CN113931742B - 一种柴油机连杆轴承温度监测装置及监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种柴油机连杆轴承温度监测装置及监测方法，包括：温度检测仪，所述温度检测仪的第一端连接红外测温传感器，所述温度检测仪的第二端连接曲轴相位传感器，所述温度检测仪的第三端连接凸轮轴上止点传感器，所述红外测温传感器设置于柴油机曲轴箱内部，以向所述温度检测仪传输温度信号，以向所述温度检测仪传输曲轴相位信号，本发明利用无线远距离红外测温传感器，根据不同气缸的连杆轴承有固定的运动规律和相位差的特点，就可以获得各缸连杆轴承的金属温度，结构简单、操作方便，非常实用，直接测取连杆轴承的金属温度，不会受到曲轴箱油污浓度因素的影响，更直接可靠。
Description
技术领域
本发明涉及发动机状态监测技术领域，具体涉及一种柴油机连杆轴承温度监测装置及监测方法。
背景技术
柴油机运行过程中连杆轴承常常由于轴承异常摩擦磨损、连杆螺栓松动、紧固钢丝断裂、滑油中断等原因造成大的事故，轻则引起连杆轴瓦和曲柄销的严重烧伤，重则会引发连杆伸腿打碎曲柄销甚至造成人员伤亡的重大事故。当连杆轴承磨损严重时曲柄销、曲柄臂等轴承周围的金属温度会升高，但由于曲轴-连杆机构处于运动之中，无法直接测量。
现有技术中监测连杆轴承烧瓦故障的方法是监测曲柄箱的油雾浓度，或者是测量连杆轴承飞溅出的滑油温度，但都存在不同的问题。曲柄箱油雾浓度不能及时地发现连杆轴承的磨损状态，而且还会受到曲柄箱内的水汽、燃气影响，经常出现误报警，也不能确定是哪个缸的连杆轴承出现故障。飞溅滑油的温度测量受到甩出的滑油量限制，反应也比较滞后，测量也不够准确。
发明内容
本发明的目的是为了提供一种柴油机连杆轴承温度监测装置及监测方法。旨在解决现有监测连杆轴承烧瓦故障的技术中监测曲柄箱的油雾浓度不能及时地发现连杆轴承的磨损状态，飞溅滑油的温度测量受到甩出的滑油量限制，反应也比较滞后，测量也不够准确的问题。
为达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：
一方面，本发明提供一种柴油机连杆轴承温度监测装置，包括：
温度检测仪，所述温度检测仪的第一端连接红外测温传感器，所述温度检测仪的第二端连接曲轴相位传感器，所述温度检测仪的第三端连接凸轮轴上止点传感器，
所述红外测温传感器设置于柴油机曲轴箱内部，以向所述温度检测仪传输温度信号，
所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述温度检测仪传输曲轴相位信号，
所述凸轮轴上止点传感器设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述温度检测仪传输凸轮轴上止点信号，
所述温度检测仪与上位机连接，以将所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析和计算结果传输至所述上位机。
优选的，所述温度检测仪包括：
温度检测仪壳体；
开关，其位于所述温度检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、连杆轴承温度和连杆轴承温差；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置。
优选的，所述红外测温传感器包括：第一红外测温传感器和第二红外测温传感器，所述第一红外测温传感器和所述第二红外测温传感器分别对应设置在柴油机曲轴箱内部的两侧。
优选的，所述温度检测仪上设有USB通信接口，所述温度检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
另一方面，本发明还提供一种柴油机连杆轴承温度监测方法，采用上述的一种柴油机连杆轴承温度监测装置监测，该监测方法包括：
步骤S1：打开所述温度检测仪的开关，在所述温度检测仪中对所述柴油机的缸数、冲程数、发火顺序和缸号进行参数的设置或修改；
步骤S2：待柴油机运行转速稳定后，按下所述温度检测仪上的“检测”按钮，进行所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集，单通道采样频率为60Hz；
步骤S3：所述温度检测仪对得到的所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析和计算，得到所述柴油机若干个气缸连杆轴承的温度；
步骤S4：在所述温度检测仪上显示所述温度，并将所述温度传输至所述上位机。
优选的，在所述步骤S3中所述分析包括：
步骤S301：假设一初始时间，并确定所述发火顺序下每一所述气缸的连杆轴承到达上止点位置的时间；
步骤S302：根据所述凸轮轴上止点信号和所述步骤S301中确定的所述时间，获得所述发火顺序中第一个所述气缸连杆轴承的温度；
