气门机构

气门机构（共5篇）

气门机构 篇1

0引言

随着市场竞争的加剧,有统计表明,产品研制约70%～80%的成本耗费在设计阶段。由于发动机结构复杂,其零件模型的建立速度决定着整个产品的开发效率和质量,因此,提高发动机中同类零件的建模速度显得十分必要和迫切。SolidWorks是一款智能化的参变量式CAD软件,通过其提供的二次开发接口(SolidWorks API)进行CAD二次开发,实现快速参数化建模,可以很好地解决这个问题。

1SolidWorks API开发原理

SolidWorks API是基于COM技术构建的,完全支持OLE标准。SolidWorks API接口分为两种:①基于OLE Automation的IDispatch技术,通过IDispatch接口暴露对象的属性和方法,开发者可以在程序中使用这些属性并调用它所支持的方法;②基于Windows平台的COM技术,开发者通过操纵对象的属性和调用对象的方法建立自己的应用程序[1]。

SolidWorks API主要分为应用程序对象、配置文件对象、事件对象、注解对象、模型对象、特征对象、草图对象等,是一个自上而下的多层次的树型网络结构,它包括对象的类型、属性和方法[2]。

2二次开发技术

SolidWorks二次开发是基于COM技术的,而COM的核心体系结构是基于C++标准架构的。因此,Visual C++能最大程度地使用SolidWorks API,是SolidWorks的最佳开发工具。而且Visual C++功能完善的集成开发环境、高度可视化的开发方式和强大的向导工具能够帮助用户轻松开发各种应用程序,效率更高,更适合于开发大型系统。

本文采用动态链接库方式进行二次开发,程序将以插件的形式嵌入SolidWorks的菜单中,用SolidWorks可以直接调用。该方法能够调用SolidWorks API的数量多,效率高,操作方便。

3参数化建模的方法

SolidWorks参数化建模方法有两种:①直接由程序生成模型,称为编程法建模;②利用零件模板,通过修改模板参数生成新零件,称为尺寸驱动法建模。

3.1 编程法

编程法是一种自下而上的建模方法,在零件的设计过程中,根据零件之间的工程关系和几何关系,利用SolidWorks API提供的草图绘制工具函数绘制二维草图,调用特征生成命令生成三维实体,完成零件建模是手工建模的程序再现。理论上,手工可以实现的建模,都可以通过编程法实现。该方法适合生成多个变参数的模型,灵活性强,不需要模型库支持。不足之处是每次建模都是一个从头开始建模的过程,工作量大,对开发者要求较高,需掌握大量API函数。

3.2 尺寸驱动法

尺寸驱动方法是一种自上而下的建模方法,以零件模板为基础,其零件结构不变,将模板尺寸设为变量,当程序运行时,用户输入参数,由程序根据参数值对草图尺寸或三维特征进行修改,然后完成建模,不必重绘草图。该方法必须有模型库的支持,需要用户事先手工建立模型库,保存至程序指向的路径。该方法不需要开发者掌握大量的API函数,但是对模型库的依赖性很高,一旦模型库确定,零件就不能随意更改。

这两种建模方法都可以参考SolidWorks的宏录制,通过选取宏记录中的操作函数信息,将函数转化为相应的编程语言格式,添加必要语句,即可完成建模。

4发动机气门建模实例

以发动机气门建模为例,采用尺寸驱动法实现其快速建模。尺寸驱动法建模流程如图1所示。根据气门的结构特点,分别对各类气门进行手工建模,组成气门模板库。

该方法的关键技术是程序从对话框中获取气门尺寸参数,利用参数修改或新建气门模板配置,实现快速建模。

4.1 建立气门模板

以尾端为半圆卡槽的平顶气门结构[3](如图2所示)为例创建零件模板。绘制气门草图时,采用SolidWorks的智能尺寸工具标注尺寸,在配置属性面板里,根据结构关系修改尺寸名称,如“D1@sketch1”、“H@sketch1”,通过特征旋转命令建立三维模型,保存零件至模板库中。建模后,通过自动生成的Excel格式的系列零件设计表,可以查看默认配置的全部尺寸名称及相应尺寸参数。

4.2 创建插件工程和参数输入对话框

在VC++6.0中,用ATL COM AppWizard向导建立SolidWorks插件程序框架[4],在工程中插入如图3所示的对话框。并创建参数输入对话框类valveDiolog,添加成员变量,如将D1编辑框命名为CString类型的变量m_D1。

在valveDiolog类中定义一个类型为SldWorks对象类的指针和获取SldWorks对象的方法,其代码如下:

CComPtr m_isldWorks_dlg;

//创建ISldWorks类型的对话框指针

Void getSW(ISldWorks* SW){

This-> m_isldWorks_dlg=SW;

