柴油機(jī)振動(dòng)烈度的研究與分析

1、題目：柴油機(jī)振動(dòng)烈度的研究與分析題目：柴油機(jī)振動(dòng)烈度的研究與分析2015屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）屆本科生畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）柴油機(jī)振動(dòng)烈度的研究與分析柴油機(jī)振動(dòng)烈度的研究與分析l1.研究意義l2.振動(dòng)烈度的分析與計(jì)算l3.發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)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(jī)械振動(dòng)在大多數(shù)情況下會(huì)破壞機(jī)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(jī)毀人亡的重大事故 。但是在另一方面，機(jī)械振動(dòng)信號(hào)中包含著反映設(shè)備性能好壞的信息，可以用來(lái)對(duì)設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)、故障診斷的預(yù)測(cè)，以便制定合理的維修計(jì)劃。 l本論文研究了基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度的分析計(jì)算方法，目前國(guó)內(nèi)外普遍采用的是基于振動(dòng)速度的

2、振動(dòng)烈度來(lái)評(píng)價(jià)設(shè)備振動(dòng)情況，它只考慮了振動(dòng)的動(dòng)能，未考慮振動(dòng)勢(shì)能對(duì)振動(dòng)烈度的影響，雖然基于振動(dòng)速度的振動(dòng)烈度可以作為設(shè)備的檢測(cè)標(biāo)準(zhǔn)，但是并不精確，基于振動(dòng)能量的等效振動(dòng)烈度能夠真實(shí)的評(píng)價(jià)設(shè)備振動(dòng)水平。 2.振動(dòng)烈度的分析與計(jì)算振動(dòng)烈度的分析與計(jì)算 通常根據(jù)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)頻率特征來(lái)選擇測(cè)量參數(shù)。振動(dòng)測(cè)量參數(shù)有加速度、速度和位移。 下面分別介紹兩種振動(dòng)烈度的計(jì)算方法 。l2.1 基于振動(dòng)速度的振動(dòng)烈度的計(jì)算方法l2.2 基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度的分析計(jì)算 2.1 基于振動(dòng)速度的振動(dòng)烈度的計(jì)算方法基于振動(dòng)速度的振動(dòng)烈度的計(jì)算方法l振動(dòng)烈度是檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的物理量，也是最常用的狀態(tài)特征。 定義為振動(dòng)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(hào)為離散型信號(hào)，所以基于振動(dòng)速度的振動(dòng)烈度的計(jì)算公式為： NnvVNrms122.22.2基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度的分析計(jì)算基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度的分析計(jì)算l我們以單自由度振動(dòng)系統(tǒng)在簡(jiǎn)諧激振作用下的振動(dòng)能量為基礎(chǔ)，分析振動(dòng)能量圖1.單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)力學(xué)模型l根據(jù)單自由度系統(tǒng)強(qiáng)迫振動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(xiàng)為其齊次方程的通解，即系統(tǒng)有阻尼自由振動(dòng)，由于阻尼的存在，自由振動(dòng)在很短的時(shí)間內(nèi)迅速消失，稱為瞬態(tài)振動(dòng)。l右邊第二項(xiàng)為非齊次方程特解，是與激勵(lì)力頻率相同的強(qiáng)迫振動(dòng)，即以激勵(lì)頻率做簡(jiǎn)諧振動(dòng)，振幅不隨時(shí)間衰減，為系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)運(yùn)動(dòng)，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(dòng)的頻率是自由振動(dòng)頻率d l振動(dòng)的動(dòng)能T為：)(cos21)(212202tmxtmvTl振動(dòng)的勢(shì)能U為：)(sin21)(212202tkxtkxUl系統(tǒng)振動(dòng)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(guò)程運(yùn)用在柴油機(jī)振動(dòng)的分析上，我們都知道柴油機(jī)振動(dòng)是一個(gè)多自由度系統(tǒng)振動(dòng)，所以我們運(yùn)用上面的方法繼續(xù)分析l壓電傳感器測(cè)得到的振動(dòng)信號(hào) （i=1,2，N）,對(duì)應(yīng)的振動(dòng)速度信號(hào)為 （i=1,2，N）,對(duì)應(yīng)的位移信號(hào)為 （i=1,2，N），可以求得速度有效值 和位移有效值 ，得到振動(dòng)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(duì)于上式，也可以仿照振動(dòng)烈度求得系統(tǒng)的等效振動(dòng)速度 ，因此用等效振動(dòng)速度來(lái)評(píng)價(jià)系統(tǒng)

6、振動(dòng)就比較準(zhǔn)確eqV222rmsrmseqxpvvrmsXNXXrms其中 NnvVNrms12這里 表示為l我們不求振動(dòng)能量，只要能求得等效振動(dòng)速度即可分析系統(tǒng)的振動(dòng)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(dòng)烈度 3.發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度數(shù)據(jù)分析發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度數(shù)據(jù)分析l分析不同情況下振動(dòng)烈度 1.正常情況下 2.氣門(mén)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(mén)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(dòng)烈度折線圖，橫坐標(biāo)代表組數(shù)，縱坐標(biāo)代表振動(dòng)烈

