（机械工程专业论文）内燃机车动态测试与分析系统.pdf

重庆大学硕士学位论文 abs tr act abs tract i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e l o c o m o t i v e s a r e u s e d w i d e l y i n t h e f i e l d o f r a i l w a y t r a f f i c，f a i l u r e o f w h i c h w i l l r e s u l t i n h e a v y e c o n o mi c a l c o n c e r n e d . l o s s e s , i sitth ek e y c o m p o n e n t th e c o m b u s t i o n e n g i n e c o mp l e x s y s t e m i n t e r n a l wh i c h u s u a l l y a n a l y s i s , wo r k s i n o f s o m e e q u i p m e n t s l o c o mo t i v e i s a v e r y a d v e r s e c i r c u ms t a n c e s . h o w e v e r , a t p r e s e n t , t h e f a i l u r e d i a g n o s i s a r e v e r y me t h o d s a n d t e c h n o l o g y a b o u t i t s t e c h n i q u e a b o u t f a i l u r e i m p e r f e c t d i a g n o s i s . s o d e v e l o p i n g a n d u n i t i z i n g t h e o f i n t e r n a l c o mb u s t i o n l o c o m o t i v e s , a n d t h e r e f o r e r a i s i n g i t , s r e l i a b i l i t y a n d g r e a t l y t h e o r e t i c a l l y v a l u a b l e a n d p r a c t i c a l l y m e a n i n g f u l e n g ine e c o n o my , i s i n t h i s t h e s i s， v m o d e l 1 2 c y l i n d e r d i e s e l u s e d i n i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e l o c o m o t i v e i s r e g a r d e d a s t h e r e s e a r c h a b j e c t . a t f i r s t , f a i l u r e i n f o r m a t i o n i s g o t b y a n a l y z i n g t h e c r a n k s h a f t s i n s t a n t a n e o u s a n g u l a r v e l o c i t y , i . e . w h e t h e r t h e r e i s a f a i l u r e a n d w h i c h c y l i n d e r h a s a f a i l u r e i s i d e n t i f i e d . t h e n , t h e i n f o r ma t i o n s u c h a s c l a s s i f i c a t i o n , p o s i t i o n a n d s e r i o u s n e s s d e g r e e o f t h e f a i l u r e i s o b t a i n e d b y o v e r a l l f r e q u e n c e h o l o s p e c t r u m a n a l y s i s . i n t h e b a s i s o f w h i c h , a r e l a t i v e l y c o mp l e t e i n t e r n a l c o m b u s t i o n e n g i n e f a i l u r e d i a g n o s i s a n d c o n d i t i o n m o n i t o r i n g a n a l y s i s s y s t e m i s d e v e l o p e d , b y