//将ISldWorks接口指针传给对话框

}

在插件类swobj.cpp中,必须实例化对话框类valveDiolog,通过调用getSW()函数,获取SldWorks对象的接口指针,使对话框能够调用SolidWorks API函数。

4.3 尺寸驱动建模的关键技术

插件程序加载零件模板的步骤是通过调用SldWorksOpenDoc6函数实现,其主要语句如下:

CComPtrm_iModelDoc;

CComBSTR fileName(_T("D:MyProjectPart3.SLDPRT"));

long Errors,Warings;

m_iSldWorks_dlg->OpenDoc6(fileName,sw-

DocPART, swOpenDocOptions_Silent,NULL,&Errors,&Warings,&m_iModelDoc);

其中D:MyProjectPart3.SLDPRT为模板文件的储存目录,VC++要用“”表示路径。

SolidWorks的配置是由配置管理器负责管理的。为气门零件模板添加新配置,可以通过调用配置管理器对象的ConfigurationManagerAddConfiguration()函数来实现。其主要程序如下:

CCComPtr pConfiguration;

//定义配置对象

CComPtr pCon-figurationMgr;//定义配置管理器对象

m_iModelDoc->get_ConfigurationManager(&pConfigurationMgr);//定义配置对象

CComBSTR Name(_T(m_ConfigName));

//定义配置名

pConfigurationMgr->AddConfiguration(Na-∷me,NULL,NULL,0,NULL,NULL,&pConfigura-tion);//添加一个新配置

新建配置需要将对话框中的参数值传递给配置表中的各零件尺寸变量。由于COM组件不支持CString数据类型,需对获取的参数调用CString∷AllocSysString()方法,转化为BSTR类型数据,然后再调用ConfigurationManager∷SetConfigurationParams()函数,完成配置表参数设置,即可完成气门三维建模,程序实现的最终模型见图4。

5结论

本文阐述了两种参数化建模的方法,并通过气门建模实例论证了尺寸驱动法建模。尺寸驱动法建模简单实用,容易掌握,在实际应用中,对加快发动机各零部件的建模速度、提高开发效率、缩短产品设计周期有很强的实际意义。

参考文献

[1]王文波,涂海宁,熊新军.SolidWorks2008二次开发基础与实例[M].北京:清华大学出版社,2009.

[2]SolidWorks公司.SolidWorks高级教程:二次开发与API[M].北京:机械工业出版社,2009.

[3]陈家瑞.汽车构造(上册)[M].北京:人民交通出版社,2001.

[4]郑阿奇,丁有和.Visual C++教程[M].北京:清华大学出版社,2005

米列尔：掌控俄罗斯“气门” 篇2

前不久，因为乌克兰危机愈演愈烈，西方国家宣布制裁俄罗斯，十余名俄罗斯政要和企业名人被禁止进入美国和欧盟国家，米列尔的名字就赫然写在这个黑名单上。

其实，世界的目光早就在注视米列尔，他从2001年，即普京第一次出任总统后不久，便开始担任俄罗斯最大国企的领导职务。据内部消息，米列尔个人持有天然气工业公司 0.00095828%的股份。米列尔除了大摇大摆地走进俄罗斯天然气工业公司之外，还走进了公司下属企业的董事会，如天然气基金、天然气保险公司、天然气工业公司银行和西伯利亚石油天然气工业公司。米列尔还是“北溪”天然气管道工程公司管理委员会委员，这家公司肩负着俄罗斯通过波罗的海向欧洲输送天然气的业务。此外，米列尔还担任国际能源评奖委员会，全球能源监督委员会委员等职务。

天生具有组织能力

米列尔1962年1月31日生于苏联列宁格勒一家保密工厂员工的家庭。1979年中学毕业后，考上了列宁格勒财经学院攻读工程师-经济师专业。大学毕业后，他曾在民用住宅设计院上过班。1989年，他在列宁格勒财经学院通过了经济学副博士论文答辩。

米列尔天生具有组织能力，上个世纪80年代末，他在列宁格勒市青年宫组织了一个青年经济学家俱乐部，来者都是风华正茂的社会精英，后来他们几乎个个都在俄罗斯官场和商场崭露头角，其中有当过俄罗斯副总理的、“统一电力”公司总裁丘拜斯、2000-20005年普京的经济顾问伊拉里昂诺夫、圣彼得堡市副市长马涅维奇（1997年遇刺身亡）、2000-2004年俄罗斯经济发展和贸易部副部长德米特列夫、曾经出任俄罗斯财政部长的库德林。其中一些人，后来还与米列尔一起，成为列宁格勒市苏维埃执委会的同事。

1990年，米列尔当上了列宁格勒市苏维埃经济改革委员会的科长，这个委员会的副主任恰是米列尔的大学同学，后来的俄罗斯财政部长库德林。而米列尔的俱乐部会员丘拜斯，1990年已出任列宁格勒市苏维埃执委会第一副主席和经济改革委员会主席了。

