1、蘭州交通大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘要柴油機(jī)作為一種大型動(dòng)力機(jī)械，其運(yùn)行狀態(tài)非常復(fù)雜，當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)可能發(fā)生許多故障，所以需要實(shí)時(shí)監(jiān)測其工作情況，確保柴油機(jī)安全正常運(yùn)行。本文通過對16V240柴油機(jī)工作時(shí)產(chǎn)生的故障進(jìn)行詳細(xì)了解，以其曲軸故障為研究重點(diǎn)，兼顧其他故障（如氣缸和活塞故障）對柴油機(jī)的故障診斷系統(tǒng)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。當(dāng)柴油機(jī)工作時(shí)以其產(chǎn)生的聲波為分析對象，選擇CHZ-211型駐極體電容傳聲器接收聲波信號，用YG-201前置放大器和PM20B信號調(diào)理器對采集的信號放大和初步濾波，然后把整理過的信號用PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡進(jìn)行采集和存儲，采集到的信號輸入計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)運(yùn)用小波分析對信號進(jìn)行特征提取，

2、最后通過BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)對特征量進(jìn)行訓(xùn)練和判斷，確定柴油機(jī)是否發(fā)生故障。關(guān)鍵詞：柴油機(jī)，聲波，故障診斷，傳感器AbstractAs a large diesel powered machinery, the operating state of diesel engine is very complicated, there are many failures when diesel engine operating, so the need for real-time monitoring of their work to ensure diesel engine operating norma

3、lly and safely.This thesis based on a detailed understanding to the failure of the 16V240 diesel engine work produced, designed the diesel engine fault diagnosis system with a focus on its crankshaft failure, taking into account other faults (such as cylinder and piston failure) . The sound waves ge

4、nerated by the analysis of its object when the diesel engine operating, select the CHZ-211-type electret condenser microphone to receive acoustic signals, the signal collected is amplification and initial filtering with a YG-201 pre-amplifier and signal conditioner PM20B, then collected and stored t

5、he finishing off the signals with data acquisition card PCI-6251, collected signal into the computer, the computer analyzes the signal using wavelet feature extraction, and finally by the amount of BP neural network is trained on the characteristics and judge, to determine whether the occurrence of

6、diesel engine Failure.Keywords：Diesel engine，Acoustic，Diagnosis，Sensors2目錄第1章 緒論····································

7、3;··························11.1 選題背景及研究目的·····················&#

8、183;·····························11.1.1 選題背景··················

9、83;·······································11.1.2 研究目的和研究內(nèi)容········

10、;········································11.2 柴油機(jī)故障診斷的意義·······&#

11、183;·········································21.3 柴油機(jī)故障診斷的現(xiàn)狀和發(fā)展·····&#

12、183;·····································31.3.1 國內(nèi)外故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀·········

13、;·····························31.3.2 國內(nèi)外故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢·················&#

14、183;····················5第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)簡介···························&

15、#183;·······················72.1 柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案·······················

16、;················72.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案·······························

17、3;······················72.2.2 柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)························

18、3;···················8第3章 曲軸的故障分析····························

19、3;·······················103.1 曲軸的構(gòu)造和受力························&#

20、183;···························103.1.1 曲軸的構(gòu)造····················&

21、#183;··································103.1.2 曲軸的受力·············

22、··········································123.2 曲軸主要故障分析·····

23、3;··············································14第4章 傳感器選型··

24、;··················································

25、;····184.1 聲波理論············································&

26、#183;···············184.1.1 聲波常用物理量·······························

27、3;···················184.1.2 聲波在空氣中的傳播特點(diǎn)···························

28、83;···············204.1.3 聲音診斷方法································&

29、#183;····················244.2 傳感器···························

30、3;··································264.2.1 傳感器定義及分類·············

31、····································264.2.2 聲敏傳感器原理及特性···········

32、··································294.3 聲傳感器的選擇··············

33、;········································324.3.1 傳感器的選擇原則·······&

34、#183;·········································324.3.2 傳感器選擇······

35、·················································33第5章

36、傳感器的布置和固定················································375

37、.1 傳聲器布置················································

38、3;·········375.2 傳聲器的固定······································

39、3;·················38第6章 數(shù)據(jù)處理和故障診斷······························&

40、#183;··················406.1 數(shù)據(jù)處理方法·····························&

41、#183;··························406.1.1 信號時(shí)域分析·····················

42、;································406.1.2 信號幅值域分析···············&#

43、183;···································406.1.3 信號頻域分析············

44、·········································406.1.4 信號時(shí)頻分析······

45、3;··············································406.2 故障診斷方法·

46、3;·················································

47、3;····436.2.1 柴油機(jī)的主要故障監(jiān)測方法·········································436.2.2

48、柴油機(jī)的主要故障診斷方法·········································446.2.3 BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)····

49、3;·················································

50、3;45結(jié) 論·················································

51、;··················47致 謝·······························

52、····································48參考文獻(xiàn)·············

53、··················································

54、··4949第1章 緒論1.1 選題背景及研究目的1.1.1 選題背景隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的迅速發(fā)展，現(xiàn)代化設(shè)備所引起的故障或事故所帶來的損失不斷增加，設(shè)備的故障診斷和維修越來越成為一個(gè)突出的問題。人們對機(jī)械設(shè)備的穩(wěn)定性、安全性、可靠性、可用性、可維修性、經(jīng)濟(jì)性等提出了越來越高的要求，現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)中的設(shè)備系統(tǒng)也比以前更注重其效率和能耗，且環(huán)保要求也越來越高。因此，怎樣在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，借助或依靠先進(jìn)的傳感器技術(shù)、動(dòng)態(tài)監(jiān)測技術(shù)以及計(jì)算機(jī)信息處理技術(shù)，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，分析設(shè)備中異常的部位和現(xiàn)象，并預(yù)測故障可能的發(fā)展和設(shè)備未來的發(fā)展趨勢是目前亟待解決的問題。柴油機(jī)

