CN118010365A - 一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法，包括震动频率检测模块、共振匹配模块、改进模块，所述震动频率检测模块用于检测引擎的震动频率和散热管道的固有频率，所述共振匹配模块用于对引擎和散热管道产生的共振强度进行检测，所述改进模块用于对散热管道的管壁进行厚度的改变以及对关键位置设计支撑结构，所述震动频率检测模块包括引擎检测计算模块、固有频率计算模块、震动频率传感器、数据传输模块，所述引擎检测计算模块与数据传输模块电连接，所述引擎检测计算模块与震动频率传感器电连接，所述数据传输模块与引擎检测计算模块和固有频率计算模块均电连接；本发明，具有针对性强的特点。
Description
技术领域
本发明涉及震动检测技术领域，具体为一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法。
背景技术
内燃机内散热管道随引擎运行产生的共振现象会导致散热管道内部产生振动，并且会增加管道内的摩擦和阻力，进而影响冷却液在管道内的流动速度和流动均匀性，原因是当内燃机引擎产生的振动频率接近散热管道的固有频率。
现有的解决方法除了增加支撑结构外，是在散热管道的关键位置通过增厚管壁来降低固有频率，但内燃机引擎的每个部分由于制造过程中存在微小的技术差异或者工艺不同，导致固有频率会有所不同，因此如果采用统一设计的散热管道会导致有些过厚的管壁会增加成本和重量，或者过薄导致固有频率达不到标准，过多的支撑结构也会导致增加结构的成本和复杂度，在一些高精度要求的内燃机中不适用。因此，设计针对性强的一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法是很有必要的。
发明内容
本发明的目的在于提供一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种内燃机散热震动匹配检测系统，包括震动频率检测模块、共振匹配模块、改进模块，所述震动频率检测模块用于检测引擎的震动频率和散热管道的固有频率，所述共振匹配模块用于对引擎和散热管道产生的共振强度进行检测，所述改进模块用于对散热管道的管壁进行厚度的改变以及对关键位置设计支撑结构。
根据上述技术方案，所述震动频率检测模块包括引擎检测计算模块、固有频率计算模块、震动频率传感器、数据传输模块，所述引擎检测计算模块与数据传输模块电连接，所述引擎检测计算模块与震动频率传感器电连接，所述数据传输模块与引擎检测计算模块和固有频率计算模块均电连接；所述引擎检测计算模块负责监测引擎工作时的震动情况，收集并保存震动数据，以确定引擎的震动频率，所述固有频率计算模块用于计算散热管道需要具有的固有频率，即散热管道在受到外部激励作用时的自然振动频率，所述震动频率传感器用于检测引擎在工作时产生的震动频率信号，所述数据传输模块用于在各个模块之间传输震动频率数据；
所述共振匹配模块包括震动强度传感器、阈值判断模块，所述震动强度传感器与数据传输模块电连接，所述数据传输模块与阈值判断模块电连接，所述震动强度传感器用于检测引擎工作时在散热管道处产生的共振强度，所述阈值判断模块用于判断检测位置的共振强度大小是否超过设定标准；
所述改进模块包括管道壁厚计算模块、修正模块、管道建模模块、支撑结构设定模块，所述管道壁厚计算模块与数据传输模块和固有频率计算模块均电连接，所述阈值判断模块与管道壁厚计算模块和数据传输模块均电连接，所述修正模块与管道建模模块和支撑结构设定模块均电连接；所述管道壁厚计算模块用于根据散热管道当前位置具有的固有频率对壁厚进行计算，所述修正模块用于在优化测试时对管道壁厚进行修正，所述管道建模模块用于根据管道壁厚数据生成管道三维建模指导生产，所述支撑结构设定模块用于在管道壁厚提升至极限值仍无法解决共振问题时对此位置设定支撑结构。
根据上述技术方案，该检测系统的工作方法包括：
S1、内燃机引擎组装好后，在引擎处装配标准尺寸的散热管道，在内燃机引擎的各个散热管道排布的部位放置震动频率传感器；
S2、启动内燃机引擎并使其在额定功率持续运行，利用震动频率传感器测量各个位置的震动频率；
S3、根据测量的震动频率数据得出散热管道各个部位应该具备的固有频率，并根据固有频率设计散热管道管壁的厚度和设计出支撑结构的位置，加工出样品并替换装配原来标准尺寸的散热管道；
S4、在散热管道处排布多个震动强度传感器，再次启动内燃机引擎，测量散热管道的多个位置在内燃机工作时产生共振的强度；
S5、根据测量的共振强度来对散热管道各个位置的管壁厚度进行优化并对加工出的样品进行改进后再次测试，直到共振强度达到标准。
