CN106596117A - 一种基于振动测量的摩擦状态监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，包括纵向振动传感器、横向振动传感器、信号放大器、数据采集卡、数据终端、十字头连杆、活塞、活塞环和气缸；十字头连杆的顶部设置有活塞，活塞环设置在活塞的外壁，并且活塞环与气缸的内壁接触；纵向振动传感器设置在气缸的底部，横向振动传感器设置在气缸的外壁，纵向振动传感器和横向振动传感器均与信号放大器连接，数据采集卡与信号放大器连接，数据终端和数据采集卡连接。本发明可以实现对发动机缸内润滑状况的无损检测和对缸内润滑状态的进行快速分析，实现在线监测的效果，该系统的结构简单，操作方便，不需要对机器本身的结构做太多的调整，安装调试相对便利。
Description
技术领域
本发明属于内燃机技术领域以及无损检测领域，具体涉及一种基于振动测量的摩擦状态监测系统。
背景技术
内燃机自从19世纪问世以来，得到了极大地关注，经过了一个世纪的发展和完善之后，已经被广泛的应用在了交通运输设备、工农业生产机械、工程机械、火力发电设备等机械设备中。内燃机的热效率比其他机械要高出很多，其中以碳氢化合物为燃料，空气为氧化剂的内燃机的理论热效率可以达到60％到70％，但在实际中，内燃机的实际热效率也就只有理论热效率的一半而已，最高也不过30％左右。从理论热效率到实际热效率损失了超过30％以上的热效率，这些能量损失被消耗于内燃机本身的摩擦传动等方面。内燃机的种类较多，且结构复杂，较为常见的是往复活塞式内燃机。在往复活塞式内燃机中，有一组最为重要的摩擦副，即缸套-活塞环摩擦副。缸套-活塞环在工作中所消耗的能量要高于其他摩擦副所消耗的能量，由于其工作条件比较恶劣，容易出现润滑不良、过度磨损的情况。缸套-活塞环之间的润滑形式为流体动压润滑，所以油膜的建立需要两摩擦表面相对运动。由于是往复运动，所以在上下止点处缸套与活塞环的相对速度为零，在这一位置无法建立油膜，润滑状态极差。同时，缸套-活塞环是构成燃烧室的一部分，其工作时处于高温状态下，而燃料燃烧产生的冲击性载荷也会使缸套与活塞环之间的压力产生一定的影响，压力的变化会对油膜的建立造成一定的影响，这组摩擦副的润滑条件处于比较恶劣。缸套与活塞环之间的不良润滑状态会造成零件表面的划伤，从而导致拉缸等严重后果。为了降低摩擦所带来的危害以及资源浪费，对其摩擦状态的研究和控制显得至关重要。
发明内容
本发明目的在于克服现有技术的不足，针对往复活塞式内燃机内摩擦所带来的危害以及资源浪费问题，提供了一种基于振动测量的摩擦状态监测系统。
本发明的技术目的通过下述技术方案予以实现：
一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，包括纵向振动传感器、横向振动传感器、信号放大器、数据采集卡、数据终端、十字头连杆、活塞、活塞环和气缸；所述的十字头连杆的顶部设置有活塞，所述的活塞环设置在活塞的外壁，并且活塞环与气缸的内壁接触；所述的纵向振动传感器设置在气缸的底部，所述的横向振动传感器设置在气缸的外壁，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器均与所述的信号放大器连接，所述的数据采集卡与信号放大器连接，所述的数据终端和数据采集卡连接。
而且，所述的纵向振动传感器设置在气缸的顶部。
而且，所述的横向振动传感器沿气缸的外壁均匀设置有1～4个；优选地，横向振动传感器设置在气缸外壁的中部。
而且，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器均为压电传感器，可以快速精准采集活塞外壁上的实际振动所产生的信号；所述的纵向传感器采集气缸的外壁和活塞环之间相对运动时摩擦所引起的微小的振动信号，所述的横向传感器检测活塞在往复运动的过程中敲击气缸壁所产生的横向上的振动。
而且，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器采集的信号通过信号放大器后输入到数据采集卡中，最后输入终端处理、储存。
本发明的优势在于：
1.可以实现对发动机缸内润滑状况的无损检测，且可以对缸内润滑状态的进行快速分析，实现在线监测的效果；
2.与通过监测滑油温度的方法相比，振动检测可以更具体的反映缸内摩擦副间的摩擦力变化趋势，更加直观的反映了缸内润滑的情况；
3.该系统的结构简单，操作方便，不需要对机器本身的结构做太多的调整，安装调试相对便利。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为采集所得数据图，
其中，1为十字头连杆，2为活塞，3为活塞环，4为气缸，5为纵向振动传感器，6为横向振动传感器，7为信号放大器，8为数据采集卡，9为数据终端。