55、廣泛運(yùn)用于鐵路牽引、油田鉆井、動(dòng)力發(fā)電、礦山機(jī)械、工程機(jī)械、船舶運(yùn)輸?shù)阮I(lǐng)域，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞直接影響到整個(gè)機(jī)車的工作狀態(tài)。目前，柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)已經(jīng)成為現(xiàn)代柴油機(jī)視情維修管理的一種主要手段，因此，對其狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)控和對其故障進(jìn)行自診斷，提早發(fā)現(xiàn)和預(yù)告設(shè)備的故障，確保系統(tǒng)安全正常運(yùn)行，時(shí)時(shí)處于最佳運(yùn)行工況，提高設(shè)備的修理質(zhì)量和效率是十分必要的。1.1.2 研究目的和研究內(nèi)容（1） 研究目的柴油機(jī)是一個(gè)大型動(dòng)力機(jī)械，其運(yùn)行狀態(tài)復(fù)雜，故障源多發(fā)，如果發(fā)生小故障不及時(shí)排除，就會演變?yōu)閲?yán)重的機(jī)械故障，最終導(dǎo)致柴油機(jī)發(fā)生損壞，造成安全事故，輕則損壞柴油機(jī)及柴油機(jī)重要配件，致使產(chǎn)生大量經(jīng)濟(jì)損失，重則發(fā)生安全事故

56、，機(jī)毀人亡，所以對柴油機(jī)的故障監(jiān)測和檢測是非常必要的，也是不能缺少和忽視的。本論文通過討論對柴油機(jī)的故障進(jìn)行監(jiān)測和簡單診斷，利用柴油機(jī)在運(yùn)行過程中的聲波變化，對柴油機(jī)是否發(fā)生故障進(jìn)行判斷，以達(dá)到對柴油機(jī)的運(yùn)行狀況的實(shí)時(shí)了解，以便產(chǎn)生問題或發(fā)生故障時(shí)能夠及時(shí)排除，做到安全運(yùn)行和生產(chǎn)，不造成嚴(yán)重的機(jī)械事故和人員傷亡，盡量排除或減少損失。（2） 研究內(nèi)容課題以柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對象，研究如何實(shí)時(shí)在線監(jiān)測其運(yùn)行狀態(tài)，以及如何實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)故障診斷分析和處理的問題。課題所要解決的問題有柴油機(jī)的故障類型分析及優(yōu)化，故障信號的獲取以及柴油發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷等。柴油機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的往復(fù)式機(jī)械系統(tǒng)，其故障十分

57、復(fù)雜，表現(xiàn)為不確定性、多維性，同樣的故障可能有幾個(gè)因素造成。目前柴油機(jī)的故障診斷技術(shù)是比較成熟的技術(shù)，因此本課題重點(diǎn)不是研究柴油機(jī)故障，而是利用傳感器技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)等，測量柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)的故障特征參數(shù)。然后利用這些特征參數(shù)，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)故障診斷、分析處理和顯示報(bào)警。同時(shí)根據(jù)柴油機(jī)各個(gè)系統(tǒng)的特性，本文從柴油機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理入手，通過柴油機(jī)的各主要組成系統(tǒng)(如燃油系統(tǒng)、進(jìn)排氣系統(tǒng)、潤滑油系統(tǒng)等)對柴油機(jī)工作狀態(tài)的影響，利用傳感器技術(shù)，來獲取柴油機(jī)故障信息，實(shí)時(shí)在線顯示設(shè)備運(yùn)行的即時(shí)狀態(tài)并報(bào)警，提示故障原因和發(fā)生故障的部位；預(yù)測可能發(fā)生的故障，提高柴油機(jī)車運(yùn)行的可靠性和安全性。柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故

58、障診斷系統(tǒng)包括傳感器監(jiān)測到的數(shù)據(jù)用PCI-6251數(shù)據(jù)采集卡來完成數(shù)據(jù)采集、存儲和預(yù)處理。然后采用計(jì)算機(jī)來進(jìn)行系統(tǒng)運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷。課題根據(jù)柴油機(jī)工作特點(diǎn)和故障特征，利用駐極體電容傳聲器對柴油機(jī)氣缸和曲軸產(chǎn)生的聲音變化進(jìn)行監(jiān)測，繪制出其聲音變化的波形，通過獲取波形上的特征量，并結(jié)合頻率、聲強(qiáng)和聲壓等傳感器信號來分析柴油機(jī)工作狀況，同時(shí)通過這些信號作為系統(tǒng)故障診斷分析的特征參量，實(shí)現(xiàn)柴油機(jī)不解體實(shí)時(shí)在線動(dòng)態(tài)監(jiān)測、故障診斷與分析。本文重點(diǎn)對柴油機(jī)的曲軸故障進(jìn)行了監(jiān)測，傳感器的選擇、布置和固定都以曲軸為重點(diǎn)考慮對象，兼顧整個(gè)柴油機(jī)的運(yùn)行狀況。1.2 柴油機(jī)故障診斷的意義隨著當(dāng)今社會工業(yè)化水平的

59、迅猛發(fā)展，柴油機(jī)作為最常用的動(dòng)力機(jī)械設(shè)備，廣泛應(yīng)用于鐵路牽引、石油礦場、固定發(fā)電、工程機(jī)械及特種船舶等領(lǐng)域，日益朝著大型化、高速化、精密化方向發(fā)展，工作性能不斷改善，自動(dòng)化程度越來越高。一方面它將大大提高勞動(dòng)生產(chǎn)率，提高產(chǎn)品質(zhì)量，降低生產(chǎn)成本和能耗；但另一方面，帶來的問題是，一旦其中某一部分或某一環(huán)節(jié)發(fā)生故障，往往會造成停工停產(chǎn)，直接或間接造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，甚至造成關(guān)鍵設(shè)備損壞，危及人身安全。柴油機(jī)作為動(dòng)力機(jī)械，其運(yùn)行狀態(tài)的好壞，直接影響到成套設(shè)備的工作狀態(tài)，對其進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷，確保設(shè)備處于最佳運(yùn)行狀態(tài)，提高設(shè)備維修質(zhì)量和效率是十分必要的。并且開展柴油發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷技術(shù)的研究，能幫助

60、我們發(fā)現(xiàn)故障，防止事故發(fā)生。具體表現(xiàn)在：1、提高經(jīng)濟(jì)效益和社會效益，這是市場經(jīng)濟(jì)條件下用戶追求的根本目標(biāo)。故障診斷的目的就是更準(zhǔn)確、更及時(shí)地發(fā)現(xiàn)故障，延長零部件的使用壽命。同時(shí)延長監(jiān)測周期，提高檢修的精度和速度，降低了維修費(fèi)用，獲得了最佳經(jīng)濟(jì)效益。另外，它還可以改善柴油機(jī)燃燒狀態(tài)，降低油耗，節(jié)約成本。2、監(jiān)控系統(tǒng)可預(yù)防機(jī)械設(shè)備運(yùn)行事故，保證柴油機(jī)始終在最佳狀態(tài)運(yùn)行和人身安全。利用診斷技術(shù)可提高柴油機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)經(jīng)濟(jì)性、可靠性，防止突發(fā)性事故。同時(shí)通過監(jiān)控系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)節(jié)或人力調(diào)節(jié)，保證柴油機(jī)在各種工況下均能以最佳狀態(tài)運(yùn)轉(zhuǎn)。3、為柴油機(jī)車的故障檢修做準(zhǔn)備，為合理制定柴油機(jī)車的檢修周期提供依據(jù)(其監(jiān)

