CN105486514B - 船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置 - Google Patents

船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于缸盖振动的船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置，其中方法包括：采用船用柴油机缸盖振动信号采集系统获取对应于船用柴油机工作状态的缸盖振动信号，然后根据上止点信号、柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的三组数据滑动包络，根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络，对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过9％的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。

Description

船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置
技术领域
本发明涉及柴油机技术领域，尤其涉及一种基于缸盖振动的船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置。
背景技术
船用柴油机工作过程中缸盖振动信号蕴含丰富的能够反映柴油机健康状态的信息，可从缸盖振动机理以及船用柴油机工作过程对缸盖振动信号进行分析，船用柴油机在运行中产生各种振动，在这些振动中包含着各系统、零部件技术状态的许多信息，当某系统或部件发生故障时，首先在振动中有所反映。
根据柴油机工作原理，供油系统(或点火系统)决定了喷油提前角(或点火提前角)，从而决定了燃爆压力的产生时刻；配气机构则决定了进、排气门的开启和关闭角。因此，缸盖表面振动信号在时域内的波形，与喷油提前角和配气相位密不可分。缸盖振动信号的时域特性是指各激励力响应信号在作用时刻及其作用强度等方面体现出来的特性。对于单缸机而言，各激励力产生的响应信号在时间相位上相差较大，较易于在时域内加以分离；对于多缸机而言，尽管邻缸的激励力在传递过程中衰减较快，但在一般情况下是不容忽视的。此时，时域特性显得尤为重要，这是柴油机缸盖振动信号的一个最基本特性。
研究表明进气门和排气门落座产生的振动响应很相似，其能量都集中在小于5kHz的中低频区域，气门落座响应为高频振动信号，燃爆响应为中低频振动信号，这与柴油机工作原理是一致的。当柴油机出现故障时，相应频带内的能量或谱峰值对应的频带范围将发生改变，从而可以提供诊断特征，但是由于船用柴油机缸盖振动信号的激励源较多、船用柴油机缸盖振动信号中包括诸多干扰从而导致误判，难以直接有效的诊断出进气门间隙过大故障。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种基于缸盖振动的船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置，用以解决现有技术中由于船用柴油机缸盖振动信号的激励源较多、船用柴油机缸盖振动信号中包括诸多干扰从而导致误判，难以直接有效的诊断出进气门间隙过大故障的问题。
本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：
本发明提供了一种船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法，包括：
根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的多组数据滑动包络；
根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络；
对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过预定百分比的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
进一步地，对缸盖振动信号进行空间标记处理是以上止点信号作为起始标记，截取柴油机每一循环中进气门开启、关闭时间对应的曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，即上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
进一步地，所述数据滑动包络是以n个数据点为一组的缸盖振动数据分别求取一个峰值、有效值、均值数据滑动点，对所有的进气门开闭过程的缸盖振动信号都求取峰值、有效值、均值数据滑动点，采用多项式拟合y＝a+b1x+b2x2+…+bmxm对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间(P(Y∈y)＝95％)求取峰值、有效值、均值数据滑动包络的上下边界。
进一步地，所述对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析是将实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值，p％为设定报警的阈值上限。
本发明还提供了了一种船用柴油机进气门间隙过大故障诊断装置，包括：
实时数据获取模块，用于根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的多组数据滑动包络；
标准数据获取模块，用于根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络；
分析模块，用于对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过预定百分比的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
进一步地，所述实时数据模块对缸盖振动信号进行空间标记处理是以上止点信号作为起始标记，截取柴油机每一循环中进气门开启、关闭时间对应的曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，即上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
进一步地，所述实时数据获取模块具体用于，所述数据滑动包络是以n个数据点为一组的缸盖振动数据分别求取一个峰值、有效值、均值数据滑动点，对所有的进气门开闭过程的缸盖振动信号都求取峰值、有效值、均值数据滑动点，采用多项式拟合y＝a+b1x+b2x2+…+bmxm对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间(P(Y∈y)＝95％)求取峰值、有效值、均值数据滑动包络的上下边界。
进一步地，所述分析模块具体用于，对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析是将实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值，p％为设定报警的阈值上限。
本发明有益效果如下：
本发明所述技术方案仅需要利用船用柴油机正常工作过程中的数据为基础即可完成进气门间隙过大故障诊断；计算方法简单实用，具备工程化应用价值；由于在分析过程中采用多组数据进行数据滑动包络，可以避免船用柴油机缸盖振动信号的诸多干扰的影响，从而避免误判。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分的从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
附图说明
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
图1为本发明实施例所述方法流程示意图；
图2示出了采用上止点信号的船用柴油机缸盖振动信号空间标记；
图3示出了船用柴油机缸盖振动信号峰值数据滑动包络；
图4示出了船用柴油机缸盖振动信号有效值数据滑动包络；
图5示出了船用柴油机缸盖振动信号均值数据滑动包络；
图6示出了船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差；
图7为本发明实施例所述装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理。
首先结合附图对本发明实施例所述方法进行详细说明。
如图1所示，图1为本发明实施例所述方法的流程示意图，本发明实施例所述基于缸盖振动的船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法利用船用柴油机缸盖振动信号采集系统获取对应于船用柴油机工作状态的缸盖振动信号，然后根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，获取振动信号的峰值、有效值、均值数据滑动包络，根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络，对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过p％的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
