CN117662295A - 一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 - Google Patents
一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117662295A CN117662295A CN202211011958.1A CN202211011958A CN117662295A CN 117662295 A CN117662295 A CN 117662295A CN 202211011958 A CN202211011958 A CN 202211011958A CN 117662295 A CN117662295 A CN 117662295A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- signal
- internal combustion
- vibration
- combustion engine
- acceleration signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 238000002485 combustion reaction Methods 0.000 title claims abstract description 56
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 36
- 238000005452 bending Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 238000009659 non-destructive testing Methods 0.000 title abstract description 8
- 230000001133 acceleration Effects 0.000 claims abstract description 77
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 9
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 claims description 9
- 238000000354 decomposition reaction Methods 0.000 claims description 9
- 238000001914 filtration Methods 0.000 claims description 4
- 239000000470 constituent Substances 0.000 claims description 3
- 238000001514 detection method Methods 0.000 claims 2
- 230000001066 destructive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000007689 inspection Methods 0.000 claims 1
- 230000002452 interceptive effect Effects 0.000 claims 1
- 238000011156 evaluation Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 4
- 238000012360 testing method Methods 0.000 abstract description 2
- 239000000306 component Substances 0.000 description 7
- 238000005070 sampling Methods 0.000 description 6
- 238000009434 installation Methods 0.000 description 4
- 230000010354 integration Effects 0.000 description 4
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 2
- 230000003321 amplification Effects 0.000 description 1
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 239000002131 composite material Substances 0.000 description 1
- 239000008358 core component Substances 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009776 industrial production Methods 0.000 description 1
- 238000003199 nucleic acid amplification method Methods 0.000 description 1
- 238000006467 substitution reaction Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T90/00—Enabling technologies or technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Testing Of Devices, Machine Parts, Or Other Structures Thereof (AREA)
Abstract
本发明涉及一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法，属于信号处理与测试评估技术领域。通过获取内燃机振动加速度信号和飞轮齿轮径向位移信号；对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；基于所述飞轮齿轮径向位移信号，计算得到内燃机每个工作周期内飞轮盘径向位移峰峰值；基于所述均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值在两个内燃机工作周期的变化趋势判断内燃机曲轴是否发生弯曲。实现了内燃机运行过程中曲轴弯曲的实时监测与评估。该方法具有很高的实际应用价值。
Description
技术领域
本发明属于信号处理与测试评估技术领域，尤其涉及一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法。
背景技术
