基于振動(dòng)和油液信息的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法領(lǐng)域，尤其涉及一種基于振動(dòng)和油液信息融合的 發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷方法
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)于機(jī)械設(shè)備而言，發(fā)動(dòng)機(jī)是一種重要的動(dòng)力機(jī)械，也是機(jī)械設(shè)備的核心動(dòng)力組 成部分。現(xiàn)有技術(shù)中公開(kāi)的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷的方法主要以振動(dòng)信息診斷、油液信息診斷、狀 態(tài)參數(shù)診斷、聲發(fā)射信息診斷為主。其中基于單一振動(dòng)信息和油液信息診斷應(yīng)用最廣泛。僅 憑單一信息是不能完整反映發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)的。目前基于振動(dòng)和油液信息融合的發(fā)動(dòng)機(jī) 故障診斷已有一定研究，但目前鮮有關(guān)于融合振動(dòng)信息、油品信息和油液鐵譜信息的發(fā)動(dòng) 機(jī)故障診斷方法。
[0003] 公開(kāi)于該【背景技術(shù)】部分的信息僅僅旨在增加對(duì)本發(fā)明的總體背景的理解，而不應(yīng) 當(dāng)被視為承認(rèn)或以任何形式暗示該信息構(gòu)成已為本領(lǐng)域一般技術(shù)人員所公知的現(xiàn)有技術(shù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，其結(jié)合了發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)信息和 油液信息來(lái)判斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否發(fā)生故障，從而克服了現(xiàn)有技術(shù)中采用單一信息為主而導(dǎo)致的 監(jiān)測(cè)準(zhǔn)確率不高的缺點(diǎn)。
[0005] 本發(fā)明的另一目的在于提供一種發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方法，其能夠在發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)生故障 的前提下結(jié)合油液和振動(dòng)信息而準(zhǔn)確查明發(fā)生故障的具體部件或具體原因。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種基于振動(dòng)和油液信息的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方 法，其特征在于，包括以下步驟：提取發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特征參數(shù)；提取發(fā)動(dòng)機(jī)的油品特征參 數(shù)；以及發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)價(jià)，其包括：建立評(píng)價(jià)集：將發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)分為4個(gè)等 級(jí)，即良好、正常、故障、警告；建立因素集：確定一級(jí)因素集和二級(jí)因素集，根據(jù)所述一級(jí) 和二級(jí)因素集中的元素的重要程度來(lái)分配相應(yīng)的權(quán)重系數(shù)，所述一級(jí)因素集為油品和振動(dòng) 兩個(gè)元素構(gòu)成的因素集，所述二級(jí)因素集為油品的理化指標(biāo)數(shù)據(jù)構(gòu)成的油品子集和發(fā)動(dòng)機(jī) 的振動(dòng)數(shù)據(jù)構(gòu)成的振動(dòng)子集；確定隸屬度函數(shù)：對(duì)于所述振動(dòng)子集和油品子集中的各個(gè)元 素進(jìn)行單因素評(píng)判，建立隸屬度函數(shù)；確定評(píng)判矩陣：由上述隸屬度函數(shù)確定所述一級(jí)因 素集和二級(jí)因素集中的各個(gè)元素對(duì)所述評(píng)價(jià)集的隸屬度，確定油品因素和振動(dòng)因素的評(píng)判 矩陣，根據(jù)模糊推理合成規(guī)則，結(jié)合所述振動(dòng)子集和油品子集的權(quán)重求得二級(jí)因素評(píng)判矩 陣；以及綜合所述油品子集和振動(dòng)子集評(píng)判形成運(yùn)行狀態(tài)綜合評(píng)判矩陣，并結(jié)合所述一級(jí) 因素集中的元素所占的權(quán)重，選擇合適的模糊運(yùn)算模型計(jì)算，得到綜合評(píng)判結(jié)果，從而判斷 發(fā)動(dòng)機(jī)運(yùn)行狀態(tài)。
[0007] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述提取發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特征參數(shù)的步驟包括：將發(fā)動(dòng)機(jī) 振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)選在缸蓋上端平面和機(jī)身側(cè)部靠近曲軸處，并選擇兩個(gè)測(cè)點(diǎn)，將測(cè)點(diǎn) 一布置在缸蓋上端面，將測(cè)點(diǎn)二布置在機(jī)身側(cè)部靠近曲軸處。
[0008] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述油品的理化指標(biāo)構(gòu)成的油品子集中的元素包括：粘 度劣化率、機(jī)械雜質(zhì)劣化率、水分劣化率和酸值劣化率。
