基于改进EEMD-MB1DCNN的船用柴油机缸套-活塞环故障诊断

针对船用中高速柴油机缸套-活塞环振动信号非线性非平稳性以及同类型不同损伤程度故障发生时振动信号时频域特征相似、故障难以识别等问题,利用振动信号辨识故障,提出一种基于改进集成经验模态分解方法和多模块一维卷积神经网络端到端缸套-活塞环故障诊断方法,通过设计固有模态分量IMF信息质量筛选准则对EEMD分解出的IMFs进行重新排序,获得包含更多凸显故障特征成分的重构信号,输入到上述神经网络模型,通过振动信号分析并与现有方法比较,评估所设计IMF信息质量筛选准则与所搭建模型的性能,试验结果显示该方法能准确、有效地识别缸套-活塞环故障类型。在判断该易损件同类型不同磨损程度故障诊断中有较高的准确率,能对故障状况进行有效的特征提取与故障分类。

过盈量对干式缸套变形规律的影响研究

以某干式缸套柴油机为原型,采用有限元仿真的方法,建立了机体、缸盖、缸垫、缸套、螺栓等组合的有限元模型,分别在预紧工况和热机耦合工况下对比研究了施加过盈量前后的气缸套变形规律。研究结果表明:在装配工况下,从缸套顶部至缸套底部,缸套的变形量都逐渐变小,施加了过盈量后的缸套综合变形增加了近两倍,综合变形量最大出现在第四缸上部的290°区域,变形量为19.4μm。在多个载荷的耦合作用下,不同缸爆发时的缸套变形趋势和单独施加螺栓预紧力的变形趋势几乎一致,从缸套顶部至底部,变形量逐渐较小,第二、三缸变形较小,第一、四缸靠近自由端两侧变形较大,最大变形出现的位置从顶部90°方向移动至0°方向附近,变形量为302.8μm。

基于预补偿的缸孔型线优化设计及其密封特性研究

以某非道路高压共轨柴油机为研究对象,建立了螺栓–缸盖–缸垫–缸套–机体装配耦合模型,采用仿真分析与测试相结合的方式研究了工作状态下的缸套热机耦合失圆变形。基于缸套变形结果设计了锥形、瓶颈形、纺锤形、椭圆形、椭圆纺锤复合形5种具有不同型线特征的异形缸套预补偿方案,研究了不同异形缸套的热机耦合变形量、傅里叶变形幅值及其密封与摩擦性能。研究结果表明,在第三缸的101.8 mm截面处,椭圆形方案的最大径向变形量比原机缸套减小了15.42%;椭圆形缸套的窜气量与原机缸套相比减小了1.34%,其他方案的窜气量均比原机缸套大;与原机缸套相比,纺锤形缸套和椭圆纺锤复合形缸套的机油消耗量减小了21.36%。

柴油机气缸套空化现象与空蚀机理分析

针对柴油机气缸套在工作过程中因冷却液的空化发生空蚀现象,文中在对单缸冷却水套进行空化流动数值模拟的基础上,结合近壁面多空泡溃灭过程的仿真,从宏观和介观上研究了柴油机气缸套的空化现象和空蚀机理.首先,基于单缸冷却水套的模拟发现,缸套壁面的振动导致冷却液发生空化现象,生成大量空化气泡.然后,模拟了近壁面空泡的溃灭过程,并分析了空泡间距、空泡数量等因素对多空泡溃灭的影响.结果表明:空泡间距越小,溃灭时间越长,当泡心间距从0.050 mm减小至0.025 mm时,近壁面空泡的溃灭压力增大49.82%,产生的微射流速度增大10.56%;增加空泡数量,溃灭压力呈先增后减的趋势,当空泡数量由2个增至10个,微射流的速度增大44.93%.研究表明,空泡溃灭产生的微射流具有较高的水锤压力,该压力作用于缸套壁面,造成腐蚀破坏,是缸套发生空蚀的根本原因.

某柴油机拉缸原因分析与处理

为排查某型柴油机拉缸事故的原因,采用故障树的方法对可能的原因逐一进行检查分析,确定高负荷工况下紧急停车,缸套产生裂纹末及时处理是拉缸的原因。恶劣工况后的隐患排查是柴油机安全运行的重要措施。

船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺

针对某船用柴油机气缸套内孔平台网纹珩磨加工工艺,对气缸套加工时的网纹形成机理进行分析,制定平台网纹珩磨工艺路线,并确定相应的珩磨工艺参数和加工设备,以保证平台网纹达到要求。柴油机试车结果证明采用该平台网纹珩磨加工工艺可满足缸套网纹加工高精度要求。

海上平台柴油机气缸套磨损原因及应对措施

在海上平台运行中,柴油机作为关键的动力装置,扮演着至关重要的角色,但是由于特殊的海洋环境和高强度的工作负荷,柴油机气缸套的磨损问题一直是困扰海上平台工程师和操作人员的难题。柴油机气缸套磨损问题会导致机械性能下降、油耗增加以及维护成本的上升,因此迫切需要深入了解其磨损原因,制订有效的对策。将深入探讨海上平台柴油机气缸套磨损的原因以及相应的应对措施,旨在为保障海上平台运行安全和提高柴油机寿命提供有益的参考。

基于数据挖掘的钻完井柴油机气缸套使用寿命预测方法

目前的气缸套使用寿命预测方法难以全面覆盖运行中的复杂工况和多因素影响。基于此,文章基于数据挖掘技术,提出钻完井柴油机气缸套使用寿命预测方法。首先,整理收集到的钻完井柴油机气缸套使用寿命的影响特征数据,并进行数据集划分。其次,对数据集进行回归方程计算,探究多因素间的关系,评价并计算气缸套寿命极限。最后,对此方法进行测试。测试结果证明,该方法可以有效预测气缸套的使用寿命,有助于柴油机及时更换气缸套,确保机器正常运转。

大功率柴油机运转工况下活塞组摩擦力测量研究

开发了一种基于连杆力无线测量的活塞组摩擦力在线测量方法,给出了摩擦力测量原理和连杆力无线测量方案。在对测量系统进行标定和验证基础上,实现了某大功率柴油机运转工况下活塞组摩擦力的在线测量。结果表明,所开发的测量方法具有较高的精度,可以捕捉发动机工作过程中活塞组摩擦力的变化规律,并具有很好的一致性,能够为发动机活塞组的低摩擦设计提供试验支持。

温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响

LNG燃料柴油机与传统燃料柴油机相比缸内燃烧温度更高。为探究不同温度下缸套-活塞环摩擦性能与温度的映射关系,设计室温和60、90、120℃4种不同温度,在相同载荷和转速下在往复式摩擦磨损试验机上对缸套-活塞环进行不同温度下的摩擦性能试验,通过测试摩擦过程中摩擦力的变化以及分析试验后缸套磨损表面形貌,探讨温度对缸套-活塞环摩擦性能的影响规律。试验缸套试样材质为耐磨合金铸铁,活塞环切片与缸套切片大小对应,材质为球墨铸铁。试验结果表明:随着温度的升高摩擦力呈现先减小后增大的趋势,与室温相比,60℃温度下摩擦力降幅为13.45%,且表现出较好的稳定性,但在120℃下摩擦力增幅为10.66%;试验工况下,60℃时缸套表面形貌参数均处于较优水平。研究表明,适当的温度环境对于摩擦配副之间的润滑性能有一定的促进作用,但温度过高会导致摩擦副的摩擦性能不稳定,破坏摩擦副间氧化膜,这不仅可能破坏润滑油膜的形成,也会影响摩擦副的磨损表面形貌。因此存在合适的温度使得缸套-活塞环的摩擦性能达到最优状态。