曲轴是活塞式内燃机的核心部件之一，它不仅把活塞的往复直线运动转化为旋转运动输出扭矩，而且也是衡量内燃机可靠性和使用寿命的重要标志。目前，内燃机曲轴弯曲监测主要在内燃机静止条件下进行，因为内燃机在运行时，空间条件受限无法安装测量台。因此在工业生产领域并未得到广泛应用。
发明内容
鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法，利用加速度信号以及分轮盘径向位移信号与曲轴弯曲激励特征的对应关系，判断内燃机曲轴是否弯曲，实现内燃机运行过程中曲轴弯曲的实时监测与评估。
具体包括如下步骤：
获取内燃机振动加速度信号和飞轮齿轮径向位移信号；
对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；
基于所述飞轮齿轮径向位移信号，计算得到内燃机每个工作周期内飞轮盘径向位移峰峰值；
基于所述均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值在两个内燃机工作周期的变化趋势判断内燃机曲轴是否发生弯曲。
进一步的，所述对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值，包括：
利用低通滤波器过滤掉所述振动加速度信号中的高频干扰信号得到预处理后的振动加速度信号；
利用经验模态分解EMD方法去掉所述预处理后的振动加速度信号中的低频干扰信号，将分解所得前m阶分量相加，合成无干扰加速度信号，其中，m表示IMF分量数；
对所述无干扰加速度信号进行一次积分得到所述振动速度信号；
计算一个工作周期内所有所述振动速度信号中前n个值的均方根值作为所述内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值。
进一步的，所述低通滤波器的截止频率为2KHz。
进一步的，所述前m阶分量中的m值通过所述无干扰加速度信号与所述预处理后的振动加速度信号的相关系数确定，m取相关系数不小于0.9时的最小值。
进一步的，所述相关系数计算公式由下式表示：
其中，x和分别代表所述预处理后的加速度信号和其对应的平均值，y和/>分别代表所述无干扰加速度信号和其对应的平均值，i表示信号的序号，k表示任意一组波形所有组成点的个数。
进一步的，对所述无干扰加速度信号进行一次积分得到所述振动速度信号包括：先通过最小二乘法去除所述无干扰加速度信号零点漂移误差，再进行一次积分得到所述振动速度信号。
进一步的，所述对所述新的无干扰加速度信号进行一个工作周期的积分得到所述振动速度信号。
进一步的，所述n值通过所述振动速度方差确定，n取方差最小时对应的最小值，方差计算公式如下式表示：
其中，vi表示第i个所述振动速度，μ表示i个所述振动速度的平均值。
进一步的，基于在内燃机表面安装的振动加速度传感器获取内燃机振动加速度信号，所述传感器在内燃机表面的安装位置需要靠近固定中间惰轮轴端环的紧固螺栓。
进一步的，基于在飞轮壳体上安装电涡流位移传感器获取飞轮齿轮径向位移信号。
本发明至少可以实现下述之一的有益效果：
1、通过加速度信号以及分轮盘径向位移信号与曲轴弯曲激励特征的对应关系，判断内燃机曲轴是否弯曲，实现内燃机运行过程中曲轴弯曲的实时监测与评估。
2、通过安装在内燃机表面的振动加速度传感器获取内燃机振动加速度信号，和飞轮壳体上安装电涡流位移传感器获取飞轮齿轮径向位移信号，加速度传感器和电涡流位移传感器价格便宜，安装使用灵活，工业化应用程度高，因此，通过加速度信号及飞轮盘径向位移信号来反映内燃机曲轴弯曲程度具有很高的实际应用价值。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可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说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。
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为本发明内燃机曲轴弯曲无损检测方法流程图；
图2为本发明实施例2经验模态分解图；
图3为本发明实施例2合成的无干扰加速度振动信号图；
图4为本发明实施例2原始振动信号和去趋势信号图；
图5为本发明实施例2振动速度均方根值变化图；
图6为本发明实施例2飞轮盘径向位移波形图。
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，并非用于限定本发明的范围。
实施例1
本发明的一个具体实施例，公开了一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法，具体包括如下步骤：
步骤S1：获取内燃机振动加速度信号和飞轮齿轮径向位移信号；
实施时，可通过如下方式获取内燃机振动加速度信号和飞轮齿轮径向位移信号：
在内燃机表面安装振动加速度传感器，安装位置需要靠近固定中间惰轮轴端环的紧固螺栓；在飞轮壳体上安装电涡流位移传感器。
利用振动加速度传感器获取振动加速度信号，利用电涡流位移传感器获取飞轮齿轮径向位移信号。
优选的，上述振动加速度传感器和电涡流位移传感器的采样频率均选用25600Hz。
步骤S2：对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；
具体的，步骤S2具体包括如下步骤：
步骤S21、利用低通滤波器过滤掉振动加速度信号中的高频干扰信号得到预处理后的振动加速度信号。
优选的，低通滤波器的截止频率为2Kkz。
步骤S22：利用经验模态分解EMD方法去掉预处理后的振动加速度信号中的低频干扰信号，将分解所得前m阶分量相加，合成无干扰加速度信号，其中，m表示IMF分量数；
具体的，EMD的过程可用下式表示：
式中：rm为残余函数，表示原始信号的平均趋势，IMFi表示本征模函数。
步骤S23：计算上述预处理后的振动加速度信号和无干扰加速度信号的相关系数，由下式表示：
其中，x和分别代表预处理后的加速度信号和其对应的平均值，y和/>分别代表无干扰加速度信号和其对应的平均值，i表示信号的序号，k表示任意一组波形所有组成点的个数；
其中，k的取值与采样频率和采样时间有关，本实施例中采样频率为25600Hz，示例性的，取0.01s作为一组波形，则k＝25600*0.01＝256。
步骤S24：根据步骤S23确定m值的大小，m取相关系数不小于0.9时的最小值；
具体的，依次取m＝1，2，3…j(j为正整数)，计算 然后针对该无干扰加速度信号y(t)以及其对应的预处理后的振动加速度信号计算相关系数，当相关系数大于等于0.9时，此时的m值能使得相关系数为不小于0.9时的最小值，该m值即为确定的m值。
步骤S25：对上述无干扰加速度信号进行一次积分得到所述振动速度信号；
具体的，通过最小二乘法去除无干扰加速度信号零点漂移误差，再进行一次积分得到振动速度信号，积分时间范围是内燃机一个工作周期，由下式表示：
vt＝v0-a0t+∫atdt (1)