[0009] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述提取發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特征參數(shù)和提取發(fā)動(dòng)機(jī)的油品 特征參數(shù)采用線(xiàn)上模式，振動(dòng)傳感器和油品傳感器的信號(hào)通過(guò)串口發(fā)出，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)模 塊將信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。將客戶(hù)端接入到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，達(dá)到信息接收和反饋的及時(shí)性。 [0010] 在本發(fā)明的另一方面中，提供了一種基于振動(dòng)和油液信息的發(fā)動(dòng)機(jī)故障診斷方 法，包括以下步驟：執(zhí)行如上所述的基于振動(dòng)和油液信息的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法；以及如 果判定發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)為故障或者警告，則繼續(xù)執(zhí)行以下步驟：發(fā)動(dòng)機(jī)機(jī)油鐵譜信息特 征參數(shù)的提取，獲得潤(rùn)滑油鐵譜信息；建立發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)一磨損混合故障樹(shù)和主軸承的振 動(dòng)一磨損混合故障樹(shù)，得到發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)一磨損混合故障樹(shù)的最小割集；根據(jù)上述混合故障 樹(shù)的最小割集建立模糊診斷故障集；建立發(fā)動(dòng)機(jī)綜合故障征兆集合；由隸屬函數(shù)得到發(fā)動(dòng) 機(jī)油液鐵譜和振動(dòng)故障征兆與振動(dòng)原因之間的模糊關(guān)系，即得出每一個(gè)故障征兆對(duì)每個(gè)故 障原因的隸屬度，由此得到發(fā)動(dòng)機(jī)單個(gè)故障征兆對(duì)各故障因素隸屬度組成的單故障征兆模 糊子集；將發(fā)動(dòng)機(jī)油液故障征兆和振動(dòng)故障征兆的隸屬度模糊子集組合成矩陣形式，得到 發(fā)動(dòng)機(jī)故障集與綜合征兆集的模糊關(guān)系矩陣，即為發(fā)動(dòng)機(jī)模糊綜合診斷矩陣；以及根據(jù)模 糊推理合成規(guī)則，由綜合征兆集，模糊算子和模糊診斷矩陣，得到綜合評(píng)判模型。
[0011] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，在所述發(fā)動(dòng)機(jī)綜合故障征兆集合中，包括m個(gè)參數(shù)，前i 種故障征兆為振動(dòng)參數(shù)征兆，選擇對(duì)振動(dòng)信號(hào)比較敏感的統(tǒng)計(jì)參數(shù)作為故障特征；而故障 征兆集中其余的故障征兆為油液鐵譜參數(shù)征兆，根據(jù)數(shù)據(jù)的特點(diǎn)以及對(duì)參數(shù)進(jìn)行靈敏度分 析，選擇對(duì)磨粒敏感的故障特征參數(shù)。
[0012] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述對(duì)震動(dòng)信號(hào)比較敏感的統(tǒng)計(jì)參數(shù)包括幅值、均值、 均方值、峭度、偏度和功率譜。
[0013] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述對(duì)磨粒敏感的故障特征參數(shù)包括磨粒數(shù)、小磨粒 數(shù)、磨損嚴(yán)重指數(shù)和各種磨粒的磨損狀態(tài)。
[0014] 優(yōu)選地，上述技術(shù)方案中，所述提取發(fā)動(dòng)機(jī)的振動(dòng)特征參數(shù)和提取發(fā)動(dòng)機(jī)的油品 特征參數(shù)采用線(xiàn)上模式，振動(dòng)傳感器和油品傳感器的信號(hào)通過(guò)串口發(fā)出，然后通過(guò)無(wú)線(xiàn)模 塊將信息發(fā)送至網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器。將客戶(hù)端接入到網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器，達(dá)到信息接收和反饋的及時(shí)性。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有如下有益效果：其能夠結(jié)合振動(dòng)和油液信息準(zhǔn)確判 斷發(fā)動(dòng)機(jī)是否處于正常工作狀態(tài)，并且在發(fā)動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障的情況下，可以根據(jù)振動(dòng)和油液 信息迅速查明發(fā)動(dòng)機(jī)的故障原因。此外，可以隨時(shí)隨地利用手機(jī)客戶(hù)端或電腦客戶(hù)端監(jiān)測(cè) 發(fā)動(dòng)機(jī)油品和振動(dòng)相關(guān)信息。達(dá)到信息反饋的及時(shí)性。
【附圖說(shuō)明】
[0016] 圖1是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的基于振動(dòng)和油液信息融合的發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障 診斷方法的流程圖。
