柴油機振動烈度的研究與分析

1、題目：柴油機振動烈度的研究與分析題目：柴油機振動烈度的研究與分析2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計）柴油機振動烈度的研究與分析柴油機振動烈度的研究與分析l1.研究意義l2.振動烈度的分析與計算l3.發(fā)動機振動烈度數(shù)據(jù)分析l4.總結(jié)1.研究意義研究意義l通常，機械振動在大多數(shù)情況下會破壞機械設(shè)備的正常工作，縮短使用壽命，降低其性能，甚至造成機毀人亡的重大事故 。但是在另一方面，機械振動信號中包含著反映設(shè)備性能好壞的信息，可以用來對設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷的預(yù)測，以便制定合理的維修計劃。 l本論文研究了基于振動能量的振動烈度的分析計算方法，目前國內(nèi)外普遍采用的是基于振動速度的

2、振動烈度來評價設(shè)備振動情況，它只考慮了振動的動能，未考慮振動勢能對振動烈度的影響，雖然基于振動速度的振動烈度可以作為設(shè)備的檢測標(biāo)準(zhǔn)，但是并不精確，基于振動能量的等效振動烈度能夠真實的評價設(shè)備振動水平。 2.振動烈度的分析與計算振動烈度的分析與計算 通常根據(jù)設(shè)備振動信號頻率特征來選擇測量參數(shù)。振動測量參數(shù)有加速度、速度和位移。 下面分別介紹兩種振動烈度的計算方法 。l2.1 基于振動速度的振動烈度的計算方法l2.2 基于振動能量的振動烈度的分析計算 2.1 基于振動速度的振動烈度的計算方法基于振動速度的振動烈度的計算方法l振動烈度是檢測發(fā)動機運行狀態(tài)的物理量，也是最常用的狀態(tài)特征。 定義為振動速

3、度的均方根值（有效值）表示 ： smmdttVTVTrms/102l由于我們將要分析的信號為離散型信號，所以基于振動速度的振動烈度的計算公式為： NnvVNrms122.22.2基于振動能量的振動烈度的分析計算基于振動能量的振動烈度的分析計算l我們以單自由度振動系統(tǒng)在簡諧激振作用下的振動能量為基礎(chǔ)，分析振動能量圖1.單自由度系統(tǒng)強迫振動力學(xué)模型l根據(jù)單自由度系統(tǒng)強迫振動模型圖列出牛頓方程：tFxmppxmmxsin202 mkp/2kmcpmc22式中：m為物體的質(zhì)量；x為物體運動位移；系統(tǒng) 固有頻率為其中k為彈性系數(shù)，系統(tǒng)阻尼比為解得的通解為： 2220)()()sin()sin(cmktF

4、tAexdptl第一項為其齊次方程的通解，即系統(tǒng)有阻尼自由振動，由于阻尼的存在，自由振動在很短的時間內(nèi)迅速消失，稱為瞬態(tài)振動。l右邊第二項為非齊次方程特解，是與激勵力頻率相同的強迫振動，即以激勵頻率做簡諧振動，振幅不隨時間衰減，為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運動，即穩(wěn)態(tài)響應(yīng)。所以由通解可知，系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)位移響應(yīng)為：2220)2()1 ()sin()(rtkFtx振動的頻率是自由振動頻率d l振動的動能T為：)(cos21)(212202tmxtmvTl振動的勢能U為：)(sin21)(212202tkxtkxUl系統(tǒng)振動能量之和 E為：)(sin21)(cos)(21220220tkxtxmUTEmpk2 )(2

5、cos41222220tppmxE將帶入上式中，得 將以上分析過程運用在柴油機振動的分析上，我們都知道柴油機振動是一個多自由度系統(tǒng)振動，所以我們運用上面的方法繼續(xù)分析l壓電傳感器測得到的振動信號 （i=1,2，N）,對應(yīng)的振動速度信號為 （i=1,2，N）,對應(yīng)的位移信號為 （i=1,2，N），可以求得速度有效值 和位移有效值 ，得到振動能量有效值 為 ia iViXrmsVrmsXrmsE222121rmsrmsrmskxmVE將各自由度固有頻率mkp/2代入上式得 )(21222rmsrmsrmsxpVmEl對于上式，也可以仿照振動烈度求得系統(tǒng)的等效振動速度 ，因此用等效振動速度來評價系統(tǒng)

6、振動就比較準(zhǔn)確eqV222rmsrmseqxpvvrmsXNXXrms其中 NnvVNrms12這里 表示為l我們不求振動能量，只要能求得等效振動速度即可分析系統(tǒng)的振動狀態(tài)，基于MATLAB編程，從而處理不同情況下的數(shù)據(jù)，得出每組數(shù)據(jù)的等效振動烈度 3.發(fā)動機振動烈度數(shù)據(jù)分析發(fā)動機振動烈度數(shù)據(jù)分析l分析不同情況下振動烈度 1.正常情況下 2.氣門間隙異常 3.噴油壓力異常 4.供油提前角異常l1.正常情況下 轉(zhuǎn)速為1500r/min，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角，標(biāo)準(zhǔn)氣門間隙，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力下的30組數(shù)據(jù) l為了便于分析與比較，將上面的烈度數(shù)據(jù)繪制成同一轉(zhuǎn)速下的振動烈度折線圖，橫坐標(biāo)代表組數(shù)，縱坐標(biāo)代表振動烈