vt＝∫atdt (2)
其中，vt为实际速度值，v0为原始速度值，a0为加速度信号零点漂移误差。t为积分时间；式(1)说明了误差的来源，式(2)代表去除零点漂移误差之后的结果。
步骤S26：计算一个工作周期内所有振动速度信号中前n个值的均方根值作为内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；
具体的，n取方差最小时对应的最小值，方差计算公式如下式表示：
所有振动信号中前n个值的均方根值表示为：
其中，vi表示第i个振动速度，μ表示i个振动速度的平均值。
步骤S3：基于飞轮齿轮径向位移信号计算飞轮盘径向位移峰峰值。
实施时，根据飞轮齿轮径向位移信号随时间的变化曲线，计算一个周期内径向位移信号最大值与最小值的差值作为该周期飞轮盘径向位移峰峰值。
步骤S4：根据振动速度信号均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值在两个内燃机工作周期的变化趋势判断内燃机曲轴是否发生弯曲，当两个工作周期内振动速度信号均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值都增大超过阈值时，判断内燃机曲轴发生弯曲。
优选的，一个工作周期内前n个振动速度信号的均方根值，与上一周期的均方根值相比，15％为增大幅度的阈值；一个工作周期内径向位移的峰峰值，与上一周期的峰峰值相比，5％为增大幅度的阈值。
实施例2
本发明的另一个具体实施例，公开了一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法，具体包括如下步骤：
步骤S210：在某16缸船用内燃机表面安装振动加速度传感器，安装位置需要靠近固定中间惰轮轴端环的紧固螺栓；在飞轮壳体上安装电涡流位移传感器。利用振动加速度传感器获取振动加速度信号，利用电涡流位移传感器获取飞轮齿轮径向位移信号。上述振动加速度传感器和电涡流位移传感器的采样频率均选用25600Hz。
步骤S220：对振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；
具体的，步骤S220具体包括如下步骤：
步骤S221：利用低通滤波器过滤掉振动加速度信号中的高频干扰信号得到预处理后的振动加速度信号。低通滤波器的截止频率为2Kkz。
步骤S222：利用经验模态分解EMD方法去掉所述预处理后的振动加速度信号中的低频干扰信号，将分解所得前m阶分量相加，合成无干扰加速度信号，其中，m表示IMF分量数，EMD的过程同实施例1中的步骤S22；
图2表示了预处理后的振动加速度信号用EMD方法的分解结果；
图3表示了合成的无干扰加速度振动信号。
步骤S223：计算上述预处理后的振动加速度信号和无干扰加速度信号的相关系数，计算方法同实施例1的步骤S23。
步骤S224：根据步骤S223确定m值的大小，m取相关系数不小于0.9时的最小值，计算方法同实施例1的步骤S24。
步骤S225：通过最小二乘法去除所述无干扰加速度信号零点漂移误差，再进行一次积分得到振动速度信号，积分时间范围是内燃机一个工作周期，计算方法同实施例1的步骤S25；
图4表示了原始振动信号和去趋势信号(防止零点漂移)
步骤S226：计算一个工作周期内所有所述振动速度信号中前n个值的均方根值作为所述内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值，计算方法同实施例1的步骤S8；
图5展示了多个振动速度均方根值变化趋势，其中前若干周期的均方根值稳定在5.2mm/s-5.5mm/s之间，然后发生了明显的变化，均方根值在两个周期内由5.3mm/s增大到6.9mm/s,增幅为30.2％。
步骤S230：基于飞轮齿轮径向位移信号计算飞轮盘径向位移峰峰值；
图6展示了两个工作周期的飞轮盘径向位移波形图，峰峰值由176.4um(97.9-(-78.5))变化到199.7um(101.6-(-98.1))，增幅为13.2％。
步骤S240：根据振动速度信号均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值在两个内燃机工作周期的变化趋势,两个工作周期内振动速度信号均方根值的增幅30.2％超过阈值15％，径向位移的峰峰值增幅13.2％超过阈值5％，判断内燃机曲轴已发生弯曲。
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 (10)
1.一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法，其特征在于，包括：
获取内燃机振动加速度信号和飞轮齿轮径向位移信号；
对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值；
基于所述飞轮齿轮径向位移信号，计算得到内燃机每个工作周期内飞轮盘径向位移峰峰值；
基于所述均方根值和飞轮盘径向位移峰峰值在两个内燃机工作周期的变化趋势判断内燃机曲轴是否发生弯曲。
2.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于,所述对所述振动加速度信号进行处理，得到内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值，包括：
利用低通滤波器过滤掉所述振动加速度信号中的高频干扰信号得到预处理后的振动加速度信号；
利用经验模态分解EMD方法去掉所述预处理后的振动加速度信号中的低频干扰信号，将分解所得前m阶分量相加，合成无干扰加速度信号，其中，m表示IMF分量数；
对所述无干扰加速度信号进行一次积分得到所述振动速度信号；
计算一个工作周期内所有所述振动速度信号中前n个值的均方根值作为所述内燃机每个工作周期内振动速度信号的均方根值。
3.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于,所述低通滤波器的截止频率为2KHz。
4.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述前m阶分量中的m值通过所述无干扰加速度信号与所述预处理后的振动加速度信号的相关系数确定，m取相关系数不小于0.9时的最小值。
5.根据权利要求4所述的检测方法，其特征在于，所述相关系数计算公式由下式表示：
其中，x和分别代表所述预处理后的加速度信号和其对应的平均值，y和/>分别代表所述无干扰加速度信号和其对应的平均值，i表示信号的序号，k表示任意一组波形所有组成点的个数。
6.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，对所述无干扰加速度信号进行一次积分得到所述振动速度信号包括：先通过最小二乘法去除所述无干扰加速度信号零点漂移误差，再进行一次积分得到所述振动速度信号。