c o m b i n i n g t h e r e l e v a n t c o m p u t e r t e c h n o l o g y . p r a c t i c a l a p p l i c a t i o n d e m o n s t r a t e s t h a t t h i s s y s t e m i s u s e d a c c u r a t e l y a n d r e l i a b l y , r a p i d l y a n d c o n v e n t i o n a l l y , e c o n o m i c a l l y a n d p r a c t i c a l l y a n d t h e a c h i e v e m e n t o f t h i s s y s t e m i s e x t e n s i v e l y t e c h n o l o g i c a l l y g e n e r a l , a n d h a s v a s t a p p l i c a t i o n v i s t a s . ke y wor d s : i n t e r n a l c o mb u s t i o n e n g i n e l o c o mo t i v e， i n s t a n t a n e o u s a n g u l a r v e l o c i t y c o mp u t e r a i d f a i l u r e d i a g n o s i s ， ov e r f r e q u e n c e ho l o s p e c t r u m ， 重庆大学硕士学位论文绪论 1绪论 1 . 1立题的原因 随着内燃机在工业，农业，交通，国防等领域的应用越来越广泛， 人 们对内 燃 机的 可 靠性， 经 济 性 提出 了 越来 越高的 要 求。 攀 钢( 集团 ) 公 司 运输部承担全公司内 部物资的运输任务， 我部的 科技工作在公司领导及科 技处的具体领导和支持下取得了 较大成绩， 保障了我部设备的安全经济运 行。 在实际工作过程中， 严重影响 我部安全生产的隐患 之一是内 燃机车的 故障。 我部共有内 燃机车 2 2台， 运用时间 1 0 - 1 2年，已 进入故障多发阶 段，由 于内 燃机车的心脏一柴油机的 运转速度高， 功率大，事故发生多， 而且一旦发生严重事故， 如机破事故，不仅会造成机体报废， 而且机体需 从资阳运来， 造成检修周期长， 机车运用的经济性和使用率下降。 9 5 年1 0 月， 0 0 0 6 # 内 燃机车发生机破事故，因空气滤清器螺栓落入增压器内，打 坏增压器转子叶片， 叶片碎块进入3 缸， 挤弯排气门， 引起3 缸活塞爆缸， 造成3 缸，9 缸连杆螺栓折断，连杆脱出，机体破裂，造成该机车趴库二 十二天，严重影响了机车的运用。又如9 7 年3 月，0 0 0 8 # 内燃机车，由于 在大轮修过程中， 检修水平不高， 造成机破事故，柴油机机体报废， 机车 趴库十五天， 经济损失巨 大， 这个过程历时较长，如果检测设备齐全， 检 测到位， 该故障 应该能 及时发现， 从而避免机破事故。 由 此可见，我部内 嫩机车检测水平低下，不仅影响机车检修进度， 而且不能有效地避免重大事故的发生，从检修生产的实际需要出发，我们 需要一套实用， 先进的故障诊断系统， 根据生产实际需要， 它应该是离线 系统，能做到有故障及时发现故障部位， 严重程度及变化趋势，及时 采取 措施进行处理，同时 能 对处理 故障 之后的 效果( 能否正常投入使用) 提供判 断依据。 1 .2国内 外技术 现状， 水平及发展趋势 内 燃机车中的主要关键设备是大功率柴油机。大功率柴油机是一种 应用广泛的典型的往复动力机械， 往复动力机械的 侧试分析技术是建立在 设备状态监测与故障诊断技术基础之上的。 该技术利用传感监测技术， 信 号处理， 模式识别， 系统理论， 预报决策， 可靠性分析，电 子技术， 计算 机技术及有关专业领域的 研究成果，以设备及其群体为 研究对象，根据设 备在运行过程中的 二次 效 应( 如热力参数，电 磁参数， 机械力学参数及各 种性能参数等 ) 及其动态变化， 在设 备运行过程中， 对设备运行状态进行 监测，作出是否有故障，故障种类，故障部位，故障严重程度，故障发展 重庆大学硕士学位论文绪论 变化趋势等诊断结果， 判断设备性能劣化趋势， 并制定相应对策和处理结 果。该技术是实行设备科学管理，保障设备经济安全运行，推广设备预知 体制的技术基础( v 。 设备预知维修体制经历了三个阶段: 1 .2 . 1事后维修体制 设备坏了 之后再修理. 它是伴随着机器的产生而产生的，并受当时 的科技水平限制。这种维修体制的最大缺点是机器设备损坏造成的损失太 大，其后果是不能为人们所能接受的。 1 .2 .2 定期维 修 体制 我国的定期维修体制是5 0 年代中期从苏联引进大量设备和技术的同 时引进的 维修方式。 