柴油机振动烈度的研究与

1、题目：柴油机振动烈度的研究与分析题目：柴油机振动烈度的研究与分析 2015届本科生毕业论文（设计）届本科生毕业论文（设计） 柴油机振动烈度的研究与分析柴油机振动烈度的研究与分析 l1.研究意义 l2.振动烈度的分析与计算 l3.发动机振动烈度数据分析 l4.总结 1.研究意义研究意义 l通常，机械振动在大多数情况下会破坏机械设备的正 常工作，缩短使用寿命，降低其性能，甚至造成机毁 人亡的重大事故 。但是在另一方面，机械振动信号中 包含着反映设备性能好坏的信息，可以用来对设备进 行状态监测、故障诊断的预测，以便制定合理的维修 计划。 l本论文研究了基于振动能量的振动烈度的分析计算方 法，目前国内

2、外普遍采用的是基于振动速度的振动烈 度来评价设备振动情况，它只考虑了振动的动能，未 考虑振动势能对振动烈度的影响，虽然基于振动速度 的振动烈度可以作为设备的检测标准，但是并不精确， 基于振动能量的等效振动烈度能够真实的评价设备振 动水平。 2.振动烈度的分析与计算振动烈度的分析与计算 通常根据设备振动信号频率特征来选择测量参数。 振动测量参数有加速度、速度和位移。 下面分别介绍两种振动烈度的计算方法 。 l2.1 基于振动速度的振动烈度的计算方法 l2.2 基于振动能量的振动烈度的分析计算 2.1 基于振动速度的振动烈度的计算方法基于振动速度的振动烈度的计算方法 l振动烈度是检测发动机运行状态

3、的物理量，也是 最常用的状态特征。 定义为振动速度的均方根值 （有效值）表示 ： smmdttV T V T rms / 1 0 2 l由于我们将要分析的信号为离散型信号，所以基 于振动速度的振动烈度的计算公式为： N nv V N rms 1 2 2.22.2基于振动能量的振动烈度的分析计算基于振动能量的振动烈度的分析计算 l我们以单自由度振动系统在简谐激振作用下的振动能 量为基础，分析振动能量 图1.单自由度系统强迫振动力学模型 l根据单自由度系统强迫振动模型图列出牛顿方程： tFxmppxmmxsin2 0 2 mkp/ 2 km c pm c 22 式中：m为物体的质量；x为物体运动位

4、移；系统 固有频率为 其中k为弹性系数，系统阻尼比为 解得的通解为： 222 0 )()( )sin( )sin( cmk tF tAex d pt l第一项为其齐次方程的通解，即系统有阻尼自由振动， 由于阻尼的存在，自由振动在很短的时间内迅速消失， 称为瞬态振动。 l右边第二项为非齐次方程特解，是与激励力频率相同 的强迫振动，即以激励频率做简谐振动，振幅不随 时间衰减，为系统的稳态运动，即稳态响应。 所以由通解可知，系统的稳态位移响应为： 222 0 )2()1 ( )sin( )( r t k F tx 振动的频率是自由振动频率 d l振动的动能T为： )(cos 2 1 )( 2 1 2

5、2 0 2 tmxtmvT l振动的势能U为： )(sin 2 1 )( 2 1 22 0 2 tkxtkxU l系统振动能量之和 E为： )(sin 2 1 )(cos)( 2 1 22 0 22 0 tkxtxmUTE mpk 2 )(2cos 4 1 22222 0 tppmxE 将带入上式中，得 将以上分析过程运用在柴油机振动的分析上，我们都知道 柴油机振动是一个多自由度系统振动，所以我们运用上面 的方法继续分析 l压电传感器测得到的振动信号 （i=1,2，N）,对应 的振动速度信号为 （i=1,2，N）,对应的位移信号 为 （i=1,2，N），可以求得速度有效值 和 位移有效值 ，得

6、到振动能量有效值 为 i a i V i X rms V rms X rms E 22 2 1 2 1 rmsrmsrms kxmVE 将各自由度固有频率 mkp/ 2 代入上式得 )( 2 1 2 2 2 rmsrmsrms xpVmE l对于上式，也可以仿照振动烈度求得系统的等效振动 速度 ，因此用等效振动速度来评价系统振动就比 较准确 eq V 222 rmsrmseq xpvv rms X N X X rms 其中 N nv V N rms 1 2 这里 表示为 l我们不求振动能量，只要能求得等效振动速度即可分 析系统的振动状态，基于MATLAB编程，从而处理不 同情况下的数据，得出每

7、组数据的等效振动烈度 3.发动机振动烈度数据分析发动机振动烈度数据分析 l分析不同情况下振动烈度 1.正常情况下 2.气门间隙异常 3.喷油压力异常 4.供油提前角异常 l1.正常情况下 转速为1500r/min，标准供油提前角，标准气门间 隙，标准喷油压力下的30组数据 l为了便于分析与比较，将上面的烈度数据绘制成同一 转速下的振动烈度折线图，横坐标代表组数，纵坐标 代表振动烈度（mm/s） 部分数据的振动加速度，振动速度以及振动位移曲线 图 如下 l2.气门间隙异常 （1）进气门异常 转速为1500r/min，标准供油提前角，标准喷油压 力，进气门间隙异常情况下的35组数据 l将上面35组