根据上述技术方案，上述步骤S3中，各个部位应该具备的固有频率的计算方法为：首先测试出当前位置震动频率传感器的数据，记为，与引擎检测计算模块的数据库中此型号的内燃机引擎在当前位置测量的平均数据/>进行对比，得出比例值，再代入数据库中标准尺寸的散热管道在此位置测量出的固有频率/>，得出此位置的散热管道应具有的固有频率/>，具体为：/>。
根据上述技术方案，上述步骤S3中，在得出散热管道应具有的固有频率之后，将其代入固有频率与管道壁厚的函数关系中进行计算，得出管道壁厚的理论值，函数关系为：/>，其中/>为常数，/>为管道材料的弹性模量，/>为管道材料的密度，/>为泊松比，/>为管道的外径，/>为管道的内径，由于其他值均为定值，变化的仅限于管道的内径/>，因此管道壁厚/>与/>呈反比关系，即测定的/>越小，则管道壁厚应越大，但由于管道有实际使用的专门要求，如果计算出的管道壁厚达到了极限值，则不能继续增大壁厚，同理管道壁厚/>也具有一个最小值，当计算出此位置的管道壁厚超过极限值时，在此位置设计支撑结构，并将所有设计支撑结构的位置震动频率数据剔除，重新进行测试和计算。
根据上述技术方案，上述步骤S3中，管道壁厚的具体计算方法为：，/>为当前位置的管道壁厚达到极限值时所对应的固有频率，/>为当前位置的管道壁厚达到最小值时所对应的固有频率，/>为管道壁厚的极限值，/>为管道壁厚的最小值。
根据上述技术方案，上述步骤S5中，散热管道各个位置的管壁厚度优化的具体方法为：
S5-1、首次测量共振强度时，选出所有超出共振强度标准的测量位置，并选择管壁厚度最小的位置，增大此位置的管壁厚度，建模并改进出新的样品；
S5-2、接下来每次测量共振强度时，收集测量出的共振强度数据，如果发现此位置检测出的共振强度数据有所减小，那么重新设计时此位置的管壁厚度不变，如果发现此位置检测出的共振强度数据没有变化，那么重新设计时增大此位置的管壁厚度。
根据上述技术方案，上述步骤S5中，重新设计得出的管壁厚度的计算公式为：
当时，/>；
当时，/>；
其中为上次改进后得出的重设管壁厚度，/>为此次改进时测得的共振强度，/>为上次改进时测得的共振强度，/>为共振强度本身在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数，/>为共振强度变化趋势在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数。
与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明，通过在内燃机引擎投入使用前对其进行关于散热管道震动频率的个性化测试，首先测试内燃机引擎的震动频率，再根据测量的震动频率针对性设计散热管道，基本确定适合的散热管道固有频率以及管道壁厚，再次测试时直接测量是否产生过大的共振，并针对实际结果进行多次改良，充分考虑到了内燃机引擎在制造过程中存在微小的技术差异或者工艺不同，从而进行针对性设计和震动匹配的检测，同时也对支撑结构的排布进行专门设计，避免单一散热管道型号带来的管壁过厚的问题。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1，本发明提供技术方案：一种内燃机散热震动匹配检测系统及方法，包括震动频率检测模块、共振匹配模块、改进模块，震动频率检测模块用于检测引擎的震动频率和散热管道的固有频率，共振匹配模块用于对引擎和散热管道产生的共振强度进行检测，改进模块用于对散热管道的管壁进行厚度的改变以及对关键位置设计支撑结构；
震动频率检测模块包括引擎检测计算模块、固有频率计算模块、震动频率传感器、数据传输模块，引擎检测计算模块与数据传输模块电连接，引擎检测计算模块与震动频率传感器电连接，数据传输模块与引擎检测计算模块和固有频率计算模块均电连接；引擎检测计算模块负责监测引擎工作时的震动情况，收集并保存震动数据，以确定引擎的震动频率，固有频率计算模块用于计算散热管道需要具有的固有频率，即散热管道在受到外部激励作用时的自然振动频率，震动频率传感器用于检测引擎在工作时产生的震动频率信号，数据传输模块用于在各个模块之间传输震动频率数据；
共振匹配模块包括震动强度传感器、阈值判断模块，震动强度传感器与数据传输模块电连接，数据传输模块与阈值判断模块电连接，震动强度传感器用于检测引擎工作时在散热管道处产生的共振强度，阈值判断模块用于判断检测位置的共振强度大小是否超过设定标准；
改进模块包括管道壁厚计算模块、修正模块、管道建模模块、支撑结构设定模块，管道壁厚计算模块与数据传输模块和固有频率计算模块均电连接，阈值判断模块与管道壁厚计算模块和数据传输模块均电连接，修正模块与管道建模模块和支撑结构设定模块均电连接；管道壁厚计算模块用于根据散热管道当前位置具有的固有频率对壁厚进行计算，修正模块用于在优化测试时对管道壁厚进行修正，管道建模模块用于根据管道壁厚数据生成管道三维建模指导生产，支撑结构设定模块用于在管道壁厚提升至极限值仍无法解决共振问题时对此位置设定支撑结构；