步骤S303：根据第一个所述气缸连杆轴承的温度和所述曲轴相位信号，依次获得若干个所述气缸连杆轴承的温度。
优选的，在所述步骤S301中，所述气缸的连杆轴承在上止点位置的时间通过所述发火顺序计算获得。
优选的，还包括：步骤S5：所述上位机根据得到的所述连杆轴承温度、所述连杆轴承温差信号、所述连杆轴承温差信号、所述连杆轴承温差信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析结果对若干个所述柴油机气缸连杆轴承的温度进行趋势分析。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
1、本发明利用无线远距离红外测温传感器，根据不同气缸的连杆轴承有固定的运动规律和相位差的特点，就可以获得各缸连杆轴承的金属温度，结构简单、操作方便，非常实用。
2、本发明直接测取连杆轴承的金属温度，不会受到曲轴箱油污浓度因素的影响，更直接可靠。只需要在曲轴箱内部的两端各安装1个红外测温传感器，利用曲轴相位信号和上止点信号来识别各缸的连杆轴承温度，就可以测取所有缸的连杆轴承温度，结构简单。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的技术方案，下面将对描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一个实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图：
图1为本发明一实施例提供的一种柴油机曲柄端面图；
图2为本发明一实施例提供的柴油机连杆轴承温度监测装置结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的柴油机连杆轴承温度监测原理图；
图4为本发明一实施例提供的柴油机连杆轴承温度检测仪面板设计图图。
附图标记说明：1-缸套，2-填料函，3-十字头轴承，4-曲轴箱，5-连杆，6-第一红外测温传感器，7-连杆轴承，8-曲轴相位传感器，9-电动盘车机，10-曲轴，11-飞轮，12-第二红外测温传感器，13-凸轮轴上止点传感器，14-凸轮轴，15-上止点磁钢。
具体实施方式
以下结合附图1-4和具体实施方式对本发明提出的柴油机连杆轴承温度监测装置及监测方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
为了解决现有监测连杆轴承烧瓦故障的技术中监测曲柄箱的油雾浓度不能及时地发现连杆轴承的磨损状态，飞溅滑油的温度测量受到甩出的滑油量限制，反应也比较滞后，测量也不够准确的问题，
一方面，本实施例提供一种柴油机连杆轴承温度监测装置，包括：
温度检测仪，所述温度检测仪的第一端连接红外测温传感器，所述温度检测仪的第二端连接曲轴相位传感器，所述温度检测仪的第三端连接凸轮轴上止点传感器，
所述红外测温传感器设置于柴油机曲轴箱内部，以向所述温度检测仪传输温度信号，
所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述温度检测仪传输曲轴相位信号，
所述凸轮轴上止点传感器设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述温度检测仪传输凸轮轴上止点信号，
所述温度检测仪与上位机连接，以将所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析和计算结果传输至所述上位机。
所述温度检测仪包括：
温度检测仪壳体；
开关，其位于所述温度检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、连杆轴承温度和连杆轴承温差；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置。
若干个所述调节按钮包括：“上翻”键、“下翻”键、“发火顺序”键、“确定”键、“缸号”键、“缸数”键、“冲程数”键、“上传”键和“检测”键。
所述“发火顺序”键用于将“发火顺序”这一参数调节至当前编辑状态，所述“缸号”键用于将“缸号”这一参数调节至当前编辑状态，所述“缸数”键用于将“缸数”这一参数调节至当前编辑状态，所述“冲程数”键用于将“冲程数”这一参数调节至当前编辑状态，所述“确定”键用于所述“上翻”键和所述“下翻”键在对参数进行调整时的确定，按下所述“上传”键用于将所述温度检测仪检测和计算的数据上传至所述上位机，按下“检测”键，温度检测仪同步采集温度信号、飞轮端曲轴相位信号和凸轮轴上止点信号，所述“上翻”键和“下翻”键用于上述的发火顺序、缸数、冲程数和缸号这些参数的调节。