1991年，米列尔被分配在列宁格勒市政府外经贸委工作，普京当时担任外经贸委主任，其办公室主任就是如今大名鼎鼎的谢钦，后来他与米列尔同时被列入普京的八大金刚，2014年3月，又一同被列入欧美宣布制裁的俄罗斯政要和企业界名人。

米列尔自1991年至1996年在经贸委工作期间，极为擅长与西方银行拉关系，包括德累斯顿银行和里昂信贷在内的一些国际著名银行。米列尔除了善于在这些外国企业之间穿梭斡旋和获取利益之外，还在为圣彼得堡拉拢外资银行投资方面，起到了不可替代的作用。

1992年5月，圣彼得堡市苏维埃研究讨论外经贸委的工作，宣布了俄罗斯政府给予圣彼得堡特殊出口商品配额的决定，即俄罗斯将柴油、木材和水泥等出口至西方，用易货的方式换取圣彼得堡急需的日用品。但后来，圣彼得堡外经贸委，不仅以高于国际市场的价格订购了西方的日用品，而且西方交易伙伴竟然根本没有交货，此事竟不了了之。后来，圣彼得堡外经贸委办公厅主任阿尼金被撤职查办，成了替罪羊，而米列尔得到了普京的提拔，出任圣彼得堡外经贸委副主任。

米列尔在外经贸委副主任的位置上，一直做到1996年。那年夏天，普京的恩师，圣彼得堡老市长索布恰克，竞选列宁格勒市州长败北，整个市领导班子被炒了鱿鱼，树倒猢狲散，市政府一半以上的干部被迫离职，其中也包括普京和米列尔。

米列尔离职之后，去了圣彼得堡海港股份公司，做了该公司的发展与投资部经理。普京则去了莫斯科，做了叶利钦总统的办公厅副主任。1999年，普京当上了总理，不忘记拉米列尔一把，让他做了波罗的海管道系统股份公司的总经理。再后来，普京受到叶利钦垂青，2000年当选俄罗斯总统，他依然不忘旧部，召唤米列尔前来莫斯科，让他当了俄罗斯联邦能源部副部长，可见米列尔深得普京厚爱。

一年内将公司副总全部赶走

1999年，米列尔在波罗的海管道系统股份公司做总经理仅仅一年，事业并无建树，就被普京调到了天然气工业公司，取代叶利钦时代的老寡头维亚西列夫做了董事长。普京此举，意在排除异己，在能源领域安插自己的亲信。

米列尔负责能源部的国际经济活动与燃料动力综合体的国际合作，实际上，这都是他在圣彼得堡市政府外经贸委所做的那些事情，只不过，他的覆盖半径从一个城市变成了全俄罗斯。

后来，叶利钦时代的俄罗斯联邦能源部“不倒翁”部长，能源老寡头维亚西列夫被赶走，米列尔当上了俄罗斯天然气工业公司的董事局主席，标志着叶利钦时代俄罗斯总理切尔诺梅尔金和维亚西列夫垄断俄罗斯能源时代的结束，预示着普京和米列尔国家垄断能源时期的开始。

米列尔出任天然气工业公司董事局主席后，新官上任三把火，他先调整公司结构，改善公司财务状况。加上普京的鼎力相助，甚至强势干预，俄罗斯石油市场玩家，被迫接受了这家最大国企换帅的事实。米列尔2001年开始实施公司裁员，在一年之内，他将公司副总全部赶走。之后，他又效仿普京，将昔日好友逐一请进公司，安排在关键位置上，到2004年，米列尔董事局主席的地位已经巩固。2006年以后，米列尔彻底扫平了绊脚石，再也没有人怀疑他对天然气工业公司的掌控力了。

普京对米列尔的支持是巨大的。2002年底，普京帮助他有效地阻止了俄罗斯联邦经济发展部提出的将天然气输送系统、开采系统和加工系统从总公司分割出去，归国家统一管理的改革方案。2003年2月，普京在天然气工业公司成立10周年庆祝大会上宣布，任何机构都不得打破俄罗斯天然气行业的国家垄断模式。2003年秋季，普京又抵制了欧盟提出的，要求俄罗斯天然气工业公司停止出口垄断的要求。至此，维护全面垄断，就成了天然气工业公司里最流行的一句口号，也成了反对改革的一块挡箭牌，一些俄罗斯民营天然气开采公司和输送公司还因此丢了饭碗。米列尔夺取了俄罗斯向独联体国家输送天然气的控制权，害得原来以此为生的依杰拉公司走投无路，关张歇业。

米列尔还极力维护普京的意识形态控制。普京不喜欢俄罗斯НТВ电视台（该电视台实际的大股东就是天然气工业公司）在2003年莫斯科轴承厂剧院人质事件中的报道倾向，米列尔便将台长约尔丹除名。

