内燃机是一种复杂的动力机械,一般的机械故障诊断技术难以直接应用于内燃机故障诊断。内燃机的曲轴角振动信号含有丰富的内燃机工作状态信息,因而得到了国内外的广泛关注,是目前内燃机故障诊断领域的前沿和研究热点。基于曲轴角振动的内燃机扭振测量和故障诊断设备经历了由传统仪器、电子仪器、智能仪器到便携式仪器的发展过程。由于便携式仪器具有体积小、低功耗、野外操作便于携带、抗恶劣环境能力强等特点,使其成为近些年来设计开发人员关注的发展方向。 本文运用多机通信技术、串口通信技术及程序组件技术,以C++ Builder程序开发软件作为系统开发平台,以便携式外部设备作为硬件开发基础,在内燃机扭振测量分析系统(TVM系统)的基础上,开发研制了便携式内燃机曲轴角振动故障诊断系统(PTVM系统)。该系统分为外部硬件设备和后台数据处理软件两大组成部分,通过对内燃机曲轴角振动信号的采集、处理、计算和分析,实现对内燃机的轴系扭振分析和故障诊断。实际应用验证了该系统的可靠性、准确性和实用性。 本文深入分析了内燃机轴系扭振振型的特性,归纳出了在低阶振型中广泛存在的“单谐次准梯形模型”,并在此基础上提出了新的内燃机工作状态单谐次角振动监测方法。根据反映简谐角振动幅值和相位与各缸力矩间函数关系的基本关系式,利用简谐角振动矢量合成方法推导出了满足“单谐次准梯形模型”条件的典型多缸内燃机可以用于状态监测的谐次。发展了既不需要准确轴系结构参数,又不依赖大量实验,且适用于轴系存在较大扭振的多缸内燃机曲轴角振动诊断的新方法。通过仿真研究,验证了基于“单谐次准梯形模型”的内燃机工作状态监测新方法的可行性。 论文的研究工作,进一步发展和丰富了内燃机单谐次曲轴角振动故障诊断方法;开发的便携式系统,在内燃机曲轴扭振测量分析、工作状态监测和故障缸诊断等方面具有工程应用价值。