7、度（mm/s）部分?jǐn)?shù)據(jù)的振動(dòng)加速度，振動(dòng)速度以及振動(dòng)位移曲線圖 如下l2.氣門(mén)間隙異常 （1）進(jìn)氣門(mén)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(mén)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(dòng)烈度（mm/s）分析分析：相比正常情況下，振動(dòng)烈度大了一點(diǎn)，說(shuō)明當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)異常時(shí)，振動(dòng)烈度就會(huì)增加，從而準(zhǔn)確判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)。部分?jǐn)?shù)據(jù)的振動(dòng)加速度，速度，位移的曲線圖如下：（2）排氣門(mén)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(mén)異常下的基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度，計(jì)算32組數(shù)據(jù)的振動(dòng)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(dòng)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(mén)間隙的基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度，計(jì)算32組數(shù)據(jù)的振動(dòng)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(dòng)烈度（mm/s），如下圖 從圖上可以看出它們的振動(dòng)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(mén)間隙的情況下的基于振動(dòng)能量的振動(dòng)烈度，計(jì)算33組數(shù)據(jù)的振動(dòng)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(dòng)烈度（mm/s），如下圖 圖中有兩組數(shù)據(jù)的

9、振動(dòng)烈度數(shù)值在50mm/s之上,可能是在這一時(shí)刻，測(cè)得的數(shù)據(jù)有誤差，除去在那兩個(gè)點(diǎn)，其他組振動(dòng)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(shí)的正常值 。 3.發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度數(shù)據(jù)分析發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)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(mén)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(jì)算出每一組轉(zhuǎn)速下的振動(dòng)烈度，然后進(jìn)行等級(jí)評(píng)價(jià)。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(dòng)能量的振動(dòng)烈度,橫坐標(biāo)代表轉(zhuǎn)速（r/min），縱坐標(biāo)代表振動(dòng)烈度（mm/s） 當(dāng)轉(zhuǎn)速在1400r/min時(shí)，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)烈度最小，同時(shí)也驗(yàn)證了此

10、轉(zhuǎn)速是發(fā)動(dòng)機(jī)的最佳轉(zhuǎn)速l2.不同氣門(mén)間隙 (1)排氣門(mén)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(mén)間隙下（排氣門(mén)改變）測(cè)得的振動(dòng)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(mén)間隙，縱坐標(biāo)代表振動(dòng)烈度（mm/s），如圖： 分析分析：在轉(zhuǎn)速為800r/min時(shí)，振動(dòng)烈度已經(jīng)達(dá)到90mm/s以上，此時(shí)設(shè)備的振動(dòng)會(huì)很大，嚴(yán)重影響機(jī)器的性能。隨著排氣門(mén)的增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)烈度先減小后增大，當(dāng)排氣門(mén)0.55mm時(shí)，振動(dòng)烈度最小，但為C級(jí)別，可以短時(shí)工作 。 (2)進(jìn)氣門(mén)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(mén)間隙下（進(jìn)氣門(mén)改變）測(cè)得的振動(dòng)烈度：l繪制成折線圖，橫坐標(biāo)代表進(jìn)氣門(mén)間隙（mm），縱坐標(biāo)代表振動(dòng)烈度（mm/s） 分析分析：在轉(zhuǎn)速1600r/min保持不變，隨著進(jìn)氣門(mén)間隙的逐漸增大，發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)烈度呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢(shì) ，在進(jìn)氣門(mén)間隙為0.5mm時(shí)的振動(dòng)烈度最大 ，從總體上來(lái)看，進(jìn)氣門(mén)間隙的改變，振動(dòng)烈度的變化幅度并不是太大，所以進(jìn)氣門(mén)的變化對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)烈度的影響不是很大。l3.不同噴油壓力 在2000轉(zhuǎn)每分鐘時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角18，標(biāo)準(zhǔn)氣門(mén)間隙進(jìn)氣門(mén)0.35mm，排氣門(mén)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(dòng)烈度（mm/s

12、），如下圖 ：分析：分析：噴油壓力達(dá)到145Mpa時(shí)，振動(dòng)烈度比其他噴油壓力時(shí)增大很多，因此發(fā)動(dòng)機(jī)不能再過(guò)高的噴油壓力下工作 ，否則，機(jī)器振動(dòng)加大，產(chǎn)生過(guò)大的噪聲，更有可能使機(jī)器產(chǎn)生共振，使機(jī)器損壞。 l4.不同供油提前角 在1200r/min時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)氣門(mén)間隙進(jìn)氣門(mén)0.35mm，排氣門(mén)0.45mm，標(biāo)準(zhǔn)噴油壓力125Mpa，振動(dòng)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(dòng)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(shí)，供油提前角為24振動(dòng)烈度最小，標(biāo)準(zhǔn)供油提前角18，在1200r/min下振動(dòng)烈度呈現(xiàn)了相對(duì)比較大的值，可能是數(shù)據(jù)采集