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摘要:振動(dòng)速度頻譜在設(shè)備振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷中應(yīng)用很多。某柴油機(jī)低速時(shí)A1缸附近存在強(qiáng)烈敲擊聲。通過(guò)對(duì)柴油機(jī)缸蓋和高壓油管的異常高頻沖擊加速度信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和分析，準(zhǔn)確判斷出故障原因是供油不良導(dǎo)致敲缸，更換噴油器后敲缸現(xiàn)象消失。

關(guān)鍵詞:柴油機(jī);振動(dòng);故障診斷;沖擊;敲缸

在對(duì)艦船設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí)，常常將設(shè)備按照運(yùn)轉(zhuǎn)方式分為回轉(zhuǎn)設(shè)備和往復(fù)設(shè)備2大類(lèi)，它們的振動(dòng)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)和故障診斷方法明顯不同。回轉(zhuǎn)設(shè)備振動(dòng)信號(hào)頻譜簡(jiǎn)單，不同故障時(shí)頻譜相差明顯，多數(shù)情況下對(duì)振動(dòng)速度的頻譜和時(shí)間信號(hào)進(jìn)行分析可以準(zhǔn)確判斷故障。但是往復(fù)設(shè)備特別是柴油機(jī)振動(dòng)故障診斷復(fù)雜得多，這是因?yàn)椴裼蜋C(jī)振動(dòng)激勵(lì)源多，振動(dòng)信號(hào)成分復(fù)雜。柴油機(jī)振動(dòng)的中低頻信號(hào)(1kHz以下)主要來(lái)源于汽缸壓力的周期性變化、運(yùn)動(dòng)部件的慣性力和不平衡力，其振動(dòng)頻率成分主要是單缸發(fā)火頻率及其高次諧頻，是相對(duì)穩(wěn)定的振動(dòng)信號(hào)。而其高頻信號(hào)主要來(lái)源于各種沖擊，例如燃燒沖擊、氣閥敲擊、齒輪嚙合等，沖擊激發(fā)零部件的固有頻率振動(dòng)，頻率高達(dá)數(shù)千赫茲或者數(shù)萬(wàn)赫茲，持續(xù)時(shí)間短。根據(jù)波動(dòng)理論，高頻沖擊信號(hào)在結(jié)構(gòu)中以波動(dòng)形式傳播，隨著距離的增加，信號(hào)衰減很快。這使得異常的高頻沖擊信號(hào)對(duì)于故障定位很有意義，振源一定在高頻信號(hào)最強(qiáng)烈的測(cè)點(diǎn)附近。在振動(dòng)位移、速度和加速度信號(hào)中，加速度信號(hào)更能突出高頻信號(hào)，因此，高頻沖擊加速度信號(hào)是柴油機(jī)振動(dòng)故障診斷的一個(gè)重要參數(shù)。但是柴油機(jī)高頻沖擊加速度信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍大，頻帶寬，因此對(duì)信號(hào)的采集頻率范圍敏感，對(duì)測(cè)點(diǎn)位置敏感，這需要監(jiān)測(cè)人員有豐富的經(jīng)驗(yàn)，合理選擇測(cè)點(diǎn)和設(shè)置測(cè)量參數(shù)。

某艦主機(jī)是4沖程廢氣渦輪增壓柴油機(jī)，額定轉(zhuǎn)速1000r/min。監(jiān)測(cè)發(fā)現(xiàn)1臺(tái)主機(jī)在較低轉(zhuǎn)速時(shí)(小于或者等于600r/min)A1汽缸附近存在強(qiáng)烈的敲擊聲，但是爆壓正常，排氣溫度正常。為了判斷敲擊聲的來(lái)源，對(duì)該主機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷。

1信號(hào)采集與分析

測(cè)量該主機(jī)各缸蓋垂向和橫向的振動(dòng)信號(hào)。測(cè)量A1缸蓋以外的其它缸蓋是為了類(lèi)比分析。同時(shí)測(cè)量振動(dòng)加速度、速度和位移的時(shí)間和頻譜信號(hào)，首次測(cè)量參數(shù)如下:振動(dòng)加速度時(shí)間信號(hào)濾波頻率1Hz～10kHz，加速度頻譜濾波頻率2Hz～12．8kHz，速度時(shí)間信號(hào)濾波頻率2Hz～1kHz，速度頻譜濾波頻率2Hz～1．6kHz，位移時(shí)間信號(hào)濾波頻率2Hz～1kHz，位移頻譜濾波頻率2Hz～800Hz。這樣的采集參數(shù)設(shè)置在多數(shù)情況下是合適的，既能分析判斷故障，又能合理控制數(shù)據(jù)量。但是，采用該設(shè)置測(cè)量柴油機(jī)缸蓋振動(dòng)后，發(fā)現(xiàn)故障汽缸振動(dòng)信號(hào)與其它汽缸差別不明顯。無(wú)法判斷故障的原因和部位。敲擊應(yīng)該能激發(fā)出缸蓋或者機(jī)體的高頻固有頻率振動(dòng)，高頻沖擊加速度應(yīng)該有明顯的不同。