定期维修的时间间隔是根据设计的 最少寿命周期或使 用过程中统计的最低无故障期确定的.以时间为依据，实现定期小修，中 修和大修，在很大程度上防止了事故发生。但是由于维修时间的确定性与 故障发生的偶然性， 统计数据的 普遍性与设备运行工作的特殊性之间的 矛 盾，在实践中常出 现维修不足和过剩维修两种情况.过剩维修常造成不该 停机的停了，不该拆的拆了， 甚至在维修中造成人为故障.这两种情况都 会造成很大损失， 严重影响安全生产。为了避免这两种情况，产生了现代 维修体制- - 一预知维修. 1 .2 .3预知维 修体制 连续( 在线式 ) 或离 线式监测设备 状态， 诊断设备故障， 判定故障 类型、 部位、严重程度及变化趋势， 使运行、维护及管理人员能在维护之前做好 有关准备，做到该修才修，如果要修，也是有针对性的修。同时，根据监 测诊断结果， 进行技术改 造， 防止故障再次发生。 预知维修是保障设备经 济安全运行的最佳维修体制.据有关资料介绍13 114 16 1 ，采用设备监测诊断 技术后能减少重大事故 9 0 % 以 上，节省维修费 用 4 0 -7 0 %，投入产出比 为1 : 1 7 以上，能较大地提高产品质it， 增加产品产量，降低生产成本， 提高企业效益及市场竞争力。 目 前国外大部分铁路企业己 采用设备状态监测诊断技术，并将原来 的计划修改为状态修. 随着对整机状态综合评定的研究， 国内外相继开发、 应用了多种故障分析诊断系统9 13 2 6 112 11 ， 并研制出若干诊断手段和装置， 其形式有机载式， 固定式， 混合式。 混合式综合了 机载式和固 定式的 优点， 服务效率高，不受环境影响，便于建立信息网。诊断方法是以统计分析、 故障和非故障状态信息及理论 分析等得出诊断原则， 再与经变换的实际 采 集信号比 较， 得出 诊断结果 2 2 1 12 3 13 11 ; 使用的参数是有关部位介质( 空 气、 重庆大学硕士学位论文绪论 燃 料 燃 烧 产物、 机 油、 冷却 液 ) 的 热 力 学 参 数 及 伴随 参 数 ( 沉积 物， 磨 粒 等 ) 。 具 体产品 有: k p - - 5 0 0 系 统 ( 美国 ) 、 m j - 1 技 术 诊断 系 统 ( 挪威 ) 、 p e d 系统 ( 法 国 ) 等。 我国七十年代末开始推行设备监测诊断技术。在8 3 年国家经委发布 的 国营工业交通企业设备管理试行条例和 8 7年国务院发布的 全民 所有制工业交通企业设备管理条例中，明确指出: “ 要根据生产需要， 逐步采用现代的故障诊断和状态监测技术，发展以 状态监测技术为基础的 预测维修体制” 。 9 4年和 % 年召开的 全国设备管理工作会议更进一 步肯定了 这一方向。 我国 冶 金行业对监测诊断技术的掌握己 较为成熟， 如 马钢、宝钢已 取得了宝贵的 经验， 攀钢在定期巡检、点检定修等方面也取 得了丰富的经验。 存在的 主要问 题是普及不够，未和维修体制相结合。 我 公司设备故障和产品质量异议的主要原因之一是一期工程的大多数设备己 处于多发故障期; 二期工程的设备运行时间短， 处于初期故障期，故障率 也较高。 为此， 公司领导多次强调“ 一定要加强设备管理工作， 抓紧推行 点检定修制， 推广设备诊断 技术，实 现状态监测和预知维修” 。 可以认为， 点检定修制是从定期维修体制过渡到预知维修体制的一种符合我公司实际 情况的过渡性维修方式。 目 前我国内燃机车上装备微机系统功能最多，性能最好，应用最成 功的是东风6 型内 燃机车， 该机车是大连机车厂与美国g e公司合作，引 进美国技术与设备，研制而成的新一代大功率内燃机车。该机车的微机监 控系统在正常状态下显示一些必要的参数，如惰行时显示蓄电 池充放电电 压、电 流、冷却水位、 机油压力等。 牵引制动工况下， 显示电 压、电 流、 功率、柴油机转速等. 在监控功能下，可对 9 4个参数进行实时监测。该 系统可对1 4 0 种故障进行检测， 需要时可对故障进行记录， 最多可连续记 录 1 0 0 0条故障和相关参数。它也主要是通过监测热工参数、转速等实现 状态监测与故障诊断。 从以上国内 外发展情况可以 看出，实际应用的内 燃机车状态监测与 故障诊断装置中 所测t的 参数主要以 热工参数为主，这些参数能直接反映 出内 燃机的部分技术状态，为机车的安全运行提供必要的信息， 但因 测点 过多， 柴油机工作条件恶劣， 检测工作量大， 时间长， 维护费 用高， 整机 故障判误率高， 并且不易对故障部位， 故障严重程度作出 判断。目 前，由 于内 燃机车故障的隐蔽性、突发性和严重性，国内 外均倾向 于采用便携式 动态测试分析系统， 测试分析机车的 振动等信号， 分析机车故障特征， 诊 断机车故障类型、严重程度，并要求有较高的故障诊断准确率7 1 重庆大学硕士学位论文绪论 1 .3 项目 内 容及目 标 根据我部二十多年的使用经验，内 燃机车的主要故障有以下七大类。 本项目的主要内容就是在机组不解体及运行过程中监测以下七大类故障的 状态。 1 . 3 . 1 项目 内 容即 监侧以 下 七 大 类故障的 状 态: 增压器转子运转偏心或叶片变形掉块，产生动态不平衡，引起机 组振动大，甚至发生严重事故。 