米列尔主政天然气工业公司最大的业绩之一，就是将该公司推上了俄罗斯同行业公司之首。普京为了强化对天然气工业公司的直接管理，甚至指示米列尔冒险将天然气工业公司和俄罗斯石油公司合并，用前者的10.7%的股份换得后者100%的股份。最终，由于克里姆林宫内部的权力斗争，股份交换没有实现，天然气工业公司的股份为国家出资收购，用俄罗斯石油天然气公司做了平衡。此后，俄罗斯股票市场逐渐走向自由化（取消了对证劵市场股票交易的限制），截止那时，天然气工业公司的资本，比15年前初创时，增长了219倍。

气门机构 篇3

关键词：可变配气相位与气门升程,设计,步进电机,凸轮,凸轮曲线

0 引言

汽车发动机配气相位和气门升程对发动机性能有很大影响。随着发动机转速和负荷的不同,对配气相位和气门升程的要求也不同。但在传统的发动机配气机构中,气门驱动凸轮的形状、凸轮轴与曲轴的相对位置是固定的,在发动机运转时配气相位和气门升程都不能改变,导致发动机性能就不能在各种工况下均能得到最佳优化。为解决上述问题,汽车发动机可变配气相位与可变气门升程装置应运而生。可变配气相位(Variable Valve Timing,简称VVT)机构能使气门正时、气门开启持续时间及气门升程等参数中的一个或多个随发动机的工况变化实时进行调节,从而获得更好的燃油经济性、更优异的扭矩和功率特性,提高怠速稳定性和降低排放。

1 可变配气相位技术的研究现状

可变配气相位机构按结构特点和驱动方式的不同,可分为凸轮驱动机构和无凸轮驱动机构两大类。凸轮驱动可变配气相位机构研究时间相对较长,机构相对简单可靠,在汽车上已获广泛应用。随着微电脑技术的发展,无凸轮驱动可变配气相位机构成为近年来研究的新领域,由于其涉及液压、电磁、电子等多个领域,结构较为复杂,目前正处于研究及试用阶段。

1.1 可变配气相位技术在各工况下的实现功能

1)低温、起动、低负荷、低速

如图1(a)所示,延迟进气门的打开时刻,提前排气门的关闭时刻,可减少气门重叠,以减少废气逆吹入进气管,从而达到稳定怠速、提高燃料经济性和起动性能。

2)中等负荷、高负荷中低速

如图1(b)所示,提前进气门的打开时刻,推迟排气门的关闭时刻,可增加气门重叠,以增加EGR率以及降低泵气损失,从而改善了排放控制和燃料消耗率。此外,提前进气门的关闭时刻可减少进气被逆吹回进气管,改善了充气效率。

3)高负荷、高速

如图1(c)所示,提前排气门的打开时刻,可以减少泵气损失;延迟进气门的关闭时刻,可以利用惯性增压提高充气效率,从而提高发动机的输出功率。

4)废气再循环(EGR)功能

通过提前打开进气门,让部分废气流至进气管,起到废气再循环(EGR)的作用,从而降低NOx的排放。

1.2 凸轮驱动可变配气相位机构

1)改变凸轮轴相角的可变配气相位机构

该类机构利用凸轮轴调相原理,凸轮曲线是固定的,而凸轮轴相对曲轴的转角是可变的。属于这种原理的机构很多,各机构主要的差异在于实现凸轮轴调相的方式不同。其主要代表为丰田可变气门正时系统(VVT-i),它是利用发动机润滑油的油压来调整凸轮轴相对于正时齿轮的转角,执行元件液压控制器有螺旋槽式和叶片式两种类型。此类机构结构原理简单,可以保持原发动机气门系统不变,只用一套额外的机构来改变凸轮轴相角,对原机改动较小,便于采用;其缺点是不能改变气门升程和气门开启持续时间。

2)变换凸轮曲线的可变配气相位机构

这类机构可以提供两种以上凸轮曲线,在不同转速和负荷下采用不同的凸轮曲线驱动气门。如本田公司的可变配气相位与气门升程(VTEC)机构,就能根据发动机运行工况的变化,通过变换驱动气门的凸轮,来实现对配气相位及升程的控制。但此种机构可变配气相位与可变气门升程不是连续变化的,而只是分成两个阶段,因此,还是不能满足所有工况变化的需要。

3)既改变凸轮轴相角又变换凸轮曲线的可变配气相位机构

丰田公司的智慧型可变气门正时及升程控制系统(VVTL-i)由两部分组成。一部分由VVT-i液压控制器和液压控制阀组成,用来改变进气凸轮轴与其带轮的相对位置,控制进气门的配气相位;另一部分由VVTL-i液压控制阀、进气凸轮轴和摇臂总成等组成,用来变换驱动进气门的凸轮,以改变进气门升程。

