基于局域波分析的柴油机故障诊断方法的研究及应用

近年来，机械设备故障诊断技术在国内外得到了较大的发展，在国民生产中起到了重大的作用。柴油机作为机械设备领域的一部分，由于其用途的特殊性使得故障诊断的研究更具有重要意义。本文在总结和汲取别人研究成果的基础上，结合实际课题要求，引入适用于非平稳信号分析的新方法，从柴油机表面振动信号中获取故障特征信息，有效实现了柴油机的故障诊断。 首先，从柴油机表面振动信号的产生机理出发，论述了柴油机的主要激振源、表面振动响应信号及它们之间的内在关系，同时分析了振动信号的传递路径。研究表明，利用柴油机表面振动信号对其进行不解体故障诊断是可行性的。 然后，针对柴油机系统的非线性和表面振动信号的非平稳特性，引入局域波分析方法。局域波分析方法的重大突破就是用基于信号局部特征的多个基本模式分量来描述信号的特征，并赋予了每个基本模式分量具有实际物理意义的瞬时频率。它有效克服了用传统方法对非线性、非平稳信号分析时产生无意义谐波分量的缺点。另外，通过局域波法可把复杂的实测数据分解成有限个基本模式分量，从而简化了信号分析过程，降低了信号分析误差。并在此基础上，研究、提出和实现了以下几种方法： 提出了应用局域波时频谱和局域波边界谱对柴油机进行状态监测和故障诊断的新思路，解决了柴油机故障诊断中的一些实际困难。本文通过对仿真信号多种时频方法分析的比较，说明了局域波时频分析方法具有一定的优越性，并利用该方法成功的实现了车用柴油机缸套活塞间磨损故障的诊断。同时通过实验信号的局域波边界谱和功率谱分析比较，突出了局域波边界谱分析的可行性和优点。 针对各基本模式分量的特殊意义，结合时间序列分析的工程应用，提出了局域波自回归谱分析方法。对于故障类型和故障程度的识别上，提出了局域波K-L信息量故障诊断方法，并灵活的用于柴油机故障诊断中。因此局域波分析方法和时间序列的有机结合，对于解决柴油机系统造成的复杂问题有着特殊重要的意义。 研究了利用分形技术对柴油机进行故障诊断的一般过程，提出了局域波分形分析方法，即利用局域波分解后的各基本模式分量的关联维数的大小及变化，来刻画系统工作状态，并成功的应用于柴油机故障诊断中。该方法能够通过对各基本模式分量的分析，获取柴油机的故障类型和故障程度，从而把分形技术在柴油机故障诊断中的应用推进了一步。 接着，通过对柴油机表面振动信号的长期进行测试、分析、诊断及经验的积累，提出了一种实用型气缸压力识别的方法，并作了简单理论验证，该方法在柴油机故障诊断中起到了积极的作用。 最后，以大连港务局香炉礁港务公司流动机械为背景，针对目前流动机械管理落后、性能检测困难、维修费用高等现存问题，融合传统故障诊断方法和本文提出的几种新方法，开发研制了“港口流动机械故障诊断与预知维修系统”。同时对数十台车用柴油机进行了长时间、定期巡检式检测，并对大量的测试数据进行了分析，初步制定了适于该公司流动机械预知维修的执行标准，提出了设备振动检测、故障诊断和劣化报警的统一 大连理工大学博士学位论文 摘 要 方法体系，并实现了设备管理、故障诊断和保养维修一体化。 工程应用表明，利用而不是忽略柴油机系统的非线性和表面振动信号中的非平稳性 特征，可更加准确的提取柴油机工作状态的特征参数，从而获得更有物理意义的诊断结 果。