增压器转速降 低， 增加油耗， 影响柴油 机工作性能. 活塞拉缸故障。 气缸一活塞磨损故障。 气缸漏气故障。 各气缸工作不均匀故障。 内燃机车行走部齿轮箱故障。 1 . 3 . 2该项目 的 主要目 标 测试增压器转速。 测试增压器振动大小及转子工作状态。 测试柴油机瞬时角速度，判别柴油机工作状态. 测试行走部工作状态。 根据设定的替告值、危险值进行幅值报带， 趋势报铃， 提前预报 故障状态，严重程度及变化趋势。 建立数据库。 1 . 4 荃本技术方案 机车柴油机由1 3 0 0 多个零件组成，包括机械传动系统、 供油系统、 供 排气 系 统 ( 包括 增压 器 ) 、 润 滑系 统、 调 速系 统 等六 大 组 成 部分。内 燃 机 车状态监测与故障诊断系统的 基本功能是以 最少的 代价实现机车的安全经 济运行， 在机务范围内，主要表现在机车运行过程与维护过程中。因 此， 内 燃机车的监测诊断系统应考虑为随车监测系统与地面诊断系统相结和的 综合系统形式。 1 .4 . 1随 车 监侧 系 统 在机车运行过程中， 对机车柴油机运行性能进行检测、分析和评价， 为机车控制系统提供必要参数， 并接受机车控制系统的 控制， 为乘务员提 矍 里 壁 竺望 竺 兰 一一 一 些 竺 供柴油机的工作状态信息， 及时显示故障， 查清发生故障原因，以 便乘务 员在运行过程中排除故障或采取紧急措施， 确保铁路运输安全、正点， 避 免机车在线路上发生故障。 1 .4 .2地面诊断系统 在机车进库后，对其技术状态进行分析和评价，识别故障、确定故 障部位及其严重程度，为维修人员提供必要的维修措施，实现状态维修体 制。随车监测系统记录的有关参数、信号及乘务员、维修人员提供的有关 信息输入计算机，由 计算机进行统计、 分析、 识别， 输出简易诊断结果。 根据此结果指导日 常运行、维护，并决定是否进行精密诊断。 进行精密诊 断时， 机车驶入测试站，利用现场数据记录仪， 测量柴油机瞬时角速度信 号、压力、温度、振动，进行精密诊断。根据诊断结果，指导维修，并检 验维修效果， 直到满意为止。同时，由 柴油机的 解体检修验证诊断结果。 在以上基础上，实现内燃机车状态监测与故障诊断的专家系统，在 随车监测系统中，实现状态量及故障的显示、报苦， 提示处理方法。并将 各测点的数据、 信号记录存储起来，当 机车进库后， 通过接口， 把这些数 据、信号传输到专家诊断系统，进行分析、维修、预报、决策、存档。 1 .4 .3墓本技术方案 ( c d p g内 燃机车动态测试分析系统 采用传感器+ 便携式数据初采 集器 + 计 算机十 软 件包的 工作模 式， 如图 1 . 1 所示( 见下页 ) . 系 统由 信号采 集子系统和信号分析子系统组成. 信号采集子系统由 若干传感器和数据采 集器组成，是一种便携式动态信号采集装置，主要完成对所监测对象动态 信号的 信号拾取、信号调理、 形式转换、 采集存储和数据通信等工作。 监 测分析子系统主要由 计算机、软件包、打印机等组成，主要是接收信号采 集子系统的原始信号，进行组态设置、数据存储、信号分析、 特征提取、 状态判别、故障诊断、 数据管理等。信号采集子系统接受监测分析子系统 的控制。信号采集子系统用于现场巡回使用，监测分析子系统固定安装在 机房。 1 . 5 达到的 技术水平 及 通过本项目的实施，使内燃机车监测诊断水平达到国内领先水平， 主要的经济效益和社会效益如下: 1 . 5 . 1 避免 损失 避免重大事故( 如机破， 爆缸) 造成的 人身伤亡， 机组损坏。 避免由于 重庆大学硕士学位论文绪论 这些重大事故造成的 直接或间接经济损失， 保证设备在规定的期间内 无故 障安全可靠运行。 c h a rt 1 . 1 f o u n d a t i o n t e c h n o l o g y s c h e m e 图1 . 1 荃本技术方案框图 1 .5 .2 降 低费 用 目 前我部对机车维修过程中常常发生两种情况:一是没有故障或故 障轻微时进行例行维修，造成不必要的回库和多余的维修( 或叫过剩维 修) 。 二是 未 及时 维 修造成了 重 大事 故， 造 成维 修不 足。 利 用测 试分析系 统的分析结果及预报情况可及时准备备品备件，及时处理有关故障，做到 该修就修， 无故障或故障轻微时就不修， 放心大胆的 运行， 真正做到预知 维修( 或叫 预测维修， 恰当 维 修， 状态 维修， 视情维 修， 最佳维 修 ) 。 这样， 就以最少的代价发挥设备最佳的效益，做到最佳运行，使设备维修费用， 设备性能劣化与停机损失费用最低。 1 .5 .3 提商 维 修 水 平 如果机车有故障，通过内 燃机车测试分析系统可以 迅速查明故障原 重庆大学硕士学位论文绪论 因，部位，预测故障影响，从而实现有针对性的按状态维修，哪里坏了修 哪 里， 而 不是 大拆 大 卸， 延 长 检 修 周 期， 缩 短 检 修时 间， 提高 检 修 质量， 减少备件储备，提高设备的维修管理水平。 1 . 