1.3 无凸轮轴可变配气相位机构

1)电控液压驱动可变配气相位机构

电控液压气门驱动是将气门与一个液压活塞相连,通过电磁阀控制液压缸内高低压油液的流入和流出来控制气门的运动。主要的开发公司分别为Ford和Lucas公司。Ford公司开发的可变配气相位机构取消了气门回位弹簧;Lucas公司开发的可变配气相位机构保留了气门回位弹簧。

2)电磁铁驱动可变配气相位机构

电磁铁驱动可变配气相位机构由电磁线圈直接驱动气门,通过改变线圈的通电和断电时刻控制气门的开启始点和开启持续期。气门动作调节灵活、响应迅速、调节能力强。

2 一种新型发动机可变配气相位与气门升程机构的设计

本机构属凸轮驱动的可变配气相位机构,其控制原理如图2所示。凸轮轴凸轮曲线与普通凸轮轴凸轮曲线不同,它是能满足发动机所有工况要求的配气相位和气门升程的连续变化的曲线,凸轮轴轴向位置由步进电机驱动,步进电机由发动机电脑(ECU)控制。步进电机控制原理如图3所示。发动机电脑主要根据转速、负荷、水温、节气门开度等信号综合分析、计算,通过控制ISC1、ISC2、ISC3、ISC4的搭铁顺序及次数,就可控制步进电机的转动方向及步数,进而精确控制丝杆伸出或缩短的长度。丝杆伸出,推动凸轮轴向左移动,改变了凸轮与气门挺杆的接触位置,也就改变了该气门的配气相位与气门升程。丝杆缩短,则由回位弹簧控制使其自动向右,同样使该气门的配气相位与气门升程得到了精确的控制。

1-回位弹簧支架;2-凸轮轴;3-回位弹簧;4轴颈;5-凸轮;6-丝杆;7-步进电机;8-插头

该机构的控制系统可直接在发动机电脑(ECU)上扩展而成,不需单独的控制系统。且能对进、排气门的配气相位和气门升程都实行精确、连续的控制,很方便就能实现发动机的废气再循环(EGR)功能,大大降低NOX的排放。

3 结束语

无凸轮轴可变配气相位机构由于去掉了凸轮系统,由电脑(ECU)控制,能对气门正时的所有因素进行控制,在各种工况下获取最佳气门正时;另外,还能关闭部分气缸的气门,实现可变排量,因此,它是未来的主要发展方向,但该技术目前还有待于进一步完善与发展。本设计能克服原有的凸轮驱动的可变配气相位机构的缺点,能方便实现对进、排气门的配气相位及气门升程的全范围控制,且原结构没有大的变化,技术已经成熟。

参考文献

[1]陈勤学,崔可润,朱国伟.可变气门系统的研究与发展[J].车用发动机,2002,(3).

[2]苏岩,李理光,肖敏,曾朝阳.国外发动机可变配气相位研究进展-机构篇[J].汽车技术,1999,(6).

[3]陈高路.汽车发动机控制系统检测与维修工作页[M].人民交通出版社,2007.

气门机构 篇4

在柴油机的实际状态监测与故障诊断中,特别对多缸机而言,其缸盖振动信号不但含有本缸激励力的信息,其他缸对其振动也有影响,且各缸的不同状态对某一缸振动的非线性影响也不相同[1]。对于这种非线性现象,若仅采用以二阶统计量(如相关函数、功率谱等)作为数学分析工具的传统信号处理方法则很难从根本上解决问题。基于相关函数和功率谱,不能识别非最小相位系统,对加性噪声比较敏感,适合用于加性白噪声数据的处理。为了克服上述缺点,必须使用三阶或者更高阶数的统计量,它们称为高阶统计量。基于高阶统计量的信号分析称为信号的高阶统计分析,也称为非高斯信号处理[2]。

高阶统计量在信号处理与系统分析中极为重要,它包含着比二阶统计量更为丰富的信息量(如相位信息等),具有在有色高斯噪声中提取非高斯信号的能力,解决了重构非最小相位系统、有效辨识非因果非最小相位系统和非线性系统等问题[3]。一般情况下,机械设备振动中的噪声可以近似当作高斯噪声处理[4]。高阶谱弥补了功率谱的不足,利用高阶谱对故障信息的灵敏性可以监测设备的运行状态,实现其故障诊断与识别。本文利用基于非高斯AR模型的双谱估计方法,刻划了柴油机缸盖系统的非线性行为,提取了可用于气门机构状态监测与故障诊断的特征参数。

1 非高斯AR模型双谱估计

对于一个离散、平稳时间序列{X(t),t=1,2,…,N},根据信号的离散傅里叶变换,离散双谱的定义为:

B(ω1,ω2)=E (1)

由于客观存在的时间序列都是实值过程,存在关系:X(-ω)=X*(ω),于是有:

B(ω1,ω2)=E (2)

式中,|ω1|≤π,|ω2|≤π,|ω1+ω2|≤π。双谱表达了谱值B(ω1,ω2)与两个频率分量ω1、ω2三个谱元之间的相关性,反映了信号的偏态特性。对于线性系统而言,若三者相互独立,则双谱幅值为零;对于非线性系统而言,在某些频率会表现出较强的相关性,即三者之间发生耦合,意味着信号中存在二次非线性关系,在双频率坐标下的三维图形上出现较高的谱峰,因此双谱分析可以识别系统的非线性特征。

基于AR模型的双谱方法,用于估计非高斯白噪声通过p阶AR模型而产生的输出序列的双谱。设x(0), x(1),…, x(N-1)是零均值的观测样本,采样频率为fs。{x(k)}为一个N长的离散随机过程,现用非高斯白噪声激励AR(p)模型来拟合观测数据{x(k)}。

具体估计步骤为:

(1) 将所给数据分成K段,每段含M个观测样本,记作x(k)(0), x(k)(1), …, x(k)(M-1),其中k=1,…,K。允许两段相邻数据之间有重叠。

(2) 计算各段观测数据的三阶矩:

R^(k)(m,n)=1M∑S2i=S1x(k)(i)x(k)(i+m)

x(k)(i+n)(k=1,…,K) (3)

式中,S1=max(1,1-m,1-n);S2=min(M,M-m,M-n);m、n均为时移点数。

对K段数据的三阶矩估计值进行总体平均,确定N长观测数据的三阶累积量估计值为:

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(3) 估计非高斯白噪声序列ω(k)的三阶矩undefined利用上式的结果,可得:

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式中,undefined;undefined是p个待估计的AR模型参数。

undefined

(4) 根据p个模型参数进行双谱估计:

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式中,undefined。

双谱的幅值特性及相位特性可由式(8)确定:

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2 故障模拟试验

气门漏气和气门间隙异常为柴油机气门机构最常见的两种故障[5]。进气门由于受进气流的冷却作用,热负荷较轻,故障率较低;而排气门的热负荷相对较重,故障率较高,对其故障检测也相对困难。为了对气门机构故障进行有效的研究和诊断,本文以6135柴油机为试验对象,在其排气门上设置故障采集不同状态时的振动信号。测试与数据处理系统如图1所示。其中,振动加速度传感器测量被测缸的缸盖振动信号;上止点脉冲传感器安装在凸轮轴旁,测量被测缸的上止点信号,用于标定缸盖振动信号。

测试中,柴油机空载运行,转速为1 500 r/min,采样频率为25 kHz。信号采集时,加速度传感器安装在进气门与排气门之间,基本处于气缸盖中央。由于新排气门与气门座配合不严,会产生漏气故障,但漏气量不大,与柴油机实际运行中的气门轻微漏气故障相似,故选用了未研磨的新排气门来模拟排气门的轻微漏气故障;在排气门与气门座的结合面上开个切口(4 mm×1 mm),此时气门漏气量与气门运行过程中由于烧蚀等原因产生的严重漏气现象相似,用于模拟排气门的严重漏气故障。模拟故障状态设置见表1。

3 缸盖振动信号的双谱分析

气门机构正常、严重漏气时,缸盖振动信号的时域波形及功率谱图分别如图2、图3所示。结果表明:故障状态时缸盖振动响应的时域波形和功率谱形状均有明显变化。这是由于柴油机工作过程存在循环间波动及工作循环内波动,缸盖振动响应的时频域参数存在较大波动。但即使在稳定工况下,柴油机缸盖振动信号的时频域参数也存在着较大波动。因此,基于时频思想的诊断特征量的重复性并不好,其诊断效果具有局限性。

利用非高斯AR模型双谱估计缸盖振动信号,数据分段长度为128点。图4～图8分别为正常、间隙过小、间隙过大、轻微漏气及严重漏气状态时的缸盖振动信号的双谱分析。其中,双谱三维立体图的频率轴采用频率点数表示,双谱平面的频率轴f1、f2则以双频的最大频率值为基准进行归一化处理。

由柴油机缸盖的振动特性可知[6]:气缸压力和排气门开启激励为低频激励,其主要能量集中在低频范围内,气门机构发生故障将导致缸盖振动的高频能量的显著增加。图4～图8中的双谱幅值不为零,表明缸盖振动信号是非线性和非高斯信号。这也进一步说明了柴油机缸盖系统在运行过程中存在着调制、非线性刚度及结构不对中等现象,其产生的机械振动信号总是或多或少地存在非线性,且与故障程度有关,故障越严重,非线性则越强。