[0017] 圖2A和圖2B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在空載轉(zhuǎn)速800r/min的測(cè)點(diǎn)一 的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0018] 圖3A和圖3B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在在空載轉(zhuǎn)速800r/min下的測(cè) 點(diǎn)二的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0019] 圖4A和圖4B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在空載轉(zhuǎn)速1200r/min的測(cè)點(diǎn)一 的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0020] 圖5A和圖5B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在在空載轉(zhuǎn)速1200r/min下的測(cè) 點(diǎn)二的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0021] 圖6A和圖6B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在空載轉(zhuǎn)速1500r/min的測(cè)點(diǎn)一 的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0022] 圖7A和圖7B分別是根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的柴油機(jī)在在空載轉(zhuǎn)速1500r/min下的測(cè) 點(diǎn)二的振動(dòng)信號(hào)時(shí)域信號(hào)圖和頻域圖信號(hào)圖。
[0023] 圖8是根據(jù)本發(fā)明的采用油液斑點(diǎn)法對(duì)采集的4個(gè)油液樣本進(jìn)行斑點(diǎn)試驗(yàn)得到各 樣本油液斑點(diǎn)圖。
[0024] 圖9是根據(jù)本發(fā)明的發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)一磨損混合故障樹(shù)的示意圖。
[0025] 圖10是根據(jù)本發(fā)明的主軸承的振動(dòng)一磨損混合故障樹(shù)的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0026] 下面結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)描述，但應(yīng)當(dāng)理解本發(fā)明的保 護(hù)范圍并不受【具體實(shí)施方式】的限制。
[0027] 除非另有其它明確表示，否則在整個(gè)說(shuō)明書(shū)和權(quán)利要求書(shū)中，術(shù)語(yǔ)"包括"或其變 換如"包含"或"包括有"等等將被理解為包括所陳述的元件或組成部分，而并未排除其它 元件或其它組成部分。
[0028] 本發(fā)明選用了玉柴公司生產(chǎn)的4D20柴油發(fā)動(dòng)機(jī)為研究對(duì)象，其他發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢 測(cè)與其相似。本發(fā)明對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)綜合診斷流程分成一級(jí)狀態(tài)評(píng)價(jià)模型和二級(jí)故障診斷模型， 其流程圖如圖1所示。一級(jí)狀態(tài)評(píng)價(jià)模型的主要目的是綜合判斷發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行狀態(tài)；二級(jí) 故障診斷模型的主要目的是對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)行故障診斷。
[0029] 一 ·發(fā)動(dòng)機(jī)狀態(tài)監(jiān)測(cè)
[0030] 第一步，提取發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)特征參數(shù)：
[0031] (1)連接設(shè)備，布置測(cè)點(diǎn)：連接好各設(shè)備，包括傳感器布置和MDR采集系統(tǒng)的連接 等。將發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)監(jiān)測(cè)試驗(yàn)測(cè)試點(diǎn)選定在缸蓋上端平面和機(jī)身側(cè)部靠近曲軸處，將傳感器 測(cè)點(diǎn)一布置在缸蓋上端面，將測(cè)點(diǎn)二布置在機(jī)身側(cè)部靠近曲軸處。
[0032] (2)測(cè)取不同速度振動(dòng)數(shù)據(jù)：根據(jù)采樣定理，選定傳感器各通道采樣頻率和采樣 時(shí)長(zhǎng)。分別測(cè)取柴油機(jī)兩個(gè)測(cè)點(diǎn)空載怠速、空載轉(zhuǎn)速和空載轉(zhuǎn)速，三種工況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)；
[0033] (3)選定樣本，獲取發(fā)動(dòng)機(jī)振動(dòng)特征參數(shù)：對(duì)三組振動(dòng)數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析， 避免噪聲等相關(guān)因素的影響。選取時(shí)域波形相對(duì)穩(wěn)定工況下的振動(dòng)參數(shù)作為試驗(yàn)樣本數(shù) 據(jù)。按監(jiān)測(cè)時(shí)間，采集η個(gè)樣本。對(duì)該工況下測(cè)點(diǎn)振動(dòng)信號(hào)的多次測(cè)量值計(jì)算各幅值與均 方根值，從而得到樣本振動(dòng)參數(shù)。
[0034] 第二步：提取發(fā)動(dòng)機(jī)油品特征參數(shù)
[0035] (1