5 .4 有效地支持运行 测试分析系统可分析显示各测试数据，向运行人员提供及时的信息， 有效地支援运行，提高设备使用的合理性，运行的安全性和经济性，充分 挖掘设备潜力，延长服役期限，以便尽量合理地使用设备。 该系统不仅可应用于同类设备，而且可以广泛地应用于各类机械设 备。 重庆大学硕士学位论文 内 燃机车动态测试分析系统的组成 2 内 徽机车动态测试分析系统的组成 内 燃机车动态测试分析系统由 传感器十数采器+计算机十软件包组 成。 振动传感器包括压电 式振动加速度传感器， 电磁式振动速度传感器， 光 电 转速传感器， 瞬时角速度传感器等. t d 6 0 5 2 数采器由 信号转换， 信号调理， 电 荷放大器， 程控放大滤波卡， 采样保持， a / d卡， 液晶 显示， 键盘控制， 8 0 3 1 单片机主版等部件组成. 软件系统包括数采器中的单片机系统软件和计算 机中的管理分析软件， 计算机中的 管理分析软件包括组态设置， 数据通讯， 数据采集，时域分析， 频域分析等部分。 此外， 还包括振动校准台，打印 机， u p s 等辅助设备。 2 . 1 振动速 度传感器 c d z - 1 0型磁电 式振动速度传感器的 基本工作原理是: 在一个具有高 磁通密度的环形磁隙中， 用两片精密弹簧片悬挂在一个线圈，由 外界振动 引 起线圈 切割磁力线， 从而将机械振动转换成相应的电 信号， 输出的电 压 与机械振动的速度。 a 成正比。 主要技术指标: 自 然频率1 0 h z 使用频率范围i o h z - 2 k h z 灵 敏度0 . 3 0 v / c m / s e c 直流电阻6 0 0 5 2 阻尼系数0 . 5 - 0 . 7 失真度5 0 . 5 % 重f. 4 2 g 由于特殊的设计，保证本传感器有很强的抗外界电磁场干扰能力及 抗冲击能力，能经受从表面上 1 米高度向 水泥地板上跌落 2 0 0 0 次而不损 坏。 2 . 2 振动 加 速 度传感器 c a - y d 一 系列压电式加速度计，具有频响宽，灵敏度高，横向 灵敏 度小和抗外界干扰能力强的优点。 加速度计右底座， 质量块， 敏感元件和 外壳组成， 工作原理是利用压电 陶瓷的 压电 效应而 制造出的 一种换能元 件. 加速度计的电 荷灵敏度是加速度计输出的电 荷f与其输入的加速度值 之比。电荷盆的单位取p c ，加速度单位取m / s 2 . 谐振频率为加速度计安装时的共振频率，随产品附有谐振频率曲 线. 频率响 应一 般为 谐 振频率的1 / 3 - 1 / 5 . 加 速度计频响 在1 / 3 a振频 重 庆 大 学 硕 士 学 位 论 文内 燃 机 车 m 态 四 1 达 坦卫迪丝些色 率时， 频响与参考灵敏度偏差 1 d b , ( 误差 1 0 % ) 。 频响在1 / 5 谐振频率时， 频响与参考灵敏度偏差( 0 . 5 d b ,( 误差 5 % ) 。本传感器频响以 1 / 3谐振频 率计算。 2 . 3 电 荷放大器( 内 置在数采器中 ) y e 5 8 5 1 ( a p 0 1 0 ) 型电荷放大器是一种小型，坚固，密封结构的在线式 电 荷放大器。能将压电式传感器的微弱电 荷信号， 转为电压信号，供记录 分析。本电荷放大器具有如下特点: 小型，密封，耐湿， 抗振 高增益，宽频带 传感器灵敏度可 调 固定式低通滤波器 具有输出短路保护 技术特性如下: 最大输入电荷量: 1 0 p c 灵敏 度: 1 0 - 1 0 0 m v / p c + l % ( 出 厂时 为 1 0 0 m v / p c ) 传感器灵敏度调节: 内 接纠正电 阻 频率范围: l h z - 1 0 0 k h z - 3 + i d b 最 大 输出 :2 0 v p - p / 1 o m a 线性: 0 . 1 % 失真: 1 % 噪声: 0 . o l p c 源电容l n f 时，折合至输入端) 输出 偏移电压: 5 0 m v ( 双电 源) ，1 / 2 供电 压( 单电 源) 供电 方 式:+ 1 2 v - 3 0 v d c 2 0 m a 工作原理: 本仪器由电荷放大器，低通滤波器，归一化放大器三级电路组成， 如下图所示: i n p u tp r e p o s i t i -ve a m p l i f i e r l o w p a s s w a v e f i l t e r c o r r e c 一ion r e s i s t -or n o r m a l i z a t i o a m p l i f ier o u t p u t c h a r t 2 . 1 c h a r g e a m p l i f i e r w o r k i n g s c h e m a t i c d i a g r a m 图2 . 1 电荷放大器工作原理图 重 (鱼; 刽巫兰世趁 这 _内 燃 机 车 动 态 测 试 分 析 系 统 的 组 成 电荷级由高输入阻抗运放外接反馈电阻，电容构成，完成电荷/ 电压 转换， 低通滤波器采用巴 特沃斯有源二阶滤波器， 能有效地抑制高频分量， 归一化放大器又兼输出级，是一种倒相式比例运算放大器，通过调整输入 电阻 ( 即 校正电阻) 改变输入， 输出比 例实现对传感器灵敏度的归一。 