為此，調(diào)整加速度時(shí)間信號(hào)的采樣頻率和濾波頻率重新測(cè)量，加速度時(shí)間信號(hào)采樣頻率131072Hz，濾波頻率10Hz～40kHz，此時(shí)A1缸蓋振動(dòng)加速度存在明顯不同于其它缸蓋的強(qiáng)烈的高頻沖擊。調(diào)整參數(shù)后，測(cè)量得到的A1缸蓋和A2缸蓋橫向高頻加速度時(shí)間波形，A1缸蓋高頻沖擊加速度明顯強(qiáng)烈得多，而且峰值不穩(wěn)定。而A2缸蓋高頻沖擊加速度峰值小得多，進(jìn)排氣閥敲擊信號(hào)與燃燒沖擊相差不大。根據(jù)高頻加速度信號(hào)的區(qū)別，可以判斷A1缸蓋振動(dòng)存在問(wèn)題，而高頻振動(dòng)在結(jié)構(gòu)中衰減很快，因此，振源一定在缸蓋附近，燃燒沖擊或者是氣閥敲擊是最可能的原因。

2故障診斷由于沒(méi)有相位信號(hào)，不好判斷異常是燃燒造成的，還是氣閥沖擊造成的。為此，進(jìn)行單缸斷油試驗(yàn)，A1缸單缸斷油后的振動(dòng)加速度信號(hào)，最大沖擊加速度明顯下降，因此燃燒是異常振動(dòng)的主要激勵(lì)源，異響就是敲缸。但是敲缸可能是燃油霧化不良、供油定時(shí)不對(duì)、進(jìn)氣不足或者是活塞環(huán)損壞，需要進(jìn)一步判斷故障原因。檢查發(fā)現(xiàn)原來(lái)的噴油器啟噴壓力低，導(dǎo)致噴油提前。這一故障診斷過(guò)程中，首先根據(jù)A1缸高頻加速度的異常判斷出振源在缸蓋附近，根據(jù)單缸斷油后的監(jiān)測(cè)結(jié)果判斷出異常燃燒是故障源，再根據(jù)高壓油管的沖擊脈沖異常判斷出是供油問(wèn)題。合理選擇監(jiān)測(cè)量標(biāo)和數(shù)據(jù)采集參數(shù)，逐漸縮小范圍，快速確定了故障原因和部位。根據(jù)振動(dòng)監(jiān)測(cè)結(jié)果進(jìn)行有針對(duì)性的維修工作，縮短了檢修的時(shí)間，提高了維修工作的效率。

3結(jié)束語(yǔ)

1)由于柴油機(jī)自身振動(dòng)信號(hào)復(fù)雜，激勵(lì)源多，在對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí)，不能簡(jiǎn)單的以振動(dòng)烈度值和振動(dòng)速度頻譜判斷設(shè)備狀態(tài)和診斷故障。高頻沖擊信號(hào)在結(jié)構(gòu)中衰減快，高頻沖擊信號(hào)較大的點(diǎn)離振源近，對(duì)故障定位意義更大。

2)高壓油管的高頻沖擊信號(hào)能夠反映供油問(wèn)題，在對(duì)柴油機(jī)進(jìn)行振動(dòng)監(jiān)測(cè)與故障診斷時(shí)應(yīng)該引起關(guān)注。

3)由于高頻加速度信號(hào)對(duì)測(cè)點(diǎn)位置敏感，對(duì)測(cè)量頻率范圍敏感，需要合理選擇測(cè)點(diǎn)和測(cè)量參數(shù)才能準(zhǔn)確判斷故障。

參考文獻(xiàn)

［1］趙慧敏．柴油機(jī)非穩(wěn)態(tài)振動(dòng)信號(hào)分析與智能故障診斷研究［D］．天津:天津大學(xué)，2010．

［2］CyrilM．Harris．AllanG．Piersol．沖擊與振動(dòng)手冊(cè)［M］．劉樹(shù)林，王金東，李鳳明，等譯．北京:中國(guó)石化出版社，2008．

作者：作者：高洪濱1，孫斌1，胡義國(guó)2 單位：1．92601部隊(duì)，2．91526部隊(duì)