61、測數(shù)據(jù)可作為每臺柴油機(jī)車的技術(shù)資料保存)，從而制定機(jī)車的檢修計(jì)劃，使機(jī)車的檢修工作更科學(xué)合理。4、提高機(jī)車質(zhì)量，降低檢修費(fèi)用和駕駛員的勞動(dòng)強(qiáng)度，避免不必要的拆卸和維修。5、利用柴油機(jī)監(jiān)控系統(tǒng)的自動(dòng)工作特點(diǎn)，可連續(xù)或定期地對柴油機(jī)各參數(shù)進(jìn)行自動(dòng)監(jiān)測、處理、打印和報(bào)警。6、推動(dòng)設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展。柴油機(jī)屬于機(jī)械設(shè)備，有著機(jī)械設(shè)備故障診斷的共性。但和其它設(shè)備相比，既有旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，又有往復(fù)運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)部件多，工作復(fù)雜。因此通過對柴油機(jī)故障診斷技術(shù)的研究，可以對故障診斷技術(shù)的發(fā)展起到極大的推動(dòng)作用。1.3 柴油機(jī)故障診斷的現(xiàn)狀和發(fā)展1.3.1 國內(nèi)外故障診斷技術(shù)的研究現(xiàn)狀設(shè)備診斷技術(shù)是近40年來發(fā)展起來

62、的一門新學(xué)科。它是適應(yīng)工程實(shí)際需要而形成的各學(xué)科交叉的綜合性學(xué)科。設(shè)備診斷的歷史和人類對設(shè)備的維修方式緊緊相聯(lián)。在工業(yè)革命后的相當(dāng)長時(shí)間內(nèi)，由于當(dāng)時(shí)的生產(chǎn)規(guī)模，設(shè)備的技術(shù)水平和復(fù)雜程度都較低，設(shè)備的利用率和維修費(fèi)用沒有引起人們的重視，人類對設(shè)備的維修方式基本上是事后維修，即設(shè)備運(yùn)行出現(xiàn)問題之后進(jìn)行故障分析與維護(hù)。進(jìn)入20世紀(jì)以后，由于大生產(chǎn)的發(fā)展，尤其是流水線生產(chǎn)方式的出現(xiàn)，設(shè)備本身技術(shù)水平和復(fù)雜度大大提高，設(shè)備故障對生產(chǎn)影響顯著增加。這樣，出現(xiàn)了定期維修，以便在事故發(fā)生之前進(jìn)行處理。大約在20世紀(jì)60年代，美國軍方意識到定期維修的一系列弊病，開始變定期維修為預(yù)知維修，即在設(shè)備正常運(yùn)行過程中就

63、開始進(jìn)行監(jiān)護(hù)，以發(fā)現(xiàn)潛在的故障原因，及早采取措施，防止突發(fā)性故障的產(chǎn)生。這種主動(dòng)維修方式，不僅大大避免了災(zāi)難性的設(shè)備故障，而且避免了失修和過剩維修，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。這種維修方式很快被其他企業(yè)所效仿，設(shè)備診斷技術(shù)很快發(fā)展起來。從科學(xué)發(fā)展的大環(huán)境來看，設(shè)備診斷技術(shù)的產(chǎn)生也是各學(xué)科交叉發(fā)展規(guī)律的必然。20世紀(jì)40年代以來，人類的生產(chǎn)方式日益向大工業(yè)方向發(fā)展。生產(chǎn)系統(tǒng)的龐大化和復(fù)雜化同時(shí)也暴露出一些問題，即如何避免運(yùn)行中故障的發(fā)生，這就要求有一門相應(yīng)的診斷技術(shù)。同一時(shí)期，電子技術(shù)，尤其是計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，為設(shè)備診斷技術(shù)提供了必要的基礎(chǔ)。20世紀(jì)60年代，快速傅里葉變換的出現(xiàn)，使診斷技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生了飛

64、躍。近年來，傳感器技術(shù)的發(fā)展，信號處理的系列技術(shù)，如各種濾波技術(shù)、各種譜分析技術(shù)，人工智能的系列技術(shù)，如專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等，以及其他技術(shù)在診斷中的應(yīng)用，使設(shè)備診斷技術(shù)逐漸完善。柴油機(jī)故障診斷通常分為機(jī)械故障和性能故障兩大類。相應(yīng)的診斷研究也分為兩類：針對柴油機(jī)的性能故障，主要采用的是性能參數(shù)診斷；針對柴油機(jī)的機(jī)械故障，主要采用油液監(jiān)測技術(shù)和振聲信號分析法。基于性能參數(shù)的柴油機(jī)狀態(tài)監(jiān)測。這種方法是通過測定柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的各種工作參數(shù)(如功率、轉(zhuǎn)速、氣缸壓力、溫度等)與其在正常工作狀態(tài)下的參數(shù)相比較來分析判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的工作狀態(tài)。在這方面，德國、日本和美國等國家的技術(shù)比較先進(jìn)。這些國家的通用機(jī)械故障診斷

65、技術(shù)比較發(fā)達(dá)，如信號處理技術(shù)、測振儀器儀表等。其中日本開發(fā)的一些使用簡單方便的簡易測定診斷儀，如氣缸壓力表、光電轉(zhuǎn)速表、油壓測定儀等。美國在柴油機(jī)上安裝在線監(jiān)測系統(tǒng)，采用不同的傳感器來測量柴油機(jī)的曲軸箱壓力、轉(zhuǎn)速、油溫等參數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)工作狀態(tài)的監(jiān)測。我國近年來也加強(qiáng)了這方面的研究先后研制出了一些柴油機(jī)工況自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)，可對柴油機(jī)的氣缸壓力和轉(zhuǎn)速，各部位的溫度、壓力、液位及各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)進(jìn)行巡回檢測和監(jiān)控。基于油液分析的柴油機(jī)故障診斷。它是隨著摩擦學(xué)的發(fā)展而日益發(fā)展起來的。它是通過分析柴油機(jī)機(jī)油的性能變化和攜帶的磨損微粒的情況，獲得機(jī)器的潤滑和磨損狀態(tài)的信息，評價(jià)機(jī)器的工作狀態(tài)和預(yù)測故障，

66、并確定故障原因、類型及零件的技術(shù)。油液監(jiān)測可以延長設(shè)備的換油期，并通過及時(shí)預(yù)報(bào)潛在的故障避免災(zāi)難性損壞或延長設(shè)備的正常運(yùn)行時(shí)間獲得經(jīng)濟(jì)效益。在這方面，美國、日本、加拿大及歐洲一些國家較早進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用，并積累了豐富的經(jīng)驗(yàn)，也開發(fā)出了比較先進(jìn)的測量和分析設(shè)備，而我國在80年代開始這方面的研究，到現(xiàn)在已經(jīng)進(jìn)入實(shí)用的研究階段。近年來，基于油液分析的柴油機(jī)監(jiān)測方法主要有：油液監(jiān)測的顆粒計(jì)數(shù)法、鐵譜分析技術(shù)、紅外光譜儀等。基于振聲的柴油機(jī)故障診斷。這項(xiàng)技術(shù)始于20世紀(jì)70年代，目前已經(jīng)取得了突破性進(jìn)展，世界航運(yùn)先進(jìn)國家已經(jīng)開始運(yùn)用，一些專家系統(tǒng)也相繼建立。我國從20世紀(jì)80年代開始，一些學(xué)院和研究機(jī)構(gòu)在利

67、用聲振技術(shù)診斷故障方面做了大量的工作，也取得了很多成果，但基本上都還處于實(shí)驗(yàn)室研究階段，雖然研究很快，但距實(shí)際應(yīng)用還有一定距離。1.3.2 國內(nèi)外故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢隨著科學(xué)技術(shù)與生產(chǎn)的發(fā)展，現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備的工作性能越來越好，工作強(qiáng)度越來越大，自動(dòng)化程度和生產(chǎn)效率越來越高。與此同時(shí)，設(shè)備的結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，各部分的關(guān)聯(lián)越來越密切，往往某處稍有故障，就導(dǎo)致輕則停機(jī)，重則機(jī)毀，損失巨大。基于現(xiàn)代數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)更加廣泛和深入的應(yīng)用，故障診斷技術(shù)與當(dāng)前前沿科學(xué)的融合是設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢是傳感器的精密化、多維化、診斷理論診

68、斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化，具體來說主要表現(xiàn)在下述幾個(gè)方面。（1）故障診斷的遠(yuǎn)程化將機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、數(shù)據(jù)庫與決策支持技術(shù)相結(jié)合的遠(yuǎn)程故障診斷技術(shù)，是在大企業(yè)的重要關(guān)鍵設(shè)備上建立狀態(tài)監(jiān)測點(diǎn)，采集設(shè)備狀態(tài)數(shù)據(jù)；在技術(shù)力量較強(qiáng)的科研單位建立診斷中心，對設(shè)備運(yùn)行進(jìn)行分析診斷的一種新技術(shù)。它主要由現(xiàn)場監(jiān)測診斷、網(wǎng)絡(luò)傳輸、遠(yuǎn)程診斷中心三部分組成。遠(yuǎn)程故障診斷與維修具有較高的總體可靠性、先進(jìn)性、良好的可擴(kuò)性和低廉的建設(shè)維護(hù)成本并且遠(yuǎn)程診斷故障診斷技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)資源共享，避免重復(fù)開發(fā)，加強(qiáng)科研和企業(yè)的交流。（2） 故障診斷方法的融合隨著新的信號處理技術(shù)方法在設(shè)備故障診斷領(lǐng)域中的應(yīng)用，傳統(tǒng)

69、的基于快速傅立葉變換的機(jī)械設(shè)備信號分析技術(shù)有了新的突破。如小波技術(shù)與模糊理論、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分型技術(shù)、聚類技術(shù)、灰色理論等各種技術(shù)以不同的方式相結(jié)合，形成了小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、分形神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、演化神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、灰色神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)與神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的結(jié)合等等診斷方法。隨著各種理論的發(fā)展，故障診斷的精確度得到了提高。（3） 與多元傳感器信息的融合 現(xiàn)代化的大生產(chǎn)要求對設(shè)備進(jìn)行全方位、多角度的監(jiān)測與控制，以便對設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)有全面的了解。我們可以采用多個(gè)傳感器同時(shí)對設(shè)備的各個(gè)位置進(jìn)行監(jiān)測，然后利用迅速發(fā)展起來的信息融合技術(shù)對多傳感器的信息進(jìn)行融合，以得到較好的診斷結(jié)果。（4） 虛擬儀器與診斷技術(shù)的結(jié)合虛擬儀器是現(xiàn)代計(jì)算

70、機(jī)技術(shù)和儀器技術(shù)深層次結(jié)合的產(chǎn)物，它是計(jì)算機(jī)硬件資源、儀器與測控系統(tǒng)硬件資源和虛擬儀器軟件資源三者的有效結(jié)合。目前各國已經(jīng)開發(fā)了很多的故障診斷設(shè)備用于故障診斷中，與傳統(tǒng)的故障分析儀相比，虛擬儀器開發(fā)周期短，投入少。傳統(tǒng)的故障分析儀分析功能單一，可移植性和可擴(kuò)展性差，不能方便的升級。但虛擬儀器技術(shù)其源代碼可以模塊化，開發(fā)升級費(fèi)用低，系統(tǒng)可靠性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)。虛擬儀器和診斷技術(shù)的結(jié)合具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益，為故障診斷技術(shù)的發(fā)展提供了良好的平臺。第2章 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)簡介2.1 柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案2.1.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案柴油機(jī)是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，故障激發(fā)源多，熱工參數(shù)量大，內(nèi)在關(guān)系復(fù)雜，且受到機(jī)

71、械運(yùn)行條件和主機(jī)運(yùn)行工況的影響，綜合診斷難度很大。將聲波信號引入到柴油機(jī)的狀態(tài)診斷中具有積極的意義，柴油機(jī)運(yùn)行時(shí)發(fā)出的聲波信號與其運(yùn)行狀態(tài)之間有內(nèi)在聯(lián)系。實(shí)時(shí)采集柴油機(jī)發(fā)出的聲波信號，利用數(shù)字信號處理方法定量地分析其變化規(guī)律和突變特征，是可以診斷出故障或存在隱患的。基于聲波分析的柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)的總體框架圖如圖2-1所示。圖2-1 故障診斷系統(tǒng)總體框圖整個(gè)系統(tǒng)可分為4個(gè)部分：信號采集、特征提取、數(shù)據(jù)傳送和診斷決策。1.信號采集：根據(jù)柴油機(jī)在運(yùn)行過程中發(fā)出的聲音，選擇能表征柴油機(jī)工作狀態(tài)的聲音信號來進(jìn)行監(jiān)測。聲波信號獲取利用電容式駐極體傳感器在柴油機(jī)各部位運(yùn)行聲能量較強(qiáng)區(qū)域進(jìn)行測量，其采集到的

72、信號能夠更好的反應(yīng)柴油機(jī)的運(yùn)行狀況。2.信號處理和分析：將采集到的信號進(jìn)行分類處理、加工獲得能表征柴油機(jī)運(yùn)行特征的過程，即信號消噪和特征提取。首先對采集到的聲波信號濾波，盡可能地消除其噪聲，取得特定頻段的數(shù)據(jù)，然后用信號分析和數(shù)據(jù)處理方法將消噪后的信號轉(zhuǎn)換為能表達(dá)狀態(tài)的特征量，把反映故障的特征信息和與故障無關(guān)的特征信息分離開來，達(dá)到去偽存真的目的。 3.數(shù)據(jù)傳送：將經(jīng)信號處理后獲得的聲波信號的特征參數(shù)傳輸給計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)通過與柴油機(jī)正常運(yùn)行狀況下采集分析的特征數(shù)據(jù)進(jìn)行比較或判別，以診斷其運(yùn)行狀態(tài)是否存在故障，進(jìn)一步確定故障的類型和性質(zhì)等。 4.診斷決策：診斷系統(tǒng)根據(jù)對柴油機(jī)各部位運(yùn)行狀態(tài)的判斷

73、，決定應(yīng)采取的對策和措施，同時(shí)根據(jù)當(dāng)前信號預(yù)測柴油機(jī)運(yùn)行可能發(fā)展的趨勢，進(jìn)行趨勢分析，作出決策。 系統(tǒng)采集到柴油機(jī)各部位運(yùn)行時(shí)的實(shí)時(shí)聲波信號，結(jié)合信號的消噪和特征提取技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)的小波分析和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的判斷可實(shí)現(xiàn)對柴油機(jī)運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測和診斷，確保柴油機(jī)運(yùn)行中產(chǎn)生的故障能夠及時(shí)排除，減少損失，安全運(yùn)行。2.1.2 柴油機(jī)故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì) 柴油機(jī)種類多樣，型號繁多，大、中和小型柴油機(jī)也各有其用途，本文以16V240大型鐵路機(jī)車柴油機(jī)為研究對象，通過對柴油機(jī)的故障了解和分析，運(yùn)用柴油機(jī)在運(yùn)行時(shí)的聲波信號變化進(jìn)行故障監(jiān)測和診斷。16V240柴油機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障源多發(fā)，系統(tǒng)的一個(gè)故障可能由多個(gè)原

74、因引起，而這些原因也常常是交織在一起相互影響的。另一方面，系統(tǒng)的同一個(gè)原因可能由于系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和影響程度不同，可能導(dǎo)致不同的結(jié)果。系統(tǒng)中故障發(fā)生有時(shí)是偶然的，沒有一定的規(guī)律可循，比如油泵壞。系統(tǒng)故障有時(shí)也是必然發(fā)生的，但它們持續(xù)不斷，經(jīng)常發(fā)生，并有一定的規(guī)律可循，比如潤滑油粘度下降，其壓力會降低等。故障的產(chǎn)生與使用條件或柴油機(jī)的工作條件密切相關(guān)。同一系統(tǒng)隨著使用條件或工作條件的不同，系統(tǒng)所產(chǎn)生的故障也不同。例如柴油機(jī)在不同的工作負(fù)荷下，可能出現(xiàn)故障，也可能不出現(xiàn)故障，并且出現(xiàn)故障的部位也不一定相同。由于柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，當(dāng)故障發(fā)生后，要想準(zhǔn)確判斷故障的發(fā)生部位和發(fā)生原因是比較困難的，必須對故障

75、認(rèn)真地檢查、分析和判斷，才能找出故障的部位和故障原因。故障一旦找出，往往是比較容易處理的。因此，本文在詳細(xì)了解柴油機(jī)的基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)了如圖2-2的故障診斷系統(tǒng)。此系統(tǒng)由五部分構(gòu)成：柴油機(jī)，傳感器和信號放大器，信號調(diào)理器，數(shù)據(jù)采集卡以及計(jì)算機(jī)。16V240柴油機(jī)由固定件、運(yùn)動(dòng)件、配氣機(jī)構(gòu)、燃油系統(tǒng)主要部件、機(jī)油系統(tǒng)主要部件、冷卻水系統(tǒng)主要部件和增壓系統(tǒng)主要部件等組成，其結(jié)構(gòu)相當(dāng)復(fù)雜，運(yùn)動(dòng)特性亦很復(fù)雜，則其故障源必然多發(fā)。傳感器和信號放大器：傳感器針對故障的多發(fā)位置和接收難易程度，對其位置進(jìn)行恰當(dāng)布置，以便能得到良好的信號，有利于故障的有效診斷。信號放大器和傳感器用螺母連接在一起，用以放大傳感器產(chǎn)生

76、的微弱信號。信號調(diào)理器：對傳感器輸出的信號進(jìn)行整理，如濾波，繼續(xù)增大信號等。數(shù)據(jù)采集卡：接收到的故障信號必須存儲起來傳送到計(jì)算機(jī)，并且把接收到的模擬信號轉(zhuǎn)變成數(shù)字信號。圖2-2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)圖1-氣缸蓋；2-傳感器；3-線路；4-信號調(diào)理器；5-計(jì)算機(jī)；6-數(shù)據(jù)采集卡；7-電機(jī)；8-機(jī)體；9-曲軸觀察孔端蓋；10-曲軸自由端。計(jì)算機(jī)：對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析，判斷柴油機(jī)是否發(fā)生故障，若發(fā)生故障就進(jìn)行進(jìn)一步檢查，排除故障，若一切正常，繼續(xù)監(jiān)測柴油機(jī)的運(yùn)行。此系統(tǒng)可以對柴油機(jī)的各種故障進(jìn)行監(jiān)測，通過布置的傳感器接收產(chǎn)生故障的信號，然后對信號進(jìn)行收集存儲，計(jì)算機(jī)得到采集的數(shù)據(jù)對其進(jìn)行處理，分析故障源和故障類