输出 端有限流措施，即使输出误接电源也不会损坏放大器。 本放大器的灵敏度可通过改变内部的一只固定电阻来调整，为克服 传感器灵敏度的离散性， 使输出归一， 在测量前对系统要进行归一化处理， 其方法是通过乘以传感灵敏数值的倒数运算，使其相互约去，本放大器正 是利用反相放大器实现归一， 例如传感器灵敏度为2 . 5 p 。 只要换上一只2 . 5 k 电阻的串联来弥补，串联的电阻不要超过两只，以减少焊接点，提高可靠 性。该电阻应采用精密金属膜电阻。 2 . 4 t d 6 0 5 2 数采器 随着现代工业和科学技术的迅速发展，数据采集已成为一种必备的 手段。 特别是在工业控制及设备状态监测和故障诊断中，数据采集是经常 遇到且至关重要的问题。为了 本项目 的需要， 我们研制了t d 6 0 5 2 数据采 集器。该仪器由电 池供电，与不同 类型的传感器配合， 可测量各种参数， 并将所测数据记录于存储器中， 供现场分析诊断用， 或通过 r s - 2 3 2 c通 讯口 将数据回送到计算机中， 作进一步处理。 2 . 4 . 1 基本的 设计思想 t d 6 0 5 2数据采集器根据面向 对象， 结合国情而 采用最优设计， 被定 位于中档的数据采集 /频谱分析仪上，具有很高的性能价格比。纵观其 设计思想，主要体现在以下几方面: 在使用方面为操作者提供基本操作( 数据采集) 和特殊操作( 信号分 析与诊断) 两部分。这样既能满足一般人员进行采集的要求，又能满足于 专业人员的进一步要求。这种设计思想使得采集变得异常简便，同时现场 处理问题及时迅速，能尽快找出原因， 有利于工程的顺利进展。 所有的功能均采用中文菜单选择，全中文的屏幕提示和尽可能少的 功能键，能引导操作者非常方便地设置参数和选择测试数目， 解除了 操作 者对英文显示的烦恼，更加适合国 情。 整个采集过程直观方便。 这是通过以下几点来保证的: 1 ) 采 集 过 程 : 建 立 测 试 路 线 - 卜 显 示 测 点 一 争观 察 波 形 ( 可 修 改 增 益 及采样频率等参数 卜争 采集存储 争显示下一测劫护 2 ) 单键测量，可流水线作 业( 从采集的 过程可以 体现出来) 。 3 ) 全自 动测量选择，包括自 动增益放大，自 适应滤波， 这项设计减少 重庆大学硕士学位论文 了操作者的工作量。 内 燃机车动态测试分析系统的组成 4 ) 示 波 器 功 能: 观 察待 测 信号 的 波形， 如不 满 意， 则可 修 改 增 益， 采 样频率，触发方式等参数以 达到要求。 5 ) 信号输入切换方便。 功能强大。该仪器融组态，采集，文件管理，数据回放，测速功能 为一体，其测试精度高，存贮量大，功能易扩充，特别提供了瞬时角速度 信号的测量通道。灵活的组态手段及各种信号采集方式， 使得数据采集快 速方便，准确可靠。功能丰富的数据文件管理方式，可使用户查看已 测文 件的组态内 容，对已 测文件进行分析，删除，同时还提供现有文件数， 剩 余内 存容量，总内 存容量等信息. 多参数输入。 t d - 6 0 5 2 数据采集器不完全局限于测量加速度， 速度， 位移等振动量，还能测量转速，温度，压力，流量，电流，电压等参数， 且每种参数均带传感器的灵敏度设置。 显示与键盘。2 4 0 * 6 4点阵高反差带背光显示时域波形，频谱图， 转速， 轴心轨迹，主要的时域特征参数及各测点的 状态。 采用尽可能少的 键与功能菜单配合进行方便的操作。 便携式设计.为方便操作者现场采集， 特将t d 6 0 5 2 数据采集器设 计为便携式。一方面在外观上力争体积小( 2 2 0 * 1 0 0 * 2 4 0 m m ) ， 重量轻 ( 3 k g ) ;另一方面采用直流供电，免去现场使用交流电的不便，同时易于 消除现场干扰，保证测试精度。 2 . 4 . 2 主要技术特点: t d 6 0 5 2数据采集器融组态，采集，文件管理，数据回放，测速等功 能于一体。具备多种信号处理方式，含包络检波，时域分析，频域分析， 轴心轨迹分析及幅值报替，斜率报警等功能， 其突出特点如下: 现场组态与联机组态相结合 t d 6 0 5 2数据采集 器建立测试路线( 组态 表) 给操作者提供了 两种方 式: 采用 联 机组 态方 式， 在 计算 机上 输入 组 态表， 通 过 r s - .2 3 2 c口 传 送到数据采集器内， 这种方式简便快捷。采用现场组态方式，可实现现场 临时建立组态， 修改组态或查询组态，这种方式灵活，与联机组态方式互 为补充。 丰富的查询功能与多种触发方式: t d一 6 0 5 2数据采集器提供组态查询，采集测点查询，文件查询三种 方式，便于操作者了解当前的测试情况。并对不同的信号有自由触发，内 触发，外触发三种触发方式以 供选择，使操作者能更好地提取信号特征， 诊断故障。 到型逻鱼全丝丝立内 燃 机 车 动 态 测 试 分 析 系 统 的 组 成 顺序采集与跳 跃( 或重 复 ) 采 集 相结 合: 一般情况下， 只需按组态表顺序逐项逐点 进行采集( u r) 序采集) : 特殊 情况下，可跳跃某些点而采集或对某点重复采集，以适应现场的变动，尽 快顺利完成测试任务。 