8、数据制成折线图以方便分析，横坐标代表 组，纵坐标代表振动烈度（mm/s） 分析分析：相比正常情况下，振动烈度大了一点，说明当发动机异常时， 振动烈度就会增加，从而准确判断发动机的运行状态。 部分数据的振动加速度，速度，位移的曲线图如下： （2）排气门异常 转速1500r/min，标准喷油压力，标准供油提前角， 排气门异常下的基于振动能量的振动烈度，计算32组 数据的振动烈度。 l将上面数据绘成折线图，横坐标代表组数，纵坐标代 表振动烈度（mm/s），如下图： l3.喷油压力异常 转速1500r/min，喷油压力异常，标准供油提前角， 标准气门间隙的基于振动能量的振动烈度，计算32组 数据的振动

9、烈度。 l将上面数据绘成折线图，横坐标代表组数，纵坐标代 表振动烈度（mm/s），如下图 从图上可以看出它们的振动烈度围绕着平均值20.786mm/s在不断的变化。 l4.供油提前角异常 转速1500r/min，供油提前角异常，标准喷油压力， 标准气门间隙的情况下的基于振动能量的振动烈度， 计算33组数据的振动烈度。 l将上面数据绘成折线图，横坐标代表组数，纵坐标代 表振动烈度（mm/s），如下图 图中有两组数据的振动烈度数值在50mm/s之上,可能是在这一时 刻，测得的数据有误差，除去在那两个点，其他组振动烈度均围绕着 平均值26.5mm/s上下变化，属于在供油提前角异常时的正常值 。 3.

10、发动机振动烈度数据分析发动机振动烈度数据分析 采用单因素分析法 l不同转速 l不同气门间隙 l不同喷油压力 l不同供油提前角 l1.不同转速 在不同转速下采集数据，然后计算出每一组转速 下的振动烈度，然后进行等级评价。其中其他因素保 持不变，都为正常状态 l将上面数据绘制成折线图，只绘制基于振动能量的振 动烈度,横坐标代表转速（r/min），纵坐标代表振动烈 度（mm/s） 当转速在1400r/min时，发动机的振动烈度最小，同时也验证了此 转速是发动机的最佳转速 l2.不同气门间隙 (1)排气门变化 在转速800r/min，供油提前角（标准）18，喷油压 力（标准）125Mpa，在同一转速下

11、不同气门间隙下（排气 门改变）测得的振动烈度 l将上面数据绘制成折线图，横坐标代表排气门间隙， 纵坐标代表振动烈度（mm/s），如图： 分析分析：在转速为800r/min时，振动烈度已经达到90mm/s以上， 此时设备的振动会很大，严重影响机器的性能。随着排气门的增 大，发动机的振动烈度先减小后增大，当排气门0.55mm时，振 动烈度最小，但为C级别，可以短时工作 。 (2)进气门变化 在转速1600r/min，供油提前角（标准）18，喷油 压力（标准）125Mpa，在同一转速下，不同气门间隙下 （进气门改变）测得的振动烈度： l绘制成折线图，横坐标代表进气门间隙（mm），纵 坐标代表振动烈度

12、（mm/s） 分析分析：在转速1600r/min保持不变，随着进气门间隙的逐渐增大，发动机 的振动烈度呈现先增大后减小的趋势 ，在进气门间隙为0.5mm时的振动 烈度最大 ，从总体上来看，进气门间隙的改变，振动烈度的变化幅度并 不是太大，所以进气门的变化对发动机振动烈度的影响不是很大。 l3.不同喷油压力 在2000转每分钟时，标准供油提前角18，标准 气门间隙进气门0.35mm，排气门0.45mm l绘制成折线图，横坐标代表喷油压力（Mpa），纵坐 标代表振动烈度（mm/s），如下图 ： 分析：分析：喷油压力达到145Mpa时，振动烈度比其他喷油压力时增大很 多，因此发动机不能再过高的喷油压力下工作 ，否则，机器振动加 大，产生过大的噪声，更有可能使机器产生共振，使机器损坏。 l4.不同供油提前角 在1200r/min时，标准气门间隙进气门0.35mm， 排气门0.45mm，标准喷油压力125Mpa，振动烈度随 着供油提前角的变化如下表 l绘制成折线图，横坐标代表供油提前角（），纵坐 标代表振动烈度（mm/s），如下图 分析分析：在16到24之间变化幅度相比其他角度变化比较大，1200r/min 时，供油提前角为24振动烈度最小，标准供油提前角18，在 1200r/min下振动烈度呈现了相对比较大的值，