摘 要

对柴油机进行状态监测和故障诊断对提高柴油机动力装置的安全性和可靠性具有十分重要的意义。本文研究了基于柴油机瞬时转速的故障诊断技术，由于柴油机曲轴的瞬时转速包含了很多有关气缸压力的信息，因此利用这些信息可以诊断柴油机燃烧和气缸压力方面的故障，例如燃油泄漏，气阀漏气等。用LabVIEW软件编写的瞬时转速故障诊断虚拟仪器，对柴油机飞轮端进行瞬时转速实测信号的分析处理，提取柴油机的瞬时转速，用波形分析法选取了一个用于柴油机故障诊断的特征参数。实验结果表明利用这个故障特征参数能够比较准确地判断柴油机是否发生故障并定位故障气缸。该技术具有经济性好、操作简便、适合长期在线测量等优点，能够对各气缸实时的工作状态进行监测，所以利用柴油机瞬时转速法来诊断故障是值得研究的。

关键词：柴油机；故障诊断；瞬时转速；特征参数；虚拟仪器

Abstract

Condition monitoring and fault diagnosis of diesel engine is of great significance for improve the security reliability of diesel engine power plant. This paper mainly focuses on developing fault diagnosis technology of diesel engines under instantaneous speed. One may find a lot of information about gas pressure in cylinders from the instantaneous speed of a diesel engine, which can be really helpful for diagnosing combustion-related faults and other faults concerning gas pressure, like fuel leakage in fuel system or valve leakage, etc. This paper uses LabVIEW to write a program for fault diagnosis of diesel engines by establishing a virtual instrument, which can conduct analytic processing for tested signals of diesel engine flywheel end under instantaneous speed, obtain the instantaneous speed of diesel engine and select a characteristic parameter for fault diagnosis of diesel engine by using wave analytical method. The experiment result shows that one may make precise fault diagnosis and position the broken cylinders by virtue of this fault feature parameter. This technology is under low costs, easy to operate and applies to long-term online measurement. Moreover, this technology can conduct real-time monitoring on the working status of each cylinder. As a result, making fault diagnosis by using instantaneous speed of diesel engines is worth researching.

Key Words：diesel engine；fault diagnosis；instantaneous speed；feature parameter; virtual instrument.

目 录

第1章 绪论 1

1.1 选题背景及意义 1

1.2 国内外研究现状 1

1.3 课题主要研究内容 3

第2章 瞬时转速的测量 4

2.1 测量转速的方法 4

2.1.1 光电法测转速原理 4

2.1.2 磁电法测转速原理 4

2.2 上止点信号的获取 6

2.3 瞬时转速信号的提取原理 6

2.4 影响瞬时转速测量的因素 7

第3章 瞬时转速虚拟仪器的设计 10

3.1 虚拟仪器概述 10

3.2 数据采集模块 10

3.3 瞬时转速提取模块 13

第4章 特征参数的提取和故障模拟 18

4.1 特征参数的提取 18

4.2 故障模拟实验 19

第5章 总结与展望 25

5.1总结 25

5.2展望 25

参考文献 27

致谢 29

第1章 绪论

1.1选题背景及意义

柴油机应用广泛，在工业、农业、军事以及交通运输等各个领域均处在相对核心的位置。作为重要的往复式动力机械, 柴油机运行状态的好坏越来越受到人们的重视。柴油机的各零部件多且相互关联、运动形式多样、工作环境恶劣，并且柴油机的发展方向是高转速和高功率，这些特点使得柴油机发生故障的可能性越来越大。而柴油机运行状态的好坏直接关乎整个系统的工作效率，一旦柴油机发生故障，造成的损失是不可估量的。因此我们需要提高柴油机的安全性和可靠性，对柴油机进行状态监测和故障诊断以确保系统能够正常的运行, 且使其处于最佳工作状态, 对于提高设备的生产效率具有重要意义。

现代柴油机状态监测和故障诊断技术发展较快，目前常用的有诊断方法主要有基于机体表面振动分析法、曲轴瞬时转速波动法、油液分析法、性能参数法等等 ^[1] 。每一种方法都各有利弊，选择一个合适的监测和故障诊断方法对于柴油机的稳定运行有着很大的帮助。合适的状态监测和故障诊断方法应该经济、便捷、可靠且可以长期在线测试。柴油机曲轴的瞬时转速波动可以反映柴油机各缸的气缸压力情况，瞬时转速的波动直接反映了作用在曲轴上总动力矩的变化，而作用在曲轴上的动力矩受到各气缸压力波动的影响，因此利用柴油机瞬时转速法诊断有关气缸压力方面的故障是值得研究的。

传统的柴油机工作状态监测和故障诊断是通过各类专用的传统仪器来测试实现的，传统测试仪器上的参数修改不方便，数据显示不够直观、灵活度不高。随着虚拟仪器技术的迅速成长，利用NI公司的LabVIEW软件提供的图形化编程环境，我们可以快速灵活地开发出所需要的状态监测和故障诊断测试仪，此方法有着简单、高效、可靠所需硬件少及建立系统快等优点。

1.2国内外研究现状