7.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述对所述新的无干扰加速度信号进行一个工作周期的积分得到所述振动速度信号。
8.根据权利要求2所述的检测方法，其特征在于，所述n值通过所述振动速度方差确定，n取方差最小时对应的最小值，方差计算公式如下式表示：
其中，vi表示第i个所述振动速度，μ表示i个所述振动速度的平均值。
9.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，基于在内燃机表面安装的振动加速度传感器获取内燃机振动加速度信号，所述传感器在内燃机表面的安装位置需要靠近固定中间惰轮轴端环的紧固螺栓。
10.根据权利要求1所述的检测方法，其特征在于，基于在飞轮壳体上安装电涡流位移传感器获取飞轮齿轮径向位移信号。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211011958.1A CN117662295A (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202211011958.1A CN117662295A (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117662295A true CN117662295A (zh) | 2024-03-08 |
Family
ID=90079252
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202211011958.1A Pending CN117662295A (zh) | 2022-08-23 | 2022-08-23 | 一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117662295A (zh) |
-
2022
- 2022-08-23 CN CN202211011958.1A patent/CN117662295A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US5200899A (en) | Method and system for detecting the misfire of an internal combustion engine utilizing angular velocity fluctuations | |
| US5646340A (en) | Analytical tachometers | |
| CN103354879B (zh) | 用于车辆驱动系中的扭振减振器的诊断方法 | |
| US9588015B2 (en) | Diagnostic method and diagnostic device for a slide bearing | |
| US5278760A (en) | Method and system for detecting the misfire of an internal combustion engine utilizing engine torque nonuniformity | |
| US5239473A (en) | Method and system for detecting the misfire of an internal combustion engine utilizing angular velocity fluctuations | |
| US4525781A (en) | Method of determining fluctuations in indicated mean effective pressure of engine and apparatus therefor | |
| JP3445783B2 (ja) | 内燃機関のシリンダ内の圧力を表す関連変数を決定する方法 | |
| US6314802B1 (en) | Optimal engine speed compensation method used in misfire detection | |
| CN102735394B (zh) | 内燃机用爆震传感器 | |
| JP2005188297A (ja) | ノッキング検知装置 | |
| JP2017214862A (ja) | ディーゼルエンジンのすべり軸受の診断装置 | |
| Ribbens et al. | Onboard diagnosis of engine misfires | |
| Bulatović et al. | Measurement and analysis of angular velocity variations of twelve-cylinder diesel engine crankshaft | |
| CN110567727B (zh) | 一种基于振动加速度信号的柴油机输出功率评估方法 | |
| CN117662295A (zh) | 一种内燃机曲轴弯曲无损检测方法 | |
| CN112668419B (zh) | 一种基于振动信号的发动机排放物预测方法 | |
| KR102119872B1 (ko) | 단기통 4행정 엔진의 실화 진단 방법 및 시스템 | |
| JP4531304B2 (ja) | オートテンショナの振動測定方法 | |
| KR20210005823A (ko) | 비틀림진동 신호를 이용한 왕복동 내연기관의 착화실패 실린더 검출 방법 및 그 장치 | |
| Wilhelm et al. | Structure vibration excitation by timing geat impacts | |
| US6185995B1 (en) | Method and system for determining proper assembly of engine components | |
| Daws | Assessment of the impact of camshaft machining inputs on valve train sound quality using vibration analysis. | |
| Ribbens | Experimental road test of a noncontacting method of measuring IC engine torque nonuniformity | |
| Albarbar et al. | Lubricating oil condition monitoring using vibration and air-borne acoustic measurements |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |