关于内燃机表面振动信号性质的研究

1内燃机振动信号性质

采用什么样的信号分析法是由内燃机的性质所决定的，任何的分析方法都是在一定条件范围内使用的，因此止确辨别振动信号所体现出来的性质对信号分析方法的选择有着重要的意义

1.1激励具有非平稳性

内燃机在发动的时候会因为两个方向的力而造成振动，这就是所谓的振动激励源。这两个力分别是跟气缸纵向中心线垂直的活塞侧推产生的力，这两个力其一是由活塞与气缸壁而相互作用产生的;其是因沿气缸纵向中心方向的燃气爆发压力以及连杆作用于活塞产生的推力形成的。在平稳随机的过程中，功率谱密度函数的而积等于均方值，非平稳随机过程的功率谱密度频率成分的分布比例跟时间的长短没有关系，功率谱强度其实就是展开功率，它会随着时间的变化而变化，并且随着各运动部件而改变，产生非恒定的数值。如果假设各项参数都是在恒定条件下，只是对内燃机的整体动力输出状态进行大概估算，这时候所得到的参数是属于合理范围内的，而对于结构和分布比较复杂，需要做精确计量的振动监测和诊断，则要考虑到非平稳性

1.2响应具有非平稳性

内燃机的部件结构是相当复杂的，工作振动时会引起很多的激励源，如果要对所有的激励和响应之间的关系进行考量，则有一定的难度，因为响应具有非平稳性。内燃机振动信号是属非线性结构状态，在输入非平稳随机激励时，其响应会更加的复杂;如果系统是线性非变化系统，就可以根据平稳输入平稳输出、非平稳输入非平稳输出，把系统模型变的简单化但在实际应用中，很多激励源跟各要素的关系非常复杂，各机构假设都是随机的，振动的系统是非线性不变系统。比如，内燃机的活塞在做顶部激励时，从气缸箱体上进行测量，其所测出的响应谱结构图和分布的变化非常大，通过测试统计分布频带，可以看到其表现出非平稳性

2振动信号分析方法

在对振动信号进行传输和处理的过程中，需要对信号做各种运算和变换，其信号变换主要包括时移、反转、尺度变换、分解与合成，其数字信号处理模块的功能提供多种信号分析和处理的方法

2.1振动信号滤波

内燃机是一种内部结构复杂的机械，产生振动有多个源头，在不同情形下对应不同的振动频率，至于什么样的频率是不确定的。所以，在提取振动信号的特征之前需要对信号采用滤波方法进行预处理，然后再深入分析滤波可以使信号中特定的频率成分通过，并给予抑制和衰减其他成分。在实践工作中，测试系统采用的是无限冲激响应滤波器，其输出是由当前及过去的输入信号和过去输出值决定的，可以很好保留幅值频率特性，其他的一些滤波器也可以通过设置控制数字滤波器参数的阶数™、频率、阻带和带通、脉动量及阻带衰减

2.2信号的时域分析

从DAQ系统中测量到的采样信号是属于信号的时域表示，采样信号的幅值会随着时间的♀改变而发生变化，通过DAQ系统图可以直观的看到最大值、最小值、峰值、均值等。在振动测试的过程中，要通过分析找出某段时间内异常频率值在信号的时域分析中，通过运用通测法可以采集信号中极限峰值频率和幅值，而对振幅平均测量法的应用可以来完成对输入信号最大值、最小值和峰值的检测，最后应用Waveform Graph可以实现时域波形的显示

2.3信号的频域分析

振动信号测试技术中的频谱分析指的是把时间域的各种动态信号通过傅里叶变换到频率域进行分析，在LABV1p;W中，有很多相应的决速V1来进行谱分析处理，最终实现频谱分析、功率谱分析、数据存储及历史数据装载。通过对频域分析可以得到频域各种参数特征和频域组成信息，而从实验区收集的信号是属于非周期非线性信号。当试验机处于正常运行状态的时候，频率波中会有一个主频率值，如果内燃机有出现故障的话，就会造成频率波的不稳定，而产生具有十扰作用的频率。在频域分析中，可以采用快速傅里叶变换FFT获取到信号的幅频特性和相频特性，对⌘信号的频率和幅值等的特¡征参数进行测量

3内燃机振动的控制措施

3.1被动控制

3.1.1控制内燃机的振动问题，首先是设计合理的方案来降低内燃机本身的振动或是避免有害振动的产生，其次是采取措施降低内燃机振动对周边环境的影响。对于前者主要是通过建立仿真模态来分析内燃机振动情形下哪些会有共振的现象发生，然后通过调整内燃机、悬置系统结构参数达到有效设置振动模型的目的。而后者主要采用的是控制振动产生和振动能量传递过程的方法，控制振源、传输途径和受保护对象，主要手段有减振技术和隔振技术

3.1.2隔振技术。隔振技术的方法主要是在振源和被保护源之间安装一些具有弹性和阻尼作用的隔振装置，将刚性连接变成柔性连接，这样就可以削弱能量的传递，从而减少震动对周围环境和自身产生的影响。另外还有一种叫消极隔振，它的作用主要在于降低基础震动对防振设备的影响，通过利用减振器跟基础振隔开，以减低基础振传递给防振设备的能量

3.1.3单独隔振和整体隔振。根据内燃机型号的不同，✡可以采用整体隔振和单独隔振两种方式。整体隔振是指将内燃机以及其从动机械如电机、传动机齿轮箱等整套机组作为一个整体放到隔振器上，一般是一个底座底座的刚度一般都很大，对降低机组的重心和刚度有很大的作用，从而加大质量，减少机组本身的振动。同时，还可以对整个隔振系统的固有频率起到降低的作用，提高隔振的效率单独隔振就是指把内燃机和从动机械分别进行隔振但是考虑到隔振形式的底座比较弱，内燃机振动和附加的应力都比较大，所以有时候需要通过采用附加底座的方式增加其刚性

3.1.4减振技术。减振技术是指通过频率调整渠道、减少震能渠道或是装设减振器的途径来消减轴系扭转转动。目前市而比较常见的减震器主要有动力减振器、阻尼减振器和复合式减振器使用的比较多的减振技术有动力减振技术、粘弹阻尼减振技术、冲击与颗粒阻尼减振技术和空气压膜阻尼减振技术

3.2主动控制

为进一步提高内燃机防振效果，对隔振的要求也提出了更高的要求，比如要求隔振器的动力设备装置更加隐蔽、安全、平稳和舒适，宽频带振动隔离技术也就应此而产生了。这种技术是属于主动控制，也称为源减振技术。内燃机是属于一种宽频带激振源，比高速大功率柴油机的激振频率更宽，内燃机低频强激振力会对设备的整体强度产生影响，所以对隔振系统的稳定性有更高的要求。宽频带振动隔离技术需要依靠其他的能源来搭配共同支撑减振装置的工作，主要方法有双层隔振、金属弹簧与弹性材料组成的负荷隔振系统，具有效果好、适应性强的优点

4结束语

随着现代社会工业化的发展，为提高生产率，人们对内燃机的依赖程度越来越高，对内燃机的要求也越来越高。内燃机在使用过程中会发生振动，振动信号是内燃机运行状态的载体，所以掌握振动信号特征是判断内燃机故障的一种很好的方法，从而减少故障发生率，同时也需要做好减振措施。