77、型。第3章 曲軸的故障分析3.1 曲軸的構(gòu)造和受力3.1.1 曲軸的構(gòu)造圖3-1 曲軸結(jié)構(gòu)圖 曲軸是內(nèi)燃機(jī)的主要零件之一。活塞的往復(fù)運(yùn)動(dòng)通過連桿變成曲軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。內(nèi)燃機(jī)的功率通過曲軸輸出，同時(shí)曲軸還驅(qū)動(dòng)配氣機(jī)構(gòu)、點(diǎn)火裝置、噴油泵、機(jī)油泵，水泵等裝置。曲軸的中部由一些尺寸相同、但彼此位置不同的曲柄組成。每個(gè)曲柄對應(yīng)于一個(gè)氣缸；對V型內(nèi)燃機(jī)，則對應(yīng)于左右列同名的兩個(gè)氣缸。曲柄由主軸頸、曲柄銷和曲柄臂組成。為了改善內(nèi)燃機(jī)的平衡性能和減輕軸承載荷，在曲柄臂上還設(shè)有平衡塊。曲軸通過主軸頸支承在主軸承上。每一個(gè)曲柄銷有兩個(gè)主軸頸支承的曲軸，稱為全支承曲軸。曲軸由九個(gè)主軸頸、八個(gè)連桿頸和十六個(gè)曲柄臂組成的

78、八個(gè)相連的曲柄以及自由端、輸出端等部分組成。九個(gè)主軸頸支承在機(jī)體的主軸承內(nèi)，主軸頸直徑為毫米，第1主軸頸（自由端）長度為毫米；第九主軸頸為止推軸頸，其長度為毫米，其余軸頸長度為毫米。連桿頸上并列地安裝有左、右兩列氣缸的活塞連桿組，其直徑為毫米，長度為毫米。曲柄半徑（即曲柄臂長度）為毫米，主軸頸和連桿頸的軸頸重疊度為毫米。曲軸全長為毫米，凈重為公斤。主軸頸及連桿柄的芯部設(shè)有鑄孔，以減少曲軸的旋轉(zhuǎn)質(zhì)量，改善應(yīng)力分布；在一定的剛度下提高曲軸的固有頻率；同時(shí)又作為曲軸內(nèi)部的機(jī)油通道。主軸頸內(nèi)部鑄孔的直徑為毫米；連桿頸內(nèi)部鑄孔的直徑為毫米，同時(shí)將其中心線相對于連桿頸中心線向外偏移毫米。為了溝通主軸頸與連

79、桿頸的鑄孔，在曲柄臂上都鉆有毫米的孔道。鑄孔兩端用油堵密封；油堵與鑄孔加工面之間有毫米的配合過盈量。組裝時(shí)將油堵在液氮（或液氧）中冷縮后裝入，在油堵外側(cè)裝有擋圈，以防止脫落。曲軸主軸承內(nèi)的機(jī)油由機(jī)體主機(jī)油道引入，流經(jīng)主軸承蓋、主軸瓦上瓦后，其中一部分機(jī)油潤滑主軸承，大部分機(jī)油進(jìn)入主軸頸內(nèi)鑄孔油腔，并經(jīng)過連桿頸引入連桿大頭、小頭及活塞。從主軸頸和連桿頸鑄孔中引出的油孔，其直徑和位置對于曲軸的正常工作有很大影響，油孔位置應(yīng)設(shè)在軸頸載荷較低處，應(yīng)盡量避免將鑄孔油腔內(nèi)的雜質(zhì)引入主軸承中，并且為避免油孔處發(fā)生扭轉(zhuǎn)疲勞破壞，應(yīng)提高加工光潔度和增大油孔邊緣的過渡圓弧。為此，在主軸頸中部鉆有直徑為毫米的徑向油

80、孔，在連桿頸上設(shè)有兩個(gè)直徑為毫米的徑向油孔。上述油孔均通過軸頸中心，除第三位與第七位主軸頸的進(jìn)油孔外，其余各主軸頸和連桿頸上的油孔均與各曲柄中心線相垂直，第三位、第七位主軸頸的油孔與曲柄中心線相交成，這樣布置可以減少軸頸與軸瓦的偏磨；同時(shí)由于連桿頸上的油孔與油腔水平相交于中下部，因此使機(jī)油具有離心濾清作用，避免油腔內(nèi)的雜質(zhì)甩向連桿軸承；在軸頸載荷較高處保持較大的油膜厚度。各油孔的外緣拋光，圓角半徑為毫米。曲柄臂承受著交變的拉、壓、彎曲和扭轉(zhuǎn)等復(fù)合載荷。曲柄臂的形狀和尺寸對于曲軸的強(qiáng)度和剛度有很大影響。為了保證有足夠的承載面積，曲柄臂除應(yīng)采用合理的形狀外，還應(yīng)具有一定的寬度和厚度，尤其是增大厚度

81、，對于提高曲軸的強(qiáng)度和剛度更為有效。但是增大厚度要受氣缸中心距及曲軸軸承結(jié)構(gòu)的限制，因此16V240ZA型柴油機(jī)曲柄臂的寬度只能由毫米增大為毫米，曲柄臂的厚度為毫米。曲柄臂鑄成橢圓形，其外表面進(jìn)行噴丸處理，但不進(jìn)行機(jī)械加工。為了盡量減小曲柄的外緣離心質(zhì)量，曲柄臂上部傾斜角，以出去多余的金屬，并且將軸頸芯部鑄孔兩端按向外翹起，以便于油堵配合面的加工及油堵的安裝，同時(shí)又可增大曲柄臂與軸頸傳力處得截面積。在每對曲柄臂下部的內(nèi)側(cè)設(shè)有對應(yīng)的沖坑，在每對沖坑之間可以安裝帶百分表的量具，當(dāng)盤動(dòng)曲軸使曲柄朝上及朝下時(shí)，可以測量曲柄間距（拐擋距）的差值，用以檢查曲軸縱向中心線的撓曲變形，判斷各主軸承的同軸度；如

82、果在柴油機(jī)運(yùn)用中進(jìn)行定期檢查，可以了解主軸承的磨損情況；在更換主軸瓦時(shí)，應(yīng)保證曲柄間距差不得大于毫米。現(xiàn)代大功率柴油機(jī)的曲軸軸頸與曲柄連接處的過渡圓弧應(yīng)力集中嚴(yán)重。為了改善過渡圓弧處的應(yīng)力分布及減小應(yīng)力集中，應(yīng)采用較大的圓弧半徑及較高的光潔度。過渡圓弧采用局部凹入曲柄臂及軸頸的內(nèi)圓弧是為了增大圓弧半徑、不減少軸承的承載面積和不增加軸頸的長度。為簡化工藝，主軸頸和連桿頸對于曲柄的過渡圓弧半徑為毫米的單圓弧，圓弧凹入曲柄臂毫米，占去軸頸有效長度毫米，經(jīng)滾壓后其光潔度不低于。對于曲軸各軸頸幾何形狀的正確性、加工精度、光潔度以及各主軸頸之間的的同軸度均有嚴(yán)格的要求，這是保證曲軸軸系可靠工作和長期使用的