与正常状态时相比,其他各故障状态时的双谱峰值明显增大,而且双谱相位的分布亦趋向复杂化,说明当气门机构发生故障以后,引起了缸盖振动的非线性特性的变化。这是因为在正常情况下,非故障信号往往为高斯信号或近似高斯信号,均值为零的高斯过程的高阶谱(k>2)等于零;而故障信号往往是非高斯的。因此,一旦系统出现故障,信号就会从高斯过程进入非高斯过程,其双谱幅值不再为零,而是出现1个比较大的峰值。

图4中正常状态的双谱峰值较小,相位分布比较均匀。图5与图8、图6与图7中双谱的相位分布比较接近,但双谱峰值差别明显。间隙过大状态的双谱峰值大于轻微漏气状态,严重漏气状态的双谱峰值大于间隙过小状态,说明间隙过大和严重漏气状态时振动信号的非高斯成分显著增加,缸盖系统的非线性程度明显增强。

相关研究结果表明[7]:系统的非线性特性会对其输出的信号产生巨大的影响。通过寻找系统输出信号频率之间的相互关系可以识别其非线性特征,因此,利用双谱能够识别系统的非线性特性。气门机构在正常状态下,其双谱在双频率平面内的分布较为平坦,随着工况的恶化(工作部件的磨损和变形程度的加剧),缸盖系统的非线性程度不断地加强。气门机构在各种工作状态下具有较为稳定的双谱形状,且不同工作状态之间的双谱具有明显的可分性,因此基于双谱可以提取气门机构的故障特征。

4 主对角切片分析及特征提取

双谱是一个二维量,对其直接进行分析处理比较复杂,可以采用一维切片进行数据降维和故障特征选择。由高阶累积量的对称性可知:双谱的谱峰在双频率平面内是以其对角线为轴呈对称分布的,即如果将双谱的对角切片在f1或f2频率轴上设投影的话,其投影谱的谱峰位置与功率完全重合,但幅值不一定相同。因此,对角线的谱峰位置既决定双谱的结构,是双谱结构的重要参数,同时也反映了信号的特征。

通过大量试验分析后选取双谱的主对角线(双谱平面中心为起点的45°对角线)切片作为特征,再按谱峰求取方法求出谱峰所对应的频率值,即可确定谱峰的位置。主对角切片谱峰的幅值也是重要的特征参数。主对角切片相比故障信号的功率谱分析,其幅值明显下降,说明能够有效地消除有色噪声。

图9为正常状态时缸盖振动信号的双谱主对角切片和AR功率谱。图9a中的0～64代表0～12.5 kHz,图中曲线实际上是主对角切片在频率轴上的投影;图9b为振动信号的AR功率谱。主对角切片的最大尖峰位置(第41点)对应于AR谱图最大谱峰的频率(8 kHz),因此,可从双谱主对角切片中提取故障特征。

图10为不同故障状态时缸盖振动信号的双谱主对角切片。不同状态时的主对角切片投影图表现出了明显的不同,故障状态时双谱主对角切片的尖峰位置均向高频率方向移动,尖峰的幅值也明显增大。

根据图9和图10所示的双谱主对角切片谱图,提取气门机构在不同状态时的故障特征参数(最大尖峰位置和最大尖峰幅值)。其中,最大尖峰位置的单位为kHz,可以由双谱对角切片谱图中最大尖峰出现的点数转换为频域对应的频率,即点数×12.5 kHz/64。

试验发现不同周期之间缸盖振动信号的主对角切片位置及幅值稍微存在着波动,通过参数平均(50次)来减小由于柴油机工作过程中循环波动对特征参数提取结果造成的影响,从主对角切片提取的最大尖峰位置和最大尖峰幅值如表2所示。结果表明:与正常状态时相比,故障状态时双谱主对角切片的位置和幅值均有所增大,但增长的程度并不相同,因此可对各个故障状态进行区分。

5 结论

(1) 基于非高斯AR模型的双谱估计方法,克服了数据直接加窗的固有弱点,不存在谱线泄漏、旁瓣出现、分辨率低、弱信号淹没等问题,谱峰突出且定位准确;能够在数据较短的情况下,提供较高的分辨率并且可以提取信号的相位信息。

(2) 利用双谱估计对非线性、非高斯信号的敏感性质,对柴油机气门机构的故障特征进行了分析。相同工作状态的双谱及其等高线具有相似性,不同工作状态下信号的双谱及其等高线具有明显的可 分性。