活塞环和气缸套表面形貌对润滑性能的影响

综合考虑缸套热变形、缸套温度场、弹性变形以及润滑油变黏度等因素影响,建立活塞环-缸套摩擦副的瞬态流体动压润滑计算模型,分析发动机工况、活塞环-缸套接触面粗糙度方向和粗糙度大小对摩擦功耗和窜气量的影响。研究发现,当转速升高时,摩擦功耗升高,影响发动机效率;活塞环采用横向粗糙度方向和缸套采用纵向粗糙度方向的组合,能够同时使窜气量和摩擦功耗处于较低的水平;综合粗糙度一致时,采用活塞环表面粗糙度低于缸套表面粗糙度的组合,能有效降低摩擦功耗。

低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响

收集和整理实际加注的多种低硫燃油样品,研究不同黏度低硫燃油对低速船机燃烧过程的影响,详细分析和对比燃烧过程中气缸套壁面附近高温区域的变化。结果表明:低硫燃油黏度分布跨度较大,且整体低于高硫燃油;不同黏度低硫燃油对低速船机缸内燃烧压力的影响不明显,但对放热率曲线及缸内平均温度存在一定影响;低速船机气缸套壁面在约11.5~60°CA之间都会持续受到高温影响,且壁面附近高温区域体积呈现先快速增加后逐渐减小趋势;低硫燃油的黏度越低,其燃烧过程中壁面附近高温区域占比越大,且持续时间越长,低黏度低硫燃油引发气缸套异常磨损的趋势更明显。

渔用柴油机缸套水余热回收实验研究

为回收柴油机缸套水散逸的热量,提高能源利用效率,这里基于T6138ZLCZu型船舶柴油机搭建了一套余热回收台架,并利用Labview软件和嵌入式开发技术设计了以PID模糊控制方法为核心的温度测控调节平台。实验研究了柴油机功率、冷却水流量和温度对柴油机缸套水余热利用效果及燃油消耗率的影响。实验结果表明:在柴油机负荷为75%,外循环水流量为5m^(3)/h时,燃油经济性较好,此时外循环水进出口温度差最高可达到43℃,可回收缸套水热量为205kW。且系统闭环控制效果良好,超调量较小,具有实际应用价值。

柴油机缸套变形分析与改进设计

为降低某型柴油机缸套变形,研究了机体缸孔加工工艺、机体结构改进对缸套变形的影响。使用三坐标测量机,在采用镗削工艺和珩磨工艺这两种加工条件下对机体缸孔、缸套内孔轮廓的变形进行了测量,分析了缸盖螺栓预紧力对缸套轮廓变形的影响规律,对比了机体结构改进前后,缸套内孔的轮廓变形和圆度情况,并用批量生产的缸孔圆度对机体改进方案进行了验证。结果表明:与精镗缸孔工艺相比,采用珩磨缸孔工艺能使缸套变形明显减小,加强机体刚度和采用珩磨工艺的改进设计方案可使柴油机缸套轮廓变形、圆度有明显改善。

基于声发射技术的缸套-活塞环润滑状态监测

为实现对缸套-活塞环摩擦润滑状态的监测,基于声发射技术对某小型四缸柴油机缸套−活塞环的润滑状态进行研究。采用小波阈值降噪法抑制阀门启闭和燃烧所引起的声发射信号,分别提取每个冲程声发射信号均方根(root mean square,RMS),选择RMS值作为评价缸内润滑状态的指标。研究结果表明:进排气冲程RMS值可以很好地表征缸内的润滑状态;受试验条件的限制,贫油状态的RMS值整体上略低于正常状态的RMS值,但差异性并不明显。

基于有限元方法的YZ4DE柴油机气缸套变形分析研究

利用有限元分析的方法对YZ4DE柴油机整机组合件进行了结构分析。为讨论气缸套的变形及其影响因素,提出了一系列评价气缸套变形的评价指标,如最大、最小半径,连续10个截面最大、最小半径,同轴度,圆柱度等。通过多个计算方案的对比结果表明:缸盖螺栓沉孔深度对气缸套变形影响最大,机体气缸筒外壁的铸造偏心对其影响甚小,缸盖螺栓预紧力的加大会加剧气缸套变形。