7、度（mm/s）部分?jǐn)?shù)據(jù)的振動加速度，振動速度以及振動位移曲線圖 如下l2.氣門間隙異常 （1）進(jìn)氣門異常 轉(zhuǎn)速為1500r/min，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力，進(jìn)氣門間隙異常情況下的35組數(shù)據(jù) l將上面35組數(shù)據(jù)制成折線圖以方便分析，橫坐標(biāo)代表組，縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s）分析分析：相比正常情況下，振動烈度大了一點，說明當(dāng)發(fā)動機異常時，振動烈度就會增加，從而準(zhǔn)確判斷發(fā)動機的運行狀態(tài)。部分?jǐn)?shù)據(jù)的振動加速度，速度，位移的曲線圖如下：（2）排氣門異常 轉(zhuǎn)速1500r/min，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角，排氣門異常下的基于振動能量的振動烈度，計算32組數(shù)據(jù)的振動烈度。 l將上面數(shù)據(jù)繪成折線圖，

8、橫坐標(biāo)代表組數(shù)，縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s），如下圖： l3.噴油壓力異常 轉(zhuǎn)速1500r/min，噴油壓力異常，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角，標(biāo)準(zhǔn)氣門間隙的基于振動能量的振動烈度，計算32組數(shù)據(jù)的振動烈度。 l將上面數(shù)據(jù)繪成折線圖，橫坐標(biāo)代表組數(shù)，縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s），如下圖 從圖上可以看出它們的振動烈度圍繞著平均值20.786mm/s在不斷的變化。 l4.供油提前角異常 轉(zhuǎn)速1500r/min，供油提前角異常，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力，標(biāo)準(zhǔn)氣門間隙的情況下的基于振動能量的振動烈度，計算33組數(shù)據(jù)的振動烈度。 l將上面數(shù)據(jù)繪成折線圖，橫坐標(biāo)代表組數(shù)，縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s），如下圖 圖中有兩組數(shù)據(jù)的

9、振動烈度數(shù)值在50mm/s之上,可能是在這一時刻，測得的數(shù)據(jù)有誤差，除去在那兩個點，其他組振動烈度均圍繞著平均值26.5mm/s上下變化，屬于在供油提前角異常時的正常值 。 3.發(fā)動機振動烈度數(shù)據(jù)分析發(fā)動機振動烈度數(shù)據(jù)分析采用單因素分析法l不同轉(zhuǎn)速l不同氣門間隙l不同噴油壓力l不同供油提前角l1.不同轉(zhuǎn)速 在不同轉(zhuǎn)速下采集數(shù)據(jù)，然后計算出每一組轉(zhuǎn)速下的振動烈度，然后進(jìn)行等級評價。其中其他因素保持不變，都為正常狀態(tài)l將上面數(shù)據(jù)繪制成折線圖，只繪制基于振動能量的振動烈度,橫坐標(biāo)代表轉(zhuǎn)速（r/min），縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s） 當(dāng)轉(zhuǎn)速在1400r/min時，發(fā)動機的振動烈度最小，同時也驗證了此

10、轉(zhuǎn)速是發(fā)動機的最佳轉(zhuǎn)速l2.不同氣門間隙 (1)排氣門變化 在轉(zhuǎn)速800r/min，供油提前角（標(biāo)準(zhǔn)）18，噴油壓力（標(biāo)準(zhǔn)）125Mpa，在同一轉(zhuǎn)速下不同氣門間隙下（排氣門改變）測得的振動烈度 l將上面數(shù)據(jù)繪制成折線圖，橫坐標(biāo)代表排氣門間隙，縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s），如圖： 分析分析：在轉(zhuǎn)速為800r/min時，振動烈度已經(jīng)達(dá)到90mm/s以上，此時設(shè)備的振動會很大，嚴(yán)重影響機器的性能。隨著排氣門的增大，發(fā)動機的振動烈度先減小后增大，當(dāng)排氣門0.55mm時，振動烈度最小，但為C級別，可以短時工作 。 (2)進(jìn)氣門變化 在轉(zhuǎn)速1600r/min，供油提前角（標(biāo)準(zhǔn)）18，噴油壓力（標(biāo)準(zhǔn)）12

11、5Mpa，在同一轉(zhuǎn)速下，不同氣門間隙下（進(jìn)氣門改變）測得的振動烈度：l繪制成折線圖，橫坐標(biāo)代表進(jìn)氣門間隙（mm），縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s） 分析分析：在轉(zhuǎn)速1600r/min保持不變，隨著進(jìn)氣門間隙的逐漸增大，發(fā)動機的振動烈度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢 ，在進(jìn)氣門間隙為0.5mm時的振動烈度最大 ，從總體上來看，進(jìn)氣門間隙的改變，振動烈度的變化幅度并不是太大，所以進(jìn)氣門的變化對發(fā)動機振動烈度的影響不是很大。l3.不同噴油壓力 在2000轉(zhuǎn)每分鐘時，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角18，標(biāo)準(zhǔn)氣門間隙進(jìn)氣門0.35mm，排氣門0.45mm l繪制成折線圖，橫坐標(biāo)代表噴油壓力（Mpa），縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s

12、），如下圖 ：分析：分析：噴油壓力達(dá)到145Mpa時，振動烈度比其他噴油壓力時增大很多，因此發(fā)動機不能再過高的噴油壓力下工作 ，否則，機器振動加大，產(chǎn)生過大的噪聲，更有可能使機器產(chǎn)生共振，使機器損壞。 l4.不同供油提前角 在1200r/min時，標(biāo)準(zhǔn)氣門間隙進(jìn)氣門0.35mm，排氣門0.45mm，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力125Mpa，振動烈度隨著供油提前角的變化如下表 l繪制成折線圖，橫坐標(biāo)代表供油提前角（），縱坐標(biāo)代表振動烈度（mm/s），如下圖 分析分析：在16到24之間變化幅度相比其他角度變化比較大，1200r/min時，供油提前角為24振動烈度最小，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角18，在1200r/min下振動烈度呈現(xiàn)了相對比較大的值，可能是數(shù)據(jù)采集