CN109813551A - 一种柴油机主轴承磨合质量在线定量检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种柴油机主轴承磨合量在线定量检测方法；对接收到的温度信号、振动信号进行预处理，接着在计算机中进行两变量相空间重构，拟合出相空间的轨迹，并经过分析计算出关联维数和相空间半径，最终在显示界面获得实时轴瓦温度、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数、相空间半径、磨合质量指数。本发明可以实现在线测量磨合质量，提升了磨合质量评价的轻便性，测定磨合质量不再受时间地点的限制，改善了以前拆开测周期长的缺点，并且可以大幅度的降低误差，实现高效率的磨合质量的检测。

Description

一种柴油机主轴承磨合质量在线定量检测方法

技术领域

本发明涉及一种柴油机主轴承磨合质量在线定量检测方法，具体是一种适用于主轴承工作环境下进行实时检测主轴承磨合质量的检测方法。

背景技术

柴油机主轴承磨合质量的检测，目前主要通过拆检轴瓦来评价磨合质量，严重降低了生产率。轴瓦拆检属于离线测量，无法在磨合试验中实时监测。不能及时发现磨合不良的问题。需要提出有效的磨合质量在线评价方法。摩擦学系统是非线性动力学系统，摩擦信号中蕴含能反映摩擦副磨合状态的信息。通过对在线测量的摩擦信号实时计算非线性参数，定量表征评价磨合质量的优劣，为磨合质量的在线定量评价提供了一条新的思路。

中国申请号为02294727.2，《牙轮钻头轴承的磨合系统》中采用实时监测扭矩测量仪，当出现扭矩一直异常波动不稳定，说明轴承质量可能存在问题。此发明中只能依靠突变或者幅度较大的转折点进行判断，只能进行定性的判断，无法给予磨合质量的定量表征。

中国申请号为201620039239.4，《一种发动机冷磨机》中利用压力传感器和扭矩传感器进行判断发动机冷磨合的程度和质量。具体的处理方式并未公开。

磨合质量在线定量评价方法将实现磨合质量的定量评价，而不仅仅是磨合优劣的定性判断。研究结果将为船用中速柴油机磨合规范的优化提供依据，促进磨合质量参数化标准的制定，有助于主轴承磨合质量的检测，也为其他机械设备磨合行为的定量研究提供借鉴。

发明内容

为了解决主轴承磨合质量的在线定量检测，本发明提供一种柴油机主轴承磨合质量在线定量检测方法。本发明通过获取主轴承工作时的温度信号和振动信号，之后在计算机中利用两变量相空间重构的方法分析出相空间轨迹，之后在计算机中计算出相空间半径、关联维数，进而获得磨合质量指数。无需对被测件进行拆卸，操作系统简单，可以避免拆后检测的滞后性以及无法用数值具体描述的情况，检测准确度高，可以在线定量检测主轴承的磨合质量，判断速度快，方法可靠。

本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括以下步骤：

一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将贴片式温度传感器以及加速度传感器贴至主轴承，同时正常启动主轴承；

S2，通过温度传感器获得温度信号，通过温度传感器，将温度信号传递到采集卡中，通过加速度传感器获得振动信号，利用振动变送器将振动信号传递到采集卡中；

S3，采集卡汇集数据，将数据传递到中央处理器中，进行数据的处理，中央处理器与蜂鸣器直接相连接；

S4，中央处理器与存储器相连接，在存储器中存储处理好的数据；

S5，在显示界面上显示出实时轴瓦温度、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数、相空间半径、磨合质量指数。

进一步的，在柴油机主轴承正常工作时，利用传感器就可以进行磨合质量在定量检测，将步骤S1、步骤S2中所测的数据传入微型计算机模块中，经过转换将所测得的物理信号转化为数字信号传入计算机。

进一步的，在S3中还包括步骤S31，对所获的温度信号、振动信号进行小波去噪，先对含噪声的信号进行小波变换；对变换得到的小波进行某种处理，以去除其中包含的噪声；对处理后的小波逆变换，得到去噪后的信号。

进一步的，在S3中还包括步骤S32，接着进行两变量的相空间重构，如果每个变量都选择恰当的时间延迟τ_i和嵌入维数m_i(i＝1,2,…K)，则多变量时间序列重构的相空间，