所述红外测温传感器包括：第一红外测温传感器6和第二红外测温传感器12，所述第一红外测温传感器6和所述第二红外测温传感器12分别对应设置在柴油机曲轴箱内部的两侧，设置第一红外测温传感器6和第二红外测温传感器12，用于当柴油机缸数较多时(超过8个缸)，会发生同时有2个缸的连杆轴承位于同一个位置的情况，因而需要从两边分别检测连杆轴承的温度，避免了2个缸的干扰。
所述温度检测仪上设有USB通信接口，所述温度检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
所述上位机为外部计算机设备。
另一方面，本发明还提供一种柴油机连杆轴承温度监测方法，采用上述的一种柴油机连杆轴承温度监测装置监测，该监测方法包括：
步骤S1：打开所述温度检测仪的开关，在所述温度检测仪中对所述柴油机的缸数、冲程数、发火顺序和缸号进行参数的设置或修改；
步骤S2：待柴油机运行转速稳定后，按下所述温度检测仪上的“检测”按钮，进行所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集，单通道采样频率为60Hz；
步骤S3：所述温度检测仪对得到的所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析和计算，得到所述柴油机若干个气缸连杆轴承的温度；
步骤S301：假设一初始时间，并确定所述发火顺序下每一所述气缸的连杆轴承到达上止点位置的时间；
步骤S302：根据所述凸轮轴上止点信号和所述步骤S301中确定的所述时间，获得所述发火顺序中第一个所述气缸连杆轴承的温度；
步骤S303：根据第一个所述气缸连杆轴承的温度和所述曲轴相位信号，依次获得若干个所述气缸连杆轴承的温度。
在所述步骤S301中，所述气缸的连杆轴承在上止点位置的时间通过所述发火顺序计算获得。
步骤S4：在所述温度检测仪上显示所述温度，并将所述温度传输至所述上位机。
步骤S5：所述上位机根据得到的所述连杆轴承温度、所述连杆轴承温差信号、所述连杆轴承温差信号、所述连杆轴承温差信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析结果对若干个所述柴油机气缸连杆轴承的温度进行趋势分析。
以一台6缸二冲程柴油机为例，其包括：1#缸、2#缸、3#缸、4#缸、5#缸和6#缸，其各缸发火顺序为1#-5#-3#-4#-2#-6#，柴油机曲柄端面图如图1所示。柴油机运行过程中连杆轴承会围绕曲轴不断地转动，通过连杆5带动十字头轴承3上下运动，进而带动各缸活塞在缸套1内上下运动，完成一个工作循环。因此，柴油机运行时各缸的连杆轴承7会按照发火顺序在确定的时刻到达上止点位置，该确定的时刻可以通过发火顺序计算获得。飞轮端相位齿轮360°圆周上有360个齿，由发火间隔角Φ＝360/6＝60°CA(曲柄转角)可知，相邻缸之间的相位齿数为60个，柴油机连杆轴承温度监测装置结构组成如图2所示。
上止点信号确定了1#缸上止点位置，但由于柴油机的运转不是匀速的，因此曲轴相位脉冲的分布在时间轴上也不是均匀分布的，因此其它各缸的上止点位置只与飞轮11上相应齿位置相对应如图3所示。
利用上述各缸曲轴相位脉冲信号提取红外测温传感器测取的温度，即对应于各缸连杆轴承的金属温度如图3所示。
为有效采集曲轴相位信号，设四冲程柴油机的最高转速为2400r/min，以曲轴齿数360为例，则信号的最低采样频率fs＝2400/60×36×4＝57600Hz，故信号的单通道采样频率取60kHz。
温度检测仪的面板设计如图4所示，包括1块液晶显示屏和9个按钮。液晶屏显示待检测柴油机的缸数、冲程数(二冲程或四冲程)、发火顺序和缸号，在检测之前需要进行这些参数的设置。测试完成后可显示各缸连杆轴承的温度和温差。
打开温度检测仪的电源开关，
按“上翻”键和“下翻”键可校准日期，按“确定键”保存。
测试前按下“缸数”键，可以用“上翻”键和“下翻”键选择柴油机的缸数，按“确定”键输入这个参数。按下“缸号”键，可以用“上翻”、“下翻”键选择柴油机的缸号，按“确定”键输入这个参数。按下“冲程数”键，可以用“上翻”键和“下翻”键选择柴油机的冲程数“二”或者“四”，按“确定”键输入这个参数。按下“发火顺序”键，可以用“上翻”、“下翻”键选择柴油机的发火顺序，按“确定”键输入这个参数。上述所有的参数包括不同柴油机的发火顺序都事先存储在温度检测仪中，不需要重新输入数字，只需要用“上翻”键、“下翻”键选择合适的参数即可，这就省却了温度检测仪0～9的10个数字健，使温度检测仪硬件少，参数设置也非常方便。
参数设置后，按下“检测”键，温度检测仪同步采集温度信号、飞轮端相位信号和凸轮轴上止点信号，结果如图3所示。检测仪根据各缸的相位信号确定各缸连杆轴承的温度，同时在液晶屏上显示出该缸连杆轴承的温度。首先根据凸轮轴上止点信号确定第1缸对应的连杆轴承温度，再根据曲轴相位信号向右移动60个脉冲，即获得第5缸对应的连杆轴承温度。同样按发火顺序分别获得3、4、2、6缸的连杆轴承温度如图3所示。
设各缸连杆轴承温度为ti(i＝1，2，3，……，n)，i表示缸号数，
