專利名稱：柴油機氣缸診斷裝置的制作方法
技術領域：
本實用新型涉及檢測技術領域，特別涉及一種通過檢測氣缸振動及供油壓力波來 判斷柴油機氣缸工作狀態(tài)的裝置。
背景技術：
柴油機包括四沖程柴油機和兩沖程柴油機兩種形式，其中四沖程柴油機應用最為 廣泛，其工作過程包括進氣、壓縮、燃燒作功、排氣四個工作過程。柴油機由于動力強勁、油 耗低(比汽油機油耗低15% 30% )、污染物排放低、可靠性高等突出的優(yōu)點，在人們節(jié)能 環(huán)保意識不斷提高的今天，成為當今人類社會中應用最為廣泛的一種動力機械，廣泛地應 用在國民經(jīng)濟的各個領域，如汽車、拖拉機、工程機械、小型農(nóng)用動力、工業(yè)固定發(fā)電、鐵路 機車、船舶、軍用艦艇、坦克等。由于受當前技術診斷水平的制約，目前我國柴油機的維修方式還主要采用定期維 修以及應急維修兩種方式。其中定期維修即不論柴油機實際狀態(tài)如何，均按一定的檢修周 期和預先制定的檢修范圍，對柴油機進行解體檢查，對柴油機氣缸套、活塞、活塞環(huán)、氣門、 氣門座、曲軸、凸輪軸等磨擦面的尺寸進行測量以及氣缸的氣門間隙、配氣相位、噴油提前 角等所有參數(shù)的調(diào)整值進行重新測量調(diào)整；而應急維修即在柴油機出現(xiàn)故障時進行的維 修。然而，上述維修過程僅憑借維修人員的個人經(jīng)驗，以手觸、眼窺、耳聞等傳統(tǒng)的檢 查方式對其進行判斷，存在明顯的缺陷1、產(chǎn)生了大量的過剩修理，造成不必要的人力、物力浪費，例如定期維修時不管 設備的實際狀態(tài)如何，都要對整個設備進行解體檢查、測量，耗費了大量的人力、物力和財 力；2、不能保證柴油機在兩次定期維修間隔時間內(nèi)可靠運行，定期維修是以零部件磨 損理論以及概率統(tǒng)計理論為基礎的，是按一定的置信區(qū)間和可接受的經(jīng)濟費用來設定維修 間隔時間的，這樣，維修間隔時間小，維修費用就高，維修間隔大，兩次維修間隔時間內(nèi)出現(xiàn) 故障的概率就高。不管如何設置維修間隔時間，都不能保證設備在兩次維修間隔時間內(nèi)可 靠運行；3、維修質(zhì)量難以保證，目前維修方式下，由于缺少必要的檢測設備，僅憑借維修 人員的個人經(jīng)驗，以手觸、眼窺、耳聞等傳統(tǒng)的檢查方式對其進行判斷，不可避免地要受檢 查者個人情緒和判斷能力等隨機因素的影響，不能對故障部位進行迅速準確地判斷-隔 離_處理，造成漏檢、漏修，給柴油機今后的運行埋下隱患；4、維修時間長，維修費用高，目前柴油機的維修工作主要依賴維修人員的個人經(jīng) 驗，高水平的維修人員難以培養(yǎng)，費用很高。并且由于難以找到故障原因，普遍存在錯修、錯 換的現(xiàn)象，這些都造成維修時間長，維修費用高。
實用新型內(nèi)容本實用新型所要解決的技術問題在于，針對上述現(xiàn)有柴油機維修體制和方式耗費 人力物力、質(zhì)量難以保證的缺陷，提供一種不需解體柴油機快速診斷柴油機氣缸的工作狀 態(tài)的裝置。本實用新型解決其技術問題所采用的方案是提供一種柴油機氣缸診斷裝置，包 含處理單元、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器、輸出設備、用于檢測柴油機氣缸蓋的振動的氣缸蓋振動 傳感器、用于檢測氣缸套的振動的氣缸套振動傳感器、用于檢測供油高壓油管的壓力波的 油壓傳感器，所述氣缸蓋振動傳感器、氣缸套振動傳感器、油壓傳感器分別經(jīng)高速同步A/D 傳感器與處理單元連接，所述氣缸蓋振動傳感器安裝于氣缸蓋頂部平臺上，氣缸套振動傳 感器安裝于氣缸套側(cè)壁上，油壓傳感器夾持在高壓油管上。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述氣缸蓋振動傳感器、氣缸套振 動傳感器均采用磁座式振動傳感器。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述油壓傳感器采用外卡式傳感器 并夾持在高壓油管氣缸蓋入口水平段上。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述處理單元包括用于數(shù)據(jù)管理的 主CPU以及用于數(shù)據(jù)采集和處理的從CPU，所述從CPU連接到主CPU，所述輸出設備連接到 主CPU，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器連接到從CPU。