康明斯廠家簡述柴油發(fā)電機(jī)氣缸蓋表面振動的影響

康明斯廠家對柴油發(fā)電機(jī)氣門容易發(fā)生故障的主要原因進(jìn)行了分析，從研究氣門沖擊氣缸蓋的振動響應(yīng)特性和傳遞特性出發(fā)，簡述利用氣缸蓋表面振動信號檢測和診斷柴油發(fā)電機(jī)排氣門故障的途徑。氣缸蓋表面振動是柴油發(fā)電機(jī)缸內(nèi)各種激勵(lì)力沖擊的綜合響應(yīng)，建立了氣缸蓋振動系統(tǒng)的多輸入單輸出線性模型，通過傅氏變換得出了激勵(lì)的傳遞函數(shù)，說明利用氣缸蓋表面振動信息來檢測缸內(nèi)的工作情況是可以實(shí)現(xiàn)的。
在柴油發(fā)電機(jī)不斷開啟和關(guān)閉的工作過程中，排氣門承受著高溫和高速沖擊的雙重負(fù)荷作用，使得排氣門是柴油發(fā)電機(jī)最容易發(fā)生故障的零部件之一，容易因?yàn)闊g而出現(xiàn)漏氣現(xiàn)象，導(dǎo)致排氣溫度提高、功率下降。因此，對柴油發(fā)電機(jī)氣門早期故障診斷技術(shù)的研究，是一項(xiàng)有意義的課題。近幾十年來，很多人研究了利用性能參數(shù)檢測柴油發(fā)電機(jī)排氣門故障的方法。從文獻(xiàn)報(bào)道來看，利用溫度、壓力等參數(shù)檢測柴油發(fā)電機(jī)故障費(fèi)用高，傳感器安裝復(fù)雜，也不易實(shí)現(xiàn)早期輕微程度的故障檢測。
一、柴油發(fā)電機(jī)氣門容易發(fā)生故障的原因分析
柴油發(fā)電機(jī)配氣機(jī)構(gòu)中的氣門，分為進(jìn)氣門和排氣門，用來封閉進(jìn)排氣道，由于氣門工作時(shí)承受的溫度很高，進(jìn)氣門達(dá)300～400℃，排氣門高達(dá)780～980℃，且散熱潤滑困難，同時(shí)，由于現(xiàn)代高速柴油發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速很高，以上海桑塔納2000型轎車的ajr電控柴油發(fā)電機(jī)為例，最大輸出功率時(shí)的轉(zhuǎn)速為5200r/min，根據(jù)四沖程柴油發(fā)電機(jī)的工作原理，柴油發(fā)電機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的進(jìn)排氣門需要每分鐘各開啟關(guān)閉一次，即每分鐘開啟關(guān)閉2600次，而進(jìn)排氣門作的是直線往復(fù)運(yùn)動，因此，氣門受到的沖擊力很大，這就要求氣門材料必須在較輕的重量下有足夠的強(qiáng)度、剛度和導(dǎo)熱能力，能耐高溫和耐磨損。
二、氣缸蓋系統(tǒng)激勵(lì)源的分析和簡化
氣缸蓋結(jié)構(gòu)是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)械系統(tǒng)，其內(nèi)部有無規(guī)則形狀的冷卻水套，并在垂直和橫向分別與氣缸體和進(jìn)排氣管相連。
氣缸蓋系統(tǒng)受到如下激勵(lì)力作用：
（1）燃燒室氣體壓力;
（2）氣門落座沖擊力;
（3）活塞不平衡往復(fù)慣性力和其它不平衡力矩;
（4）各種隨機(jī)激勵(lì)。
同時(shí)，氣缸內(nèi)高溫氣流引起的沖擊熱應(yīng)力，活塞橫向運(yùn)動敲擊缸套也會影響氣缸蓋的振動。整個(gè)氣缸蓋的振動主要由氣缸蓋本身的局部彎曲、扭轉(zhuǎn)振動與其整體的垂直振動疊加而成。尤其是氣缸蓋的邊界條件，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)阻尼等因素的影響很復(fù)雜，在理論上用積分方程描述及求解是非常困難的，簡單而有效的方法是用實(shí)驗(yàn)分析方法。為了使問題簡化又不失其主要特性，簡化得到的結(jié)果與實(shí)際情況相符或在允許的誤差范圍內(nèi)，首先對所研究的系統(tǒng)作以下假設(shè)：
（1）氣缸蓋系統(tǒng)是一個(gè)線性且時(shí)不變的系統(tǒng)；
（2）各個(gè)激勵(lì)之間是線性無關(guān)的
在假設(shè)成立的基礎(chǔ)上，建立了氣缸蓋系統(tǒng)的多輸入單輸出模型。
三、結(jié)論
1、氣缸蓋表面振動是柴油發(fā)電機(jī)缸內(nèi)各種激勵(lì)力沖擊的綜合響應(yīng)。不僅反映了氣門落座、氣缸內(nèi)爆壓沖擊產(chǎn)生的缸蓋彎曲、扭轉(zhuǎn)振動，而且說明不平衡慣性力和柴油發(fā)電機(jī)上各種隨機(jī)激勵(lì)對氣缸蓋的振動均有較大的影響。
2、氣缸蓋上的響應(yīng)是由一系列瞬態(tài)響應(yīng)疊加而成，每個(gè)激勵(lì)力所引起的響應(yīng)的頻率特性是不同的。氣門落座響應(yīng)和漏氣的能量主要在高頻，缸內(nèi)爆壓和排氣門開啟的響應(yīng)主要峰值在低頻。
3、通過測試方法可以分離各激勵(lì)力并得到這些激勵(lì)力各自的傳遞函數(shù)，這就是說利用氣缸蓋表面振動信息來檢測缸內(nèi)的工作情況是可以實(shí)現(xiàn)的。無疑，這種方法對于利用聲振信號診斷氣門故障是很有意義的。


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