Y(n)＝[x₁(n),x₁(n-τ₁),…,x₁(n-(m₁-1)τ₁),

x₂(n),…,x₂(n-(m₂-1)τ₂),…,x_k(n),x_k(n-τ_k),…,

x(n)(n＝1,2,…,N)为单变量时间序列m为嵌入维数，τ为时间延迟,其中τ_i和m_i是

重构空间成败的关键。

进一步的，在步骤S3中还包括步骤S33，以τ_i为横坐标，m_i为纵坐标绘制出相空间轨迹。

进一步的，在步骤S3中还包括步骤S34，计算出相空间半径，先赋予初始的相空间半径r，计算出对应的关联积分，若关联积分等于1则输出相空间半径，若关联积分不为1则增大初始相空间半径r直到关联积分为1时，输出相空间半径。

进一步的，在步骤S3中还包括步骤S35，关联维数的确定，在重构的m维相空间中，计算两相点之间的距离r_ij＝|X_i-X_j|，选取一系列正数ε对于每个ε计算r_ij<ε的个数N₁(ε)，定义关联函数(累积分布函数)

计算公式为：

式中，θ(·)为Heaviside阶跃函数，

当ε趋于无穷小时，关联维数D定义为：

进一步的，在步骤S3中还包括步骤S36确定磨合质量指数，磨合质量指数＝关联维数/相空间半径，该值越大，则证明磨合质量越好。

进一步的，磨合质量指数值越大，则证明磨合质量越好，在步骤S4中，当磨合质量指数减小10％时，蜂鸣器报警，即将磨合失效。

进一步的，在步骤S5中，将测得与计算出的数据最终实现数显，即在显示界面上显示出实时轴瓦温度(T)、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数(D)、相空间半径(r)、磨合质量指数(Q)。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1.本发明优势在于规避了油液分析法进行磨合质量检测的周期长，代价高的缺点。

2.本发明优势在于在线检测主轴承磨合质量。

3.本发明优势在于实现了磨合质量指数的数字化。

4.本发明优势在于可以进行便携检测，很轻便。

附图说明：

图1是本发明的整体系统结构图；

图2是本发明的数据处理流程示意图；

图3是本发明的传感器位置布置图；

1-曲轴臂，2-连杆、3-平衡块，4-测试部分安装在主轴承，5-加速度传感器，6-贴片式温度传感器

具体实施方式：

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

如图1所示，实施例1：一种柴油机主轴承磨合质量在线定量检测方法，步骤如下：

步骤S1：将贴片式温度传感器以及加速度传感器贴至主轴承，同时正常启动主轴承，接通蓄电池。

步骤S2，热电偶将温度信号传递到温度传感器中，加速度传感器将振动信号传递到振动传感器中温度传感器与振动传感器分别与采集卡的两个端口相连接，将测试获得的温度信号曲线与振动信号曲线存储在采集卡中，实现了物理信号转化为数字信号。

步骤S3，数据采集卡与计算机模块相连接，将数据传输到模块的中央处理器中，进行处理，该数据处理模块与蜂鸣器相连接。

步骤S31，如附图2所示，对所获的温度信号、振动信号进行小波去噪，先对含噪声的信号进行小波变换；对变换得到的小波进行某种处理，以去除其中包含的噪声；对处理后的小波逆变换，得到去噪后的信号。

步骤S32，如附图3所示，接着进行两变量的相空间重构，如果每个变量都选择恰当的时间延迟τ_i和嵌入维数m_i(i＝1,2,…K)，则多变量时间序列重构的相空间

Y(n)＝[x₁(n),x₁(n-τ₁),…,x₁(n-(m₁-1)τ₁),

x₂(n),…,x₂(n-(m₂-1)τ₂),…,x_k(n),x_k(n-τ_k),…,

其中τ_i和m_i是重构空间成败的关键。

x(n)(n＝1,2,…,N)为单变量时间序列m为嵌入维数，τ为时间延迟。其中τ_i和m_i是重构空间成败的关键。

步骤S33，如附图3所示，τ_i为横坐标，m_i为纵坐标绘制出相空间轨迹。

步骤S34，如附图3所示，计算出相空间半径，先赋予益华初始的相空间半径r，计算出对应的关联积分，若关联积分等于1则输出相空间半径，若关联积分不为1则增大初始相空间半径r直到关联积分为1时，输出相空间半径。