则各缸连杆轴承的温差为：
其中，表示温度均值。
检测和计算完毕后，测试记录会自动保存在温度检测仪中。按下温度检测仪上“缸号“键，通过“上翻”、“下翻”键就可以在液晶屏上显示不同缸的连杆轴承温度。当需要上传数据时，按检测仪上“上传”键，可以将记录的各缸连杆温度传输到上位机保存，并进行趋势分析。
综上所述，本实施例利用无线远距离红外测温传感器，根据不同气缸的连杆轴承有固定的运动规律和相位差的特点，就可以获得各缸连杆轴承的金属温度，结构简单、操作方便，非常实用。
本实施例直接测取连杆轴承的金属温度，不会受到曲轴箱油污浓度因素的影响，更直接可靠。只需要在曲轴箱内部的两端各安装1个红外测温传感器，利用曲轴相位信号和上止点信号来识别各缸的连杆轴承温度，就可以测取所有缸的连杆轴承温度，结构简单。测试时只需要用温度检测仪上的“上翻”键和“下翻”键输入柴油机的缸数、缸号和发火顺序，就可以获得各缸连杆轴承的温度和温差，操作非常方便。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。
另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (8)
1.一种柴油机连杆轴承温度监测装置，其特征在于，包括：
温度检测仪，所述温度检测仪的第一端连接红外测温传感器，所述温度检测仪的第二端连接曲轴相位传感器，所述温度检测仪的第三端连接凸轮轴上止点传感器，
所述红外测温传感器设置于柴油机曲轴箱内部，以向所述温度检测仪传输温度信号，
所述曲轴相位传感器设置于柴油机飞轮的一侧，以向所述温度检测仪传输曲轴相位信号，
所述凸轮轴上止点传感器设置于凸轮轴上止点磁钢的一侧，以向所述温度检测仪传输凸轮轴上止点信号，
所述温度检测仪与上位机连接，以将所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析和计算结果传输至所述上位机。
2.如权利要求1所述的柴油机连杆轴承温度监测装置，其特征在于，所述温度检测仪包括：
温度检测仪壳体；
开关，其位于所述温度检测仪壳体一侧侧壁；
显示屏，其位于所述温度检测仪壳体上，以显示待检测柴油机的缸数、冲程数、发火顺序、缸号、连杆轴承温度和连杆轴承温差；
若干个调节按钮，其分别间隔设置于所述温度检测仪壳体上，以对柴油机的所述缸数、所述冲程数、所述发火顺序和所述缸号进行参数的设置。
3.如权利要求2所述的柴油机连杆轴承温度监测装置，其特征在于，所述红外测温传感器包括：第一红外测温传感器和第二红外测温传感器，所述第一红外测温传感器和所述第二红外测温传感器分别对应设置在柴油机曲轴箱内部的两侧。
4.如权利要求1所述的柴油机连杆轴承温度监测装置，其特征在于，所述温度检测仪上设有USB通信接口，所述温度检测仪通过所述USB通信接口与所述上位机连接。
5.一种柴油机连杆轴承温度监测方法，其特征在于，采用如权利要求1-4任一所述的一种柴油机连杆轴承温度监测装置监测，该监测方法包括：
步骤S1：打开所述温度检测仪的开关，在所述温度检测仪中对所述柴油机的缸数、冲程数、发火顺序和缸号进行参数的设置或修改；
步骤S2：待柴油机运行转速稳定后，按下所述温度检测仪上的“检测”按钮，进行所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的数据采集；
步骤S3：所述温度检测仪对得到的所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号进行分析和计算，得到所述柴油机若干个气缸连杆轴承的温度；
步骤S4：在所述温度检测仪上显示所述温度，并将所述温度以及所述温度信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析和计算结果传输至所述上位机。
6.如权利要求5所述的柴油机连杆轴承温度监测方法，其特征在于，在所述步骤S3中所述分析包括：
步骤S301：假设一初始时间，并确定所述发火顺序下每一所述气缸的连杆轴承到达上止点位置的时间；
步骤S302：根据所述凸轮轴上止点信号和所述步骤S301中确定的所述时间，获得所述发火顺序中第一个所述气缸连杆轴承的温度；
步骤S303：根据第一个所述气缸连杆轴承的温度和所述曲轴相位信号，依次获得若干个所述气缸连杆轴承的温度。
7.如权利要求6所述的柴油机连杆轴承温度监测方法，其特征在于，在所述步骤S301中，所述气缸的连杆轴承在上止点位置的时间通过所述发火顺序计算获得。
8.如权利要求6所述的柴油机连杆轴承温度监测方法，其特征在于，还包括：步骤S5：所述上位机根据得到的所述连杆轴承温度、连杆轴承温差信号、所述曲轴相位信号和所述凸轮轴上止点信号的分析结果，对所述柴油机若干个所述气缸连杆轴承的温度进行趋势分析。
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