发动机机械故障诊断特征提取算法的应用分析.pdf
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1、造纸装备及材料 第 52 卷 总第 221 期 2023 年 8 月 装备及自动化31发动机机械故障诊断特征提取算法的应用分析蔡兰兰淮安生物工程高等职业学校,江苏 淮安 223200摘要:发动机的机械故障会对车辆的性能和可靠性产生负面影响,因此对发动机机械故障进行及时准确的诊断至关重要。基于此,文章概述了发动机机械故障的内容,探讨了发动机机械故障的诊断方法,即通过对故障信号进行分析,提取与故障相关的特征信息,并总结了常用的特征提取算法,包括基于时域分析、频域分析、小波分析和机器学习等方法。关键词:发动机机械故障;诊断特征;特征提取算法;时域分析;频域分析分类号:U472.43由于长时间使用和各
2、种工作条件的影响,发动机可能会发生机械故障,导致性能下降甚至完全失效。发动机机械故障的诊断是一个复杂的过程,需要根据故障的特征和信号进行分析和判断。传统的诊断方法主要依赖经验和专业知识,但其受限于人工主观判断和有限的故障特征提取能力。随着计算机科学和数据分析技术的不断发展,基于发动机机械故障的诊断特征提取算法逐渐成为研究热点。1 发动机机械故障概述发动机机械故障是指发动机内部机械部件发生异常或失效,导致发动机性能下降或无法正常工作的情况。发动机的机械故障由多种因素引起,如磨损、疲劳、材料失效、润滑不良等1。这些故障可能发生在发动机的活塞系统、曲轴系统、缸体和缸盖、阀门和气门机构、曲轴连杆系统以
3、及润滑和冷却系统等部位。2 发动机机械故障的诊断方法2.1 振动信号分析振动信号分析是发动机机械故障诊断中常用的一种方法,通过对发动机振动信号进行分析,提取与机械故障相关的特征信息,具体分析方法如下。(1)通过频谱分析将时域信号转换为频域信号,通过计算信号的频谱内容来了解发动机的振动特性。常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、快速傅里叶变换(FFT)、功率谱密度等2。通过对振动信号进行频谱分析,获取频率成分的分布情况,判断是否存在异常振动。(2)在振动信号中提取多个振动特征参数,用于描述振动的幅值、频率、相位等特性。常用的振动特征参数包括峰值、有效值、峰谷比、频率分布等。通过对这些特征参数的计算和
4、分析,判断振动信号是否异常,进一步定位和诊断机械故障。(3)进行振动模式识别,将振动信号与已知的机械故障模式进行比较和匹配,实现机械故障的诊断。该方法基于对不同机械故障引起的振动特征的了解和分析,建立故障模式库或故障识别模型。通过与振动信号的匹配度,确定发动机是否存在特定的机械故障。(4)进行时频分析,将信号在时间和频率两个维度上进行联合分析,以获得信号的时域和频域特性。常用的时频分析方法包括小波变换、瞬时频率分析等。通过时频分析,观察到振动信号的瞬时变化情况,对于捕捉瞬态故障或非稳态振动有较好的效果。2.2 声音信号分析声音信号分析是发动机机械故障诊断中常用的一种方法,通过对发动机工作时产生
5、的声音信号进行分析,提取与机械故障相关的特征信息。首先,频谱分析将时域声音信号转换为频域信号,通过计算信号的频谱内容来了解发动机声音的频率分布情况3。常用的频谱分析方法包括傅里叶变换、快速傅里叶变换(FFT)、声谱图等。通过对声音信号进行频谱分析,获取声音频率特征的信息,以判断是否存在异常声音。其次,在声音信号中提取多个声音特征参数,用于描述声音的振幅、频率、持续时间等特性。常用的声音特征参数包括能量和频率特征等。通过对这些特作者简介:蔡兰兰,女,硕士,讲师,研究方向为汽车检测与维修。文章编号:2096-3092(2023)08-0031-03 装备及自动化 2023 年 第 8 期 总第 2
6、21 期 造纸装备及材料32征参数的计算和分析,判断声音信号是否异常,进一步定位和诊断机械故障。最后,通过声音模式识别将发动机声音信号与已知的机械故障模式进行比较和匹配,实现机械故障的诊断。该方法基于对不同机械故障引起的声音特征的了解和分析,建立故障模式库或故障识别模型。通过与声音信号的匹配度,确定发动机是否存在特定的机械故障。2.3 温度和压力信号分析温度和压力信号分析方法是通过监测和分析发动机的温度和压力信号,提取与机械故障相关的特征信息,具体分析方法如下。(1)通过安装温度传感器,实时监测发动机的温度变化。温度信号的异常变化可能与机械故障有关。通过分析温度信号的变化趋势、异常波动、超过设
7、定阈值等特征,判断发动机是否存在机械故障4。例如,异常升温可能与冷却系统故障、润滑不良或某个部件过热有关。(2)通过安装压力传感器,实时监测发动机的压力变化,如燃烧室压力、油液压力等。压力信号的异常变化可能与机械故障有关。通过分析压力信号的变化趋势、异常波动、压力异常超过设定阈值等特征,判断发动机是否存在机械故障。例如,燃烧室压力异常升高可能与气缸密封不良、活塞环磨损等问题相关。(3)温度和压力关联分析。温度和压力信号之间存在一定的关联关系,通过对温度和压力信号进行关联分析,获得更多的故障特征信息。例如,温度升高伴随着燃烧室压力的异常增加,可能表明存在燃烧不完全或冷却系统故障等问题。通过分析温
8、度和压力之间的关联关系,辅助判断机械故障的类型和程度。具体分析内容如表 1 所示。表 1 温度和压力信号分析信号类型分析方法监测目标相关故障温度信号监测温度变化趋势、异常波动、超过阈值等特征发动机温度冷 却 系 统 故障、润 滑 不良、部 件 过热等压力信号监测压力变化趋势、异常波动、超过阈值等特征燃烧室压力、油液压力等气 缸 密 封 不良、活 塞 环磨 损、润 滑系统故障等温度和压力信号关联分析分析温度和压力之间的关联关系温度和压力信号燃烧不完全、冷 却 系 统 故障等2.4 油液分析通过对发动机使用的油液进行质量分析、金属元素分析、污染分析和气体分析,提取与机械故障相关的特征信息,评估发动
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