步骤S35，如附图3所示，关联维数的确定，在重构的m维相空间中，计算两相点之间的距离r_ij

r_ij＝|X_i-X_j|

选取一系列正数ε对于每个ε计算r_ij<ε的个数N₁(ε)，定义关联函数(累积分布函数)

计算公式为：

式中，θ(·)为Heaviside阶跃函数，

当ε趋于无穷小时，关联维数D定义为：

步骤S36，如附图3所示，磨合质量指数的确定。磨合质量指数＝关联维数/相空间半径，该值越大，则证明磨合质量越好。

步骤S4，中央处理器与存储器相连接，在存储器中存储处理好的数据。其中，中央处理器与蜂鸣器直接相连接。其中，蜂鸣器工作条件为当磨合质量指数减小10％时，蜂鸣器报警，即将磨合失效。

步骤S5，在显示界面对实时轴瓦温度、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数、相空间半径、磨合质量指数。进行数显，并且该数显需要专门设计的人机界面。

Claims (10)

1.一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将贴片式温度传感器以及加速度传感器贴至主轴承，同时正常启动主轴承；

S2，通过温度传感器获得温度信号，通过温度传感器，将温度信号传递到采集卡中，通过加速度传感器获得振动信号，利用振动变送器将振动信号传递到采集卡中；

S3，采集卡汇集数据，将数据传递到中央处理器中，进行数据的处理，中央处理器与蜂鸣器直接相连接；

S4，中央处理器与存储器相连接，在存储器中存储处理好的数据；

S5，在显示界面上显示出实时轴瓦温度、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数、相空间半径、磨合质量指数。

2.根据权利要求1所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在柴油机主轴承正常工作时，利用传感器就可以进行磨合质量在定量检测，将步骤S1、步骤S2中所测的数据传入微型计算机模块中，经过转换将所测得的物理信号转化为数字信号传入计算机。

3.根据权利要求1所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在S3中还包括步骤S31，对所获的温度信号、振动信号进行小波去噪，先对含噪声的信号进行小波变换；对变换得到的小波进行某种处理，以去除其中包含的噪声；对处理后的小波逆变换，得到去噪后的信号。

4.根据权利要求3所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在S3中还包括步骤S32，接着进行两变量的相空间重构，如果每个变量都选择恰当的时间延迟τ_i和嵌入维数m_i(i＝1,2,…K)，则多变量时间序列重构的相空间，

Y(n)＝[x₁(n),x₁(n-τ₁),…,x₁(n-(m₁-1)τ₁),

x₂(n),…,x₂(n-(m₂-1)τ₂),…,x_k(n),x_k(n-τ_k),…,

x(n)(n＝1,2,…,N)为单变量时间序列m为嵌入维数，τ为时间延迟,其中τ_i和m_i是重构空间成败的关键。

5.根据权利要求4所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S33，以τ_i为横坐标，m_i为纵坐标绘制出相空间轨迹。

6.根据权利要求5所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S34，计算出相空间半径，先赋予初始的相空间半径r，计算出对应的关联积分，若关联积分等于1则输出相空间半径，若关联积分不为1则增大初始相空间半径r直到关联积分为1时，输出相空间半径。

7.根据权利要求6所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S35，关联维数的确定，在重构的m维相空间中，计算两相点之间的距离r_ij＝|X_i-X_j|，选取一系列正数ε对于每个ε计算r_ij<ε的个数N₁(ε)，定义关联函数(累积分布函数)

计算公式为：

式中，θ(·)为Heaviside阶跃函数，

当ε趋于无穷小时，关联维数D定义为：

8.根据权利要求7所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在步骤S3中还包括步骤S36确定磨合质量指数，磨合质量指数＝关联维数/相空间半径，该值越大，则证明磨合质量越好。

9.根据权利要求3所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，磨合质量指数值越大，则证明磨合质量越好，在步骤S4中，当磨合质量指数减小10％时，蜂鸣器报警，即将磨合失效。

10.根据权利要求3所述的一种在线定量测量主轴承磨合质量在线定量检测方法，其特征在于，在步骤S5中，将测得与计算出的数据最终实现数显，即在显示界面上显示出实时轴瓦温度(T)、实时轴瓦振动、相空间轨迹、关联维数(D)、相空间半径(r)、磨合质量指数(Q)。