分析与简易诊断相结合: t d 6 0 5 2数据采集器提供了时域分析，频域分析，轴心轨迹分析及包 络分析功能。时域分析不但显示了该测点的所有时间历程波形，而且计算 了其主要时域特征参数， 包括有效值， 峰峰值， 峰值， 平均值， 平均幅值， 脉冲指标。通过选择的报警参数， 设置的普告值，危险值由此而给出该点 的 状态( 正常，警告，危险) 。 频域分析提供了2 0 0 根谱线和4 0 0 根谱线两 种方式，可进行矩形窗或汉宁窗加窗修正。利用游标方便地读出频率值及 幅值，为诊断提供依据。轴心轨迹分析提供了轴心的运动轨迹，可增减显 示点数，改变x , y的方向及触发方式，以便更好地判断轴的运转情况。 包络分析的实现是由 信号预处理方式中的包络检波和时域分析，频域分 析，轴心轨迹分析等共同完成，对轴承的故障诊断更为有效。 高分辨率的a i d与大 容量存贮器相结 合 为了 提高信噪比， 保证测量的 精度， t d - 6 0 5 2数据采集器的a / i 分 辨率为 1 2 位，转换时间为l o l l s 。同时为了保证能记录更多测点的数据， 存 贮容量被设计为 1 0 2 4 k b ( 可 扩至 4 0 9 6 k b ) ， 并具有非易失 性， 在现场就 不会因内存限制而无法测试。 功能可扩充性 为了满足操作者更高的要求，t d - 6 0 5 2 数据采集器在标准配置上可进 行如 下 扩充: ( 1 ) 通 道 扩 展: 由2 e h 扩 展 到6 4 c h ; ( 2 ) 存 贮容 量:由1 0 2 4 k b 扩展到4 0 9 6 k b ; ( 3 ) 参 数扩展: 可安 装操作 者需要的参数。 离线与在线相结合: 离线方式时，由计算机输入组态到 t d - 6 0 5 2数据采集器内 器到现场采集，完毕后再将数据回传到计算机内。在线方式时， 数台 t d 6 0 5 2数据采集器与计算机( 上位机) 组 成分布式系统， ，带数采 由一台或 在线监测重 点设备的运行状态。t d 6 0 5 2数据采集器本身具备以 上两种工作方式， 这 样既充分发挥离线方式的灵活方便，检测范围广，也能发挥在线监测的实 时性，为操作者更好地实施监测诊断提供良 好的手段。 串电 在关机时， 机内 数据可以 保存半年以 上， 并随时可通过 r s - 2 3 2 行口传送到计算机中作状态监测，故障诊断， 池供电方式克服了工况现场使用交流电的不便 适用于黑暗环境中操作。 预测维修或其它功能用。 。带背景光的液晶显示器更 该仪器既可作为单一仪器使用，还可与各种系统配套构成专用系 重庆大学硕士学位论文 统。 内燃机车动态测试分析系统的组成 2 .4 .3 主要技术指标: 测量通道数: 双通道( 可方便扩至 1 6通道) ， 均带自 适应放大，自 动跟踪滤波，1 2 位a / d. 输 入:电 压 信号， 电 荷 信号， t t l 电 平; 输 入动 态范围 : . 7 2 d b . 传感器类型:加速度， 速度， 位移， 转速，瞬时角速度，压力， 温度等。 采样频率:1 0 0 h z - 2 0 0 0 0 h z ， 单通道最高采样频率: 2 0 k h z ，双通 道最高采样频率:l o k h z . 抗混滤 波器通带 波动:- 4 8 d b / o c t . 程控放大倍数:1 , 2 , 5 , 1 0 , 2 0 , 5 0 , 1 0 0 . 采 集数据 格式:1 0 2 4 点 1 段。 测 量及 组 态方 式: 单 通道， 双通 道， 转 速 测 量 ( 0 - 6 5 5 3 5 转 / 分 ) ， 瞬 时角速度测量( 1 2 3 h z - 8 m h z ) ; 现场组态及联机组态。 触发方式: 不 触发，内 触发( 通道量 程的 1 0 % ) ， 外触发 ( 上升沿) ， 转速同步采样. 测量值: 有效值， 峰峰值， 转速， 瞬时角 速度，时域波形。 2 .4 .4 其它指标: 显示: 2 4 0 * 6 4 点阵带背景光高反差液晶 显示器。 通讯接口: r s - 2 3 2 串 行口。 控 制 键: 6 个; 重 2: 3 k g ; 尺 寸: 2 2 0 ( 3t ) * 1 0 0 ( 高 ) * 2 4 0 ( 深 ) 。 内 存:1 2 8 k b - 1 m k b分段可选;最大文件数: 2 5 6个;机内数据 保存时间:半年以上。 电 源: 6 v 4 a h可充电电 池一 块， 满充电 时 可 连续工作4 小时 ( 可方 便扩充为两块充电电 池， 工作时间 大于8 小时) 2 .5 系 统软 件包 c d p g - 3 2 0 0 系统软 件包的 主 要功能 如图2 .2 所示 ( 见下页 ) 设置， 数据通讯，时域分析， 频域分析， 数据管理五大功能. 上具有以下特点。 ，包括组态 在设计思想 2 .5 . 1 在功能方面: c d p g 3 2 0 0 系 统 不 仅 综 合了 常 规的 信号 分 析方 法， 如 时 域 分 析， 频 谱 分析， 轴心轨迹分析，解调分析， 滤波分析等; 而且吸收了有关学科领域 重庆大学硕士学位论文内燃机车动态测试分析系统的组成 内的最新学术成果，如通频全息谱分析，瞬时角速度分析法等。 s y s t e m s e t s y s t e m s e l f - c h e - c k i n g s t a t i o n l a y o u t g a t h e r i n g s p e c i f y a d s e l f - c h e c k i n gc o n f i g u r a t i o n s e t w a r n i n g s e l f - c h e c k i n g c o n f i g u r - a t i o n c o n f i g u r a t i o n p r i n t p a s s a g e c h e c k i n g y s t e s et f r e q u e n c y s e l e c t i o nc o n f i g u r a t i o n e d i t o t a r t - p i c q u i s i t i - o n o f s i g n a l n u m b e r o f s e g m e n t sc o n f i g u r a t i o n c o n s e r v a t i o n d i s k d i s p l a y m o d ep a n - m e s s a g e s p e c t r u a n a l y s i s d a t a m a i n t e n a n c e m o d e e m o d u l a t i o n a n a l y s i m a n a g e -e n t t h i s t i m e t e r m s m a x i m a l t e r m f r e q u e n c y s p e c t r u m a n a l y s i s s i g n a l i g i t f i l t e r a n a l y s i p r o c es t i m e d o m a i n w a v e a n a l y s i s a x l e - c o r e l o c u s a n a l y s i s c h a r t 2 . 2 m a j o r f u n c t i o n s o f s y s t e m s o f t w a r e p a c k 图 2 . 2 系绘级件仅卞5: 0 l 能 1 4 重庆大学硕士学位论文内 燃机车动态测试分析系统的组成 2 .5 . 2 从振动信号中 精确计算 转速的 方法: 由于采用常规转速测量方法，都要对增压器进行一定的加工处理， 经过多次反复研究和试验， 综合应用带通滤波， 频谱分析法， 精确计算了 主轴转速的大小，做到了高速，低速及变速时的计算精度高于0 . 5 9 6 0 2 .5 .3 数 采简易 诊断与 离线 精密 分析 相结 合: 在进行数据采集时，可以 对进行状态监测，判别是否有故障，故障 部位及严重程度。 采集完毕后， 将数据传送给计算机， 在计算机上， 对现 场采集信号作进一步精密分析和故障精密诊断， 并记录存储， 建立数据库。 2 . 5 .4 用软件实 现了 高 速运算: 当计算机时钟频率为 8 m h z 时，1 0 2 4点 f f t复变换的运算时间小于 2 5 0 m s ，软件实现的谱分析速度达到了国外先进仪器用硬件实现的谱分析 速度. 提高速度的主要方法是: 尽量采用汇编语言编写运算量大的 程序， 采用先进的 算法和编程方法， 采用窗函数库和三角函数库， 使得三角函 数 运算和加窗几乎对运算速度没有影响， 大大节省了运算时间。 2 .5 .5 箱度方面: a / d变换精度 1 2 b i t ，在计算中大量使用3 2 位实数和 6 4位双精度数 运 算 ， 在f f t汇 编 语 言 整 数 运 算 中 引 进 了 校 正 因 子 的 有 法 提 高 精 度 ， 采 用高精度算法，所以 分析精度与国外先进仪器用硬件实现的分析精度相 当。 2 .5 .6 具有灵活方便， 功能 齐全的圈 形显示: 具有单光标， 双光标，长光标，短光标，光标可快移，慢移，可 消除和重新显示。 图形有单幅， 双幅上下， 双幅重叠显示方法。 可按幅值大小或先后顺序自 动打印 1 3个点的纵横坐标值，也可直 接在图上标出光标的纵横坐标值。 具 有 方 便 的 求 助 功 能 。犷 在西文操作系统下， 实现软件的 全汉化。 汉字显示速度与西文字符 显示速度相当。 采用下拉弹出式菜单，使操作快速方便。 采用宏汇编语言m a s m 5 . 0 , c语言ms c 6 . 0 混合模块化编程， 有 效地解决了 两种语言程序的 相互调用， 使组态设置， 数据采集， 状态监测， 鱼型登 丝丝竺鱼 m m 机 车 动 态 测 试 分 析 系 统 的 组 成 信号 处 理，