具体实施方式
下面结合具体实施例和附图进一步说明本发明的技术方案。
本实施例中使用的润滑油性质如下：
表1润滑油性质
本实施例中使用的传感器为压电式传感器，型号为：CL-YD-312，购买自江苏联能电子技术有限公司，主要技术指标如下：
表2压电式传感器技术指标
本实施例中使用的信号放大器为准静态电荷放大器，型号为：YE5850，购买自江苏联能电子技术有限公司，主要技术指标如下：
表3准静态电荷放大器技术指标
本实施例中使用的采集卡型号为NI USB-6009，可提供8个模拟输入(AI)通道、2个模拟输出(AO)通道、12个数字输入/输出(DIO)通道以及一个带全速USB接口的32位计数器。
如图1所示，一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，包括纵向振动传感器5、横向振动传感器6、信号放大器7、数据采集卡8、数据终端9、十字头连杆1、活塞2、活塞环3和气缸4；所述的十字头连杆顶部设置有活塞2，所述的活塞环3设置在活塞的外壁，并且活塞环3与气缸4的内壁接触；所述的纵向振动传感器5设置在气缸4的底部，所述的横向振动传感器6设置在气缸4的外壁，所述的纵向振动传感器5和横向振动传感器6均与所述的信号放大器7连接，所述的数据采集卡8与信号放大器7连接，所述的数据终端9和数据采集卡8连接。
而且，所述的横向振动传感器6设置在气缸外壁的中部。
而且，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器均为压电传感器，可以快速精准采集活塞外壁上的实际振动所产生的信号；所述的纵向传感器采集气缸的外壁和活塞环之间相对运动时摩擦所引起的微小的振动信号，所述的横向传感器检测活塞在往复运动的过程中敲击气缸壁所产生的横向上的振动。
而且，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器采集的信号通过信号放大器后输入到数据采集卡中，最后输入终端处理、储存。
通过安装在气缸底端的纵向振动传感器测量气缸在竖直方向上的振动信号，并通过安装在气缸中部外侧的横向振动传感器获得活塞在运动过程中敲击气缸壁所产生的横向振动信号，通过这两个传感器可以快速精准的采集气缸壁上的实际振动所产生的信号；其中纵向传感器采集气缸外壁和活塞环之间相对运动时摩擦所引起的微小的振动信号，所述的横向传感器检测活塞在往复运动的过程中敲击气缸壁所产生的横向上的振动，然后纵向振动传感器和横向振动传感器采集的信号通过信号放大器后输入到数据采集卡中，最后输入终端处理、储存。
最后得到的数据如图2所示，其中横坐标为时间，纵坐标为强度。
以上对本发明做了示例性的描述，应该说明的是，在不脱离本发明的核心的情况下，任何简单的变形、修改或者其他本领域技术人员能够不花费创造性劳动的等同替换均落入本发明的保护范围。
Claims (6)
1.一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：包括纵向振动传感器、横向振动传感器、信号放大器、数据采集卡、数据终端、十字头连杆、活塞、活塞环和气缸；所述的十字头连杆的顶部设置有活塞，所述的活塞环设置在活塞的外壁，并且活塞环与气缸的内壁接触；所述的纵向振动传感器设置在气缸的底部，所述的横向振动传感器设置在气缸的外壁，所述的纵向振动传感器和横向振动传感器均与所述的信号放大器连接，所述的数据采集卡与信号放大器连接，所述的数据终端和数据采集卡连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：所述的纵向振动传感器设置在气缸的顶部。
3.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：所述的横向振动传感器沿气缸的外壁均匀设置有1～4个。
4.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：气缸外壁的中部设置有1个横向振动传感器。
5.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：所述的纵向振动传感器和横向振动传感器均为压电传感器，所述的纵向传感器采集气缸的外壁和活塞环之间相对运动时摩擦所引起的微小的振动信号，所述的横向传感器检测活塞在往复运动的过程中敲击气缸壁所产生的横向上的振动。
6.根据权利要求1所述的一种基于振动测量的摩擦状态监测系统，其特征在于：所述的纵向振动传感器和横向振动传感器采集的信号通过信号放大器后输入到数据采集卡中，最后输入终端处理、储存。
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