多技術(shù)指標(biāo)，經(jīng)研究課題組決定采集增壓器5 種主要的技術(shù)指標(biāo) 來反映增壓器的工作狀態(tài)：即柴油