该检测系统的工作方法包括：
S1、内燃机引擎组装好后，在引擎处装配标准尺寸的散热管道，在内燃机引擎的各个散热管道排布的部位放置震动频率传感器；
S2、启动内燃机引擎并使其在额定功率持续运行，利用震动频率传感器测量各个位置的震动频率；
S3、根据测量的震动频率数据得出散热管道各个部位应该具备的固有频率，并根据固有频率设计散热管道管壁的厚度和设计出支撑结构的位置，加工出样品并替换装配原来标准尺寸的散热管道；
S4、在散热管道处排布多个震动强度传感器，再次启动内燃机引擎，测量散热管道的多个位置在内燃机工作时产生共振的强度；
S5、根据测量的共振强度来对散热管道各个位置的管壁厚度进行优化并对加工出的样品进行改进后再次测试，直到共振强度达到标准；
上述步骤S3中，各个部位应该具备的固有频率的计算方法为：首先测试出当前位置震动频率传感器的数据，记为，与引擎检测计算模块的数据库中此型号的内燃机引擎在当前位置测量的平均数据/>进行对比，得出比例值，再代入数据库中标准尺寸的散热管道在此位置测量出的固有频率/>，得出此位置的散热管道应具有的固有频率/>，具体为：；
上述步骤S3中，在得出散热管道应具有的固有频率之后，将其代入固有频率与管道壁厚的函数关系中进行计算，得出管道壁厚的理论值，函数关系为：，其中/>为常数，/>为管道材料的弹性模量，/>为管道材料的密度，/>为泊松比，/>为管道的外径，/>为管道的内径，由于其他值均为定值，变化的仅限于管道的内径/>，因此管道壁厚/>与/>呈反比关系，即测定的/>越小，则管道壁厚应越大，但由于管道有实际使用的专门要求，如果计算出的管道壁厚达到了极限值，则不能继续增大壁厚，同理管道壁厚/>也具有一个最小值，当计算出此位置的管道壁厚超过极限值时，在此位置设计支撑结构，并将所有设计支撑结构的位置震动频率数据剔除，重新进行测试和计算；
上述步骤S3中，管道壁厚的具体计算方法为：，/>为当前位置的管道壁厚达到极限值时所对应的固有频率，/>为当前位置的管道壁厚达到最小值时所对应的固有频率，/>为管道壁厚的极限值，/>为管道壁厚的最小值；
上述步骤S5中，散热管道各个位置的管壁厚度优化的具体方法为：
S5-1、首次测量共振强度时，选出所有超出共振强度标准的测量位置，并选择管壁厚度最小的位置，增大此位置的管壁厚度，建模并改进出新的样品；
S5-2、接下来每次测量共振强度时，收集测量出的共振强度数据，如果发现此位置检测出的共振强度数据有所减小，那么重新设计时此位置的管壁厚度不变，如果发现此位置检测出的共振强度数据没有变化，那么重新设计时增大此位置的管壁厚度；
上述步骤S5中，重新设计得出的管壁厚度的计算公式为：
当时，/>；
当时，/>；
其中为上次改进后得出的重设管壁厚度，/>为此次改进时测得的共振强度，/>为上次改进时测得的共振强度，/>为共振强度本身在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数，/>为共振强度变化趋势在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数。
由于散热管道在内燃机引擎处的共振现象产生的原因十分复杂，如果在后一次测试中共振强度减小可能不是这个位置此次管壁厚度增大的结果，因此倾向于不改变此位置的管壁厚度，只改变管壁最薄的共振检测位置处的管壁厚度，此种改进方法只会做出最小的改变幅度，不至于造成过量改动，导致其他大部分位置的管壁过厚的问题。
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。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：包括震动频率检测模块、共振匹配模块、改进模块，所述震动频率检测模块用于检测引擎的震动频率和散热管道的固有频率，所述共振匹配模块用于对引擎和散热管道产生的共振强度进行检测，所述改进模块用于对散热管道的管壁进行厚度的改变以及对关键位置设计支撑结构。
2.根据权利要求1所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：所述震动频率检测模块包括引擎检测计算模块、固有频率计算模块、震动频率传感器、数据传输模块，所述引擎检测计算模块与数据传输模块电连接，所述引擎检测计算模块与震动频率传感器电连接，所述数据传输模块与引擎检测计算模块和固有频率计算模块均电连接；所述引擎检测计算模块负责监测引擎工作时的震动情况，收集并保存震动数据，以确定引擎的震动频率，所述固有频率计算模块用于计算散热管道需要具有的固有频率，即散热管道在受到外部激励作用时的自然振动频率，所述震动频率传感器用于检测引擎在工作时产生的震动频率信号，所述数据传输模块用于在各个模块之间传输震动频率数据；