柴油机缸套磨损故障的机体振动监测研究

研究了柴油机缸套磨损故障的机体振动监测,包括缸套破坏性磨损故障时的机体振动。首先分析了活塞对气缸套的冲击,建立了活塞撞击气缸套侧推力的数学模型,探讨侧推力的大小及作用时间。分析表明,柴油机活塞撞击是机体表面振动的主要激励源。通过模拟试验得知,缸套磨损状态有4种,当缸套间隙正常或中等磨损时,机体振动的增长速度较慢;严重磨损时,振动特征参数值明显增大;如果缸套处于破坏性磨损程度时还继续工作,机体振动则呈指数式增长。这说明机体表面振动特征值的改变可以反映缸套间隙的变化,因此,基于柴油机机体振动对缸套的磨损进行监测是可行的、有效的。

基于改进自适应EEMD的柴油机气缸磨损诊断

为有效地从实测的柴油机机体表面振动信号中提取缸套磨损故障特征,提出了一种改进的自适应集合经验模态分解(EEMD)方法.针对目前集合经验模式分解方法中两个参数(加入白噪声的幅值系数、集合平均次数)依靠人工选择难以准确获取的问题,通过引入相关系数、相对均方根误差准则以及信噪比分析,给出一种可自适应确定这两个参数取值的方法,提高了信号的分解质量,通过仿真分析验证了改进自适应EEMD方法的良好性能.最后,将该方法应用于柴油机缸套磨损故障特征的提取,以各状态下的实测振动信号的瞬时能量谱和特征分量的能量作为故障特征,实现对缸套磨损诊断和磨损程度的识别.

移动载荷作用下的气缸套动态特性建模与穴蚀倾向分析

以V型高强化柴油机为对象,开展了考虑活塞移动载荷作用下的气缸套动态特性建模、分析与评估技术研究.基于所建立发动机柔性多体动力学模型,获得了更为精确的缸套侧向力变化曲线.利用移动载荷理论和有限元相结合的方法,计算得到了气缸套在移动载荷作用下的三维动态特性.在此基础上,探讨了气缸套外壁面响应加速度与穴蚀倾向之间的关联性,以此来指导气缸套的结构设计.结果表明,该方法可较准确地计算出缸套所受移动载荷激励,缸套外壁面的振动加速度响应幅值可较好地评价气缸套的穴蚀倾向.通过增大缸套结构厚度,可减小缸套外壁面振动加速度幅值,降低缸套穴蚀倾向,为高强化柴油机气缸套动态设计提供了重要依据.

柴油机缸套活塞环粗糙度对机油消耗的影响研究

以某车用柴油机缸套及第一道活塞环作为研究对象,利用Ringpak软件研究其摩擦副表面粗糙度参数对发动机机油消耗的影响规律。研究结果表明：首道活塞环密封外圆面的粗糙度对机油消耗的影响体现在环在缸套表面的刮油、布油特性。随着活塞环粗糙度增加,当表面轮廓均方根偏差Rq≤0.4μm时,环的刮油作用减弱,机油消耗呈现略微减小趋势;而当粗糙度进一步增加,环的布油作用增强,机油消耗则会随之明显上升。对于采用平台珩磨型式的气缸套,缸套表面简化后的沟槽形貌特性参数对机油在其表面的流动和分布特性有重要的影响,并进而改变机油通过第一道环进入燃烧室和在缸套表面蒸发消耗的机油消耗总量。随着沟槽深度的增加,在深度≤2μm时,机油消耗呈小幅度增加特征,当深度在2~6μm之间变化时,机油耗会随之减小,而当深度〉6μm时,机油耗则呈显著增加的趋势。随着沟槽宽度的增加,机油消耗变化呈现先减小后增加的规律,宽度为25μm时机油耗最小。随着沟槽与缸套周向的夹角减小,机油在缸套沟槽内的的流动性能变差,机油蒸发量大幅增加,机油消耗量随之增加。随着缸套表面沟槽密度的增加,机油消耗为先减小后增加的特性,当密度约为每米1 700条时,机油耗最小。