(3) 通过对双谱进行数据降维处理,从主对角切片中提取了最大尖峰位置和最大尖峰幅值。提取的这些特征参数比较稳定,可用于柴油机气门机构的状态监测与故障诊断。

参考文献

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气门机构 篇5

一、气门与气门座的主要损伤

气门的主要损伤有:气门密封锥面烧伤与刮伤, 气门杆拉伤与刮伤, 气门杆弯曲, 气门头部歪曲, 气门头部断裂等。

气门座圈的损伤有:因磨料磨损和由于冲击负荷造成的硬化层疲劳脱落以及排气门座圈受高温燃烧气体的腐蚀和烧蚀。气门座圈磨损后, 工作面加宽, 气门关闭不严。

二、气门和气门座的鉴定

为了保证气门与气门座的密封性, 气门头和气门座的工作斜面应光洁, 不得有凹陷、麻点和刻痕, 接触带也不应过宽, 如气门和气门座存在上述缺陷, 则要进行修理。气门杆应光洁无刻痕, 气门杆不直度与椭圆度应不大于0.05 mm, 气门杆上每100 mm的不直度, 和气门头斜面相对于气门杆的圆跳动量, 均不应超过0.05 mm。

三、气门的修理

1.当气门杆弯曲超过极限值时, 可放在小型的压力机上进行冷加压校直。在加压时可在承受压力的气门杆上垫放铜片, 以防止损伤气门杆表面。气门杆头部歪曲可用冷校法校正。

2.气门杆端面磨损严重时, 可在磨气门机上磨平, 但应注意此端面与气门杆的垂直度。磨平后用油石打光, 粗糙度Ra不能大于0.8 μm。

3.气门锥面磨损时, 如果气门仅有轻微的磨损和蚀痕, 可让气门与气门座直接研磨来恢复其密封性。研磨前要清除气门、气门座和气门导管上的积碳和污物。研磨可以用手工, 或在气门座研磨机上进行。如果气门锥面磨损起槽或有烧蚀麻点时, 气门头厚度足够, 气门杆与其导管的配合间隙符合要求, 可利用气门机进行光磨气门。在气门光磨机上作业时应注意四个问题:一是保证气门头与杆部同心, 否则应先校直;二是光磨量在能磨出完整的锥面的前提下越小越好;三是尽量降低表面粗糙度;四是气门杆端部凹陷应予以磨平。

4.气门裂纹的检修:可用磁力控伤或粉渍法检验裂纹。对有裂纹的气门一般都需要换新的。

四、气门座圈的修理

1.气门座圈的铰削

当气门密封带磨损变宽超过3 mm以上, 接触带出现烧蚀凹坑用研磨法不能消除时, 应使用专用的气门座铰刀重新铰削气门座锥面。

气门座铰削通常为手工作业, 应特别重视三个问题:一是在消除凹陷、斑点, 能铰出完整锥面的基础上, 铰削量越小越好;二是铰削时用力要均匀, 起刀收刀要轻, 少铰多观察, 以保证较少的铰削量和较高的光洁度;三是与气门试配, 确定好工作面位置和宽度。位置应调整到气门锥面的中下部, 偏上或偏下可用上、下口铰刀进行调整。铰削工艺过程如下:

(1) 铰削前, 为防止铰刀打滑, 应将砂布垫在刀下进行砂磨, 以除硬化层。

(2) 粗铰。选用与气门工作面角度相同的粗铰刀 (45°) 套入导杆内进行铰削, 铰削时, 用力要均匀, 转速快慢力求一致, 以免起棱。

(3) 试配。用光磨后的气门试配, 检查工作带宽度以及在气门头上的接触位置, 要求接触面在气门斜面的中下部。若接触位置偏低, 用 75°铰刀铰削下口, 若位置偏高, 用 15°铰刀铰削上口, 15°或75 °锥面每经一次铰削, 均会改变原有的 45°工作带宽度, 如此反复进行, 直至接触位置和工作带宽度均符合要求为止。

(4) 精铰。最后选用 45°的细刃铰刀进行精铰, 或用细砂布光磨, 以降低工作带的表面粗糙度。在修理中排气门座圈工作面比进气门工作面要宽一些, 以增加其导热性。

2.气门座的光磨

有的气门座材质十分坚硬, 不能铰削, 而是用高速砂轮机进行光磨加工。磨削时以气门导管为定位基准, 利用与气门座各工作面角度相同的定型砂轮对气门座进行修磨。气门座各角度的磨削顺序与铰削时相同。

3.气门座的研磨

为了提高气门与座圈的密合程度, 经铰削加工后的气门座, 还需与气门互相研磨, 研磨步骤如下:

(1) 清洗气门、气门导管及气门座, 并将气门与气门座配对并打上记号, 以免错乱。

(2) 在气门和气门座的接触面上涂以适量的研磨剂并滴以数滴机油, 再用带有橡皮吸盘的专用工具进行反复研磨。

(3) 当气门与气门座的接触面上出现一条亮带时, 可洗净研磨砂, 涂上一层润滑油继续研磨。

(4) 待各气门研磨好以后, 洗净并擦干, 然后将气门一一对应装入各气门座。