83、重要措施。各主軸頸、連桿頸的橢圓度和圓錐度不超過毫米，并不許有腰形、鼓形和波形等現(xiàn)象。為了減小主軸頸之間的階梯度，減小曲軸附加彎曲應(yīng)力，減小軸頸、軸承的偏磨，要求各主軸頸相對于第一位和第九位主軸頸的跳動(dòng)量不超過毫米，相鄰兩主軸頸的跳動(dòng)量不超過毫米。曲軸的各軸頸、油孔圓弧及過渡圓弧處不允許有劃痕、凹坑和碰傷等缺陷。曲軸自由端的兩段軸頸，在直徑為毫米的軸頸上熱套有曲軸齒輪，用以驅(qū)動(dòng)凸輪軸；直徑為毫米的軸頸上熱套有減振器體。這兩段軸頸與相應(yīng)的零部件組裝時(shí)除采用一定的過盈量外，并設(shè)鍵加強(qiáng)其傳動(dòng)能力。熱套時(shí)，將零件置于油中加熱：曲軸齒輪加熱到；減振器-泵傳動(dòng)齒輪組加熱到，然后套入軸頸。在曲軸自由端端部的

84、鑄孔處設(shè)有內(nèi)、外螺紋的螺堵，用騎縫銷使螺堵止動(dòng)。螺堵內(nèi)孔寧裝有緊固萬向節(jié)的長螺栓。在曲軸輸出端設(shè)有止推凸肩，第九位主軸頸為止推軸頸。這些結(jié)構(gòu)措施就使得由于采用斜齒輪傳動(dòng)、曲軸工作時(shí)的受熱伸長、柴油機(jī)的啟動(dòng)及變速等原因所產(chǎn)生的軸向推力，可以通過曲軸第十六曲柄臂及止推凸肩將其傳給止推環(huán)和止推軸承蓋，最后傳給機(jī)體。第十六位曲柄臂的止推面也作為加工基準(zhǔn)及安裝定位之用。端部的法蘭用以安裝半剛性聯(lián)軸節(jié)，法蘭上均有八個(gè)通孔，組裝時(shí)與半剛性聯(lián)軸節(jié)的主動(dòng)盤同鉸成直徑毫米的通孔。曲軸輸出端為安裝牽引發(fā)電機(jī)用的支撐軸承，軸頸上套裝有用20Cr鋼制成的內(nèi)、外導(dǎo)向環(huán)，其中內(nèi)導(dǎo)向環(huán)與軸頸有毫米過盈。在存放曲軸時(shí)，要避免因

85、支承不當(dāng)而引起曲軸的彎曲變形；在起吊時(shí)，吊索應(yīng)系在第二、七位連桿頸或第三、六位連桿頸上，該兩軸頸應(yīng)用厚布仔細(xì)包扎，以防擦傷軸頸表面。3.1.2 曲軸的受力圖3-2 曲柄受力圖曲軸的受力是很復(fù)雜的，現(xiàn)在以單列式內(nèi)燃機(jī)曲軸的一個(gè)曲柄為例來分析各部分的受力情況（如圖3-2）。作用在曲柄上的力和力矩有：變化的氣體壓力和往復(fù)運(yùn)動(dòng)質(zhì)量的慣性力，使曲柄銷受有切向力和徑向力。曲柄上還有曲柄臂的離心力、曲柄銷的離心力、連桿旋轉(zhuǎn)質(zhì)量離心力以及平衡塊的離心力。有前面氣缸（圖中左邊）傳來的扭矩，通過這個(gè)氣缸（第缸）后傳出的扭矩為。這樣，這個(gè)曲柄上就作用著一個(gè)大小相同的反扭矩。從曲軸上取出單個(gè)曲柄研究時(shí)，還必須考慮相鄰

86、曲柄的影響，這個(gè)影響在曲柄的平面內(nèi)，用彎矩，反應(yīng)，在垂直于曲柄的平面內(nèi)，用彎矩，反應(yīng)。最后主軸承對主軸頸作用有支座反力,和,。此外當(dāng)曲柄變形后在主軸頸軸線方向受到約束時(shí)，還有軸向力和產(chǎn)生。在曲柄所受的力和力矩中，、和都是周期性變化的。這些力在不同的曲軸轉(zhuǎn)角位置，具有不同的數(shù)值和方向，而且由于氣體最高爆發(fā)壓力的作用，這些力還有沖擊性。彎矩，及，不僅與相鄰曲柄受力狀況有關(guān)（因而它們也是交變的），而且還與軸承的不同心度、軸承和軸頸的磨損、支座的彈性變形及機(jī)體變形等有關(guān)。對于主軸頸來說（斷面），除了受交變扭矩作用外，還受到支反力、及彎矩、和彎曲作用，因此主軸頸的受力性質(zhì)是扭轉(zhuǎn)和彎曲的復(fù)合作用。但考慮到

87、主軸頸長度不大，支承面又是主軸頸的整個(gè)長度，當(dāng)沒有應(yīng)力集中時(shí)，彎曲應(yīng)力是很小的。所以在討論主軸頸強(qiáng)度時(shí)，主要考慮扭矩的作用。對曲柄銷來說（斷面），除了在曲柄平面內(nèi)受到、及的合成彎矩作用以及在垂直于曲柄平面內(nèi)的及的彎曲作用外，還有扭矩及支反力產(chǎn)生的扭矩的作用。彎矩和扭矩都是變化的，所以曲柄銷也是受彎扭聯(lián)合作用。至于各力對曲柄銷斷面的剪切作用一般都忽略不計(jì)。曲柄臂斷面（斷面）的受力情況更為復(fù)雜。在斷面的法向，有及作用下所產(chǎn)生的拉伸或壓縮力，在曲柄平面內(nèi)，有和產(chǎn)生的彎曲作用，在垂直于曲柄的平面內(nèi)和產(chǎn)生的彎曲作用以及由和產(chǎn)生的扭轉(zhuǎn)作用，同樣也忽略的剪切作用。可見曲柄臂受到載荷具有交變的拉壓、彎曲及扭轉(zhuǎn)