图2示出了采用上止点信号的船用柴油机缸盖振动信号空间标记，以上止点信号作为起始标记可截取柴油机每一循环中特定曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，其采样长度需要根据运行平均转速进行控制，所以根据上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
图3示出了船用柴油机缸盖振动信号峰值数据滑动包络，根据截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，以n个数据点为一组缸盖振动数据求取一个峰值数据滑动点，计算所有的截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，采用多项式拟合对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间求取上下边界。
图4示出了船用柴油机缸盖振动信号有效值数据滑动包络，根据截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，以n个数据点为一组缸盖振动数据求取一个有效值数据滑动点，计算所有的截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，采用多项式拟合对计算出的船用柴油机缸盖振动信号有效值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间求取上下边界。
图5示出了船用柴油机缸盖振动信号均值数据滑动包络，根据截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，以n个数据点为一组缸盖振动数据求取一个均值数据滑动点，计算所有的截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号，采用多项式拟合对计算出的船用柴油机缸盖振动信号均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间求取上下边界。
图6示出了船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差，实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值。
接下来对本发明实施例所述装置进行详细说明。
如图7所示，图7为本发明实施例所述装置的结构示意图，具体可以包括：
实时数据获取模块，用于根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的多组数据滑动包络；
其中，实时数据模块对缸盖振动信号进行空间标记处理是以上止点信号作为起始标记，截取柴油机每一循环中进气门开启、关闭时间对应的曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，即上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
数据滑动包络是以n个数据点为一组的缸盖振动数据分别求取一个峰值、有效值、均值数据滑动点，实时数据获取模块对所有的进气门开闭过程的缸盖振动信号都求取峰值、有效值、均值数据滑动点，采用多项式拟合y＝a+b1x+b2x2+…+bmxm对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间(P(Y∈y)＝95％)求取峰值、有效值、均值数据滑动包络的上下边界。
标准数据获取模块，用于根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络；
分析模块，用于对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过预定百分比的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
分析模块对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析是将实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值，p％为设定报警的阈值上限。
对于本发明实施例所述装置的具体实现过程，由于上述方法中已有详细说明，故此处不再赘述。
综上所述，本发明实施例提供了一种基于缸盖振动的船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法及装置，仅需要利用船用柴油机正常工作过程中的数据为基础即可完成进气门间隙过大故障诊断；计算方法简单实用，具备工程化应用价值；由于在分析过程中采用多组数据进行数据滑动包络，可以避免船用柴油机缸盖振动信号的诸多干扰的影响，从而避免误判。
本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种船用柴油机进气门间隙过大故障诊断方法，其特征在于，包括：
根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的多组数据滑动包络；
根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络，所述数据滑动包络是以n个数据点为一组的缸盖振动数据分别求取一个峰值、有效值、均值数据滑动点，对所有的进气门开闭过程的缸盖振动信号都求取峰值、有效值、均值数据滑动点，采用多项式拟合y＝a+b1x+b2x2+…+bmxm对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间P(Y∈y)＝95％求取峰值、有效值、均值数据滑动包络的上下边界；
对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过预定百分比的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对缸盖振动信号进行空间标记处理是以上止点信号作为起始标记，截取柴油机每一循环中进气门开启、关闭时间对应的曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，即上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析是将实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值，p％为设定报警的阈值上限。
4.一种船用柴油机进气门间隙过大故障诊断装置，其特征在于，包括：
实时数据获取模块，用于根据柴油机工作过程识别进气门开闭时刻对缸盖振动信号进行空间标记处理，以振动信号峰值、有效值、均值采用设定数据组获取振动信号的多组数据滑动包络；
标准数据获取模块，用于根据获取同一工况下的多组整工作周期船用柴油机缸盖振动获取标准数据滑动包络，所述数据滑动包络是以n个数据点为一组的缸盖振动数据分别求取一个峰值、有效值、均值数据滑动点，对所有的进气门开闭过程的缸盖振动信号都求取峰值、有效值、均值数据滑动点，采用多项式拟合y＝a+b1x+b2x2+…+bmxm对计算出的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络进行平滑，并根据95％置信区间(P(Y∈y)＝95％)求取峰值、有效值、均值数据滑动包络的上下边界；
分析模块，用于对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析，当残差中出现超过预定百分比的标准数据滑动包络最大值时，诊断船用柴油机出现进气门间隙过大故障。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述实时数据获取模块对缸盖振动信号进行空间标记处理是以上止点信号作为起始标记，截取柴油机每一循环中进气门开启、关闭时间对应的曲轴转角范围内的一段缸盖振动信号，即上止点出现点与进气门开闭点的距离截取出对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号。
6.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述分析模块具体用于，对于实时获取的船用柴油机数据滑动包络进行残差分析是将实时获取的船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络与根据船用柴油机处于正常状态时获取的K组对应于进气门开闭过程的缸盖振动信号计算得到的峰值、有效值、均值标准数据滑动包络计算残差，检测船用柴油机缸盖振动信号峰值、有效值、均值数据滑动包络残差中是否出现超过p％M1或p％M2或p％M3，当超出p％M1或p％M2或p％M3时则诊断船用柴油机存在进气门间隙过大故障，其中M1，M2，M3分别为船用柴油机处于正常状态时进气门开闭过程的缸盖振动信号峰值、有效值、均值标准数据滑动包络中最大数据点幅值，p％为设定报警的阈值上限。
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