所述共振匹配模块包括震动强度传感器、阈值判断模块，所述震动强度传感器与数据传输模块电连接，所述数据传输模块与阈值判断模块电连接，所述震动强度传感器用于检测引擎工作时在散热管道处产生的共振强度，所述阈值判断模块用于判断检测位置的共振强度大小是否超过设定标准；
所述改进模块包括管道壁厚计算模块、修正模块、管道建模模块、支撑结构设定模块，所述管道壁厚计算模块与数据传输模块和固有频率计算模块均电连接，所述阈值判断模块与管道壁厚计算模块和数据传输模块均电连接，所述修正模块与管道建模模块和支撑结构设定模块均电连接；所述管道壁厚计算模块用于根据散热管道当前位置具有的固有频率对壁厚进行计算，所述修正模块用于在优化测试时对管道壁厚进行修正，所述管道建模模块用于根据管道壁厚数据生成管道三维建模指导生产，所述支撑结构设定模块用于在管道壁厚提升至极限值仍无法解决共振问题时对此位置设定支撑结构。
3.根据权利要求2所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：该检测系统的工作方法包括：
S1、内燃机引擎组装好后，在引擎处装配标准尺寸的散热管道，在内燃机引擎的各个散热管道排布的部位放置震动频率传感器；
S2、启动内燃机引擎并使其在额定功率持续运行，利用震动频率传感器测量各个位置的震动频率；
S3、根据测量的震动频率数据得出散热管道各个部位应该具备的固有频率，并根据固有频率设计散热管道管壁的厚度和设计出支撑结构的位置，加工出样品并替换装配原来标准尺寸的散热管道；
S4、在散热管道处排布多个震动强度传感器，再次启动内燃机引擎，测量散热管道的多个位置在内燃机工作时产生共振的强度；
S5、根据测量的共振强度来对散热管道各个位置的管壁厚度进行优化并对加工出的样品进行改进后再次测试，直到共振强度达到标准。
4.根据权利要求3所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：上述步骤S3中，各个部位应该具备的固有频率的计算方法为：首先测试出当前位置震动频率传感器的数据，记为，与引擎检测计算模块的数据库中此型号的内燃机引擎在当前位置测量的平均数据/>进行对比，得出比例值，再代入数据库中标准尺寸的散热管道在此位置测量出的固有频率/>，得出此位置的散热管道应具有的固有频率/>，具体为：/>。
5.根据权利要求4所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：上述步骤S3中，在得出散热管道应具有的固有频率之后，将其代入固有频率与管道壁厚的函数关系中进行计算，得出管道壁厚的理论值，函数关系为：/>，其中/>为常数，/>为管道材料的弹性模量，/>为管道材料的密度，/>为泊松比，/>为管道的外径，/>为管道的内径，当计算出此位置的管道壁厚超过极限值时，在此位置设计支撑结构，并将所有设计支撑结构的位置震动频率数据剔除，重新进行测试和计算。
6.根据权利要求5所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：上述步骤S3中，管道壁厚的具体计算方法为：/>，/>为当前位置的管道壁厚达到极限值时所对应的固有频率，/>为当前位置的管道壁厚达到最小值时所对应的固有频率，/>为管道壁厚的极限值，/>为管道壁厚的最小值。
7.根据权利要求6所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：上述步骤S5中，散热管道各个位置的管壁厚度优化的具体方法为：
S5-1、首次测量共振强度时，选出所有超出共振强度标准的测量位置，并选择管壁厚度最小的位置，增大此位置的管壁厚度，建模并改进出新的样品；
S5-2、接下来每次测量共振强度时，收集测量出的共振强度数据，如果发现此位置检测出的共振强度数据有所减小，那么重新设计时此位置的管壁厚度不变，如果发现此位置检测出的共振强度数据没有变化，那么重新设计时增大此位置的管壁厚度。
8.根据权利要求7所述的一种内燃机散热震动匹配检测系统，其特征在于：上述步骤S5中，重新设计得出的管壁厚度的计算公式为：
当时，/>；
当时，/>；
其中为上次改进后得出的重设管壁厚度，/>为此次改进时测得的共振强度，为上次改进时测得的共振强度，/>为共振强度本身在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数，/>为共振强度变化趋势在重设管壁厚度计算时的考虑权重参数。
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