88、復(fù)合性質(zhì)。在曲柄臂斷面的頂點(diǎn)受到最大應(yīng)力作用，但在這些點(diǎn)上沒有顯著的應(yīng)力集中現(xiàn)象，通常不是最危險(xiǎn)的點(diǎn)。在軸頸和曲柄臂的過渡圓角處，由于有嚴(yán)重的應(yīng)力集中，通常是最危險(xiǎn)的部位，需要校核該處的應(yīng)力。曲軸上的作用力和力矩，不僅使曲軸各部分產(chǎn)生交變的應(yīng)力，而且還使曲軸變形。曲軸剛度不足時(shí)，變形更加嚴(yán)重。軸頸變形使軸承工作條件大為惡化，可能發(fā)生金屬之間的直接接觸而引起磨損。當(dāng)曲軸彎曲剛度不足時(shí)，引起曲柄較大變形，從而破壞活塞、連桿、軸承的正常工作。曲軸的扭轉(zhuǎn)剛度不足，還可能使內(nèi)燃機(jī)在工作轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)出現(xiàn)扭振共振。除了上述力和力矩外，曲軸的軸系振動(dòng)還使曲軸承受附加應(yīng)力。扭振共振時(shí)，振幅增大到很大數(shù)值，不禁產(chǎn)生

89、噪音，破壞配氣機(jī)構(gòu)和噴油正時(shí)，加速齒輪磨損，使內(nèi)燃機(jī)工作惡化，而且產(chǎn)生附加應(yīng)力，應(yīng)力值甚至可達(dá)很大數(shù)值。3.2 曲軸主要故障分析16V240ZJB型柴油機(jī)曲軸是由稀土鉬銅球墨鑄鐵，采用低壓澆鑄工藝鑄造而成。斜鑄立冷低壓鑄造工藝是介于重力金屬模鑄和壓力鑄造之間的一種鑄造工藝方法。它將低壓氣體壓入密封的液態(tài)金屬表面，使金屬流動(dòng)較快，含熱量較高，以增加金屬液的補(bǔ)縮能力，可使鑄件的縮松缺陷大為減少，提高了鑄件表面質(zhì)量和內(nèi)部組織的致密度以及機(jī)械性能。曲軸精加工后，進(jìn)行整體表面處理，單拐對稱循環(huán)彎曲疲勞試驗(yàn)證明，氮化處理的單拐疲勞強(qiáng)度可達(dá)2.4MPa。16V240ZJB型柴油機(jī)球墨鑄鐵曲軸具有較長的使用壽

90、命，在正常情況下使用期限為一個(gè)廠修期以上，有的可長達(dá)三個(gè)廠修期。曲軸在使用過程中，常見的故障有下列幾種：（1） 曲軸軸頸橫向裂紋在曲軸的主軸頸或連桿軸頸上，出現(xiàn)很多橫向毛細(xì)裂紋（與曲軸軸心線平行），但深度不大。出現(xiàn)橫向裂紋的曲軸是由于曲軸在缺油狀態(tài)工作后發(fā)生的。（2） 曲軸軸頸拉傷曲軸軸頸上有被拉傷的周向不同深度和數(shù)量的溝槽。曲軸軸頸的周向拉傷主要是由于零部件和機(jī)油清潔度差所造成的。（3） 曲軸斷裂16V240ZJB型柴油機(jī)曲軸斷裂部位一般發(fā)生在主軸頸圓根到連桿頸圓根的連線截面上（一般稱為危險(xiǎn)截面）。斷口一般有疲勞源，疲勞源周圍有放射形貝殼狀的線條，其余部分為粗糙面（速斷區(qū)）。1. 氣缸發(fā)生水

91、錘或油錘，突然而來的過大壓力超過曲軸圓根部分的疲勞強(qiáng)度極限，是曲軸斷裂。2. 軸瓦由于緊余量不足，在柴油機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)中發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，遮蓋了曲軸機(jī)油油孔，使軸瓦在缺油情況下工作，合金層迅速發(fā)生熔化剝離，造成該位主軸頸的支承懸空，曲軸圓根處應(yīng)力迅速增大而折斷。3. 曲軸主軸頸在較大的支承階梯下工作，使軸頸圓根應(yīng)力成倍增加而發(fā)生斷裂。試驗(yàn)表明，支承階梯每增加0.02mm，會使曲軸圓根應(yīng)力上升一倍。4. 曲軸主軸頸跳動(dòng)量過大。按規(guī)定，將第1、5、9位主軸頸置于帶滾動(dòng)軸承的可水平移動(dòng)的浮動(dòng)支架上，水平測量位主軸頸相對于公共軸心線的跳動(dòng)量應(yīng)在0.15mm范圍內(nèi)；垂直測量相鄰主軸頸的跳動(dòng)量應(yīng)在0.03mm范圍內(nèi)；且最

92、大跳動(dòng)方向不大于.5. 機(jī)體主軸承孔軸心同心度偏差過大（要求全長不超過0.05mm，相鄰不超過0.03mm）。6. 曲軸組裝到柴油機(jī)上后，各主軸瓦與曲軸主軸頸的徑向間隙相差太多（要求相鄰間隙差不超過0.02mm，其余為0.03mm）。（4） 曲軸軸頸磨損過大正常情況下，曲軸的連桿頸和主軸頸的磨損量，沒走行20萬km，其半徑方向的磨損量為0.01mm左右。如發(fā)現(xiàn)磨損量顯著增大時(shí)，表明情況不正常，需進(jìn)行查找，并予以清除。造成磨損過大的原因有：柴油機(jī)的有關(guān)零部件太臟；機(jī)油中雜質(zhì)超量，濾清器的濾清效果不好，或機(jī)油已發(fā)生稀釋、老化、乳化等問題；主軸瓦與曲軸主軸頸的間隙，及相鄰軸之間的間隙差超過規(guī)定要求；曲軸本身動(dòng)平衡不符合要求；曲軸吊運(yùn)不當(dāng)造成曲軸彎曲變形。（5） 曲軸自由端的鍵槽發(fā)生裂紋曲軸自由端直徑的軸頸上和的軸段均有鍵槽，分別熱套固定正時(shí)齒輪和減振器。有的曲軸經(jīng)運(yùn)用后，在鍵槽底部與側(cè)壁過渡處發(fā)生斷裂。由于鍵槽裂紋而報(bào)廢的曲軸約占報(bào)廢曲軸總數(shù)的8%左右。為了增強(qiáng)曲軸對正時(shí)齒輪（即曲軸齒輪）及減振器的傳遞力矩和減