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述輸出設備為顯示器件或者打印 器件。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器采用多路 同步A/D轉(zhuǎn)換器。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，所述氣缸蓋振動傳感器、氣缸套振 動傳感器以及油壓傳感器分別經(jīng)由信號調(diào)理電路連接到高速同步A/D轉(zhuǎn)換器。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，還設有通信接口，所述通信接口連 接到處理單元。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，還包括存儲器件，所述存儲器件連 接到處理單元。在本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置中，還包括供電單元，所述供電單元包 括有電源轉(zhuǎn)換器件。本實用新型的柴油機氣缸診斷裝置具有以下有益效果采用氣缸蓋振動傳感器、 氣缸套振動傳感器以及油壓傳感器采集記錄信號并根據(jù)采集的信號診斷柴油機氣缸狀態(tài)、 磨損情況和供油系統(tǒng)工作狀態(tài)。和傳統(tǒng)的方法相比，本實用新型的裝置具有明顯的優(yōu)點1、可以作為柴油機的“動態(tài)心電圖儀”，不需解體柴油機，就可對柴油機進行“體 檢”，判斷柴油機工作是否正常。2、可以快速查找柴油機故障，并對故障進行定位，指導維修工作。3、可以實現(xiàn)對重要設備如鐵路機車、遠洋船舶、艦艇及特大型工程機械上的柴油 機的在線監(jiān)測，對設備出現(xiàn)的故障隱患提前預警，保障設備安全運行。4、利用所述裝置的通信功能，可以組建柴油機工作狀態(tài)遠程監(jiān)測網(wǎng)，建立數(shù)據(jù)庫 及專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對柴油機各種疑難問題的遠程診斷，并指導維修工作。[0025]5、為柴油機維修體制從目前的“定期維修”體制向“狀態(tài)維修”體制的變革提供技 術手段，大大提高設備的保障率，同時降低維修費用。6、極大地提高了我國大型動力機械設備的現(xiàn)代化管理水平和維護水平。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型的柴油機氣缸診斷裝置實施例的電路原理框圖；圖2是圖1中柴油機氣缸診斷裝置的傳感器安裝示意圖。
具體實施方式
如圖1 2所示，是本實用新型的一種柴油機氣缸診斷裝置的實施例的示意圖。 在本實施例中，該診斷裝置包含處理單元、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器13、顯示器件(LCD，或者 其他輸出設備，例如打印器件等)、鍵盤、存貯器件(SRAM、EEPROM、FLASH)、通訊接口(LAN、 RS485、RS232、USB)、電源轉(zhuǎn)換器件(DC/DC)、氣缸蓋振動傳感器14、氣缸套振動傳感器15、 油壓傳感器16等。其中氣缸蓋振動傳感器14安裝于氣缸蓋頂部平臺21上；氣缸套振動傳 感器15安裝于氣缸套側(cè)壁22上；油壓傳感器16夾持在高壓油管23上。上述氣缸蓋振動 傳感器14、氣缸套振動傳感器15以及油壓傳感器16分別經(jīng)由信號調(diào)理電路連接到高速同 步A/D轉(zhuǎn)換器，并輸入從CPU處理。本實施例中，處理單元由主CPU 11、從CPU 12組成，其中主CPU負責操作、顯示、數(shù) 據(jù)管理、通訊等功能，例如可采用飛利浦公司ARM芯片LPC2468 ；從CPU負責數(shù)據(jù)的實時高 速采集和數(shù)據(jù)處理，例如可采用TI (美國德州儀器公司)公司DSP芯片TMS320C5402。在具 體實現(xiàn)時，也可采用一個高性能的CPU代替上述主CPU 11和從CPU 12。氣缸蓋振動傳感器14、氣缸套振動傳感器15分別用于檢測氣缸蓋和氣缸套的振 動信號，本實施例中氣缸蓋振動傳感器14、氣缸套振動傳感器15均采用磁座式振動傳感 器，內(nèi)設前置放大器，依靠磁力可以很方便地安裝到氣缸蓋頂部平臺21和氣缸套側(cè)壁22 上。油壓傳感器16為外卡式油壓傳感器，用于檢測高壓油管23的壓力波信號。由于采用 了方便現(xiàn)場安裝的結構，因此所有傳感器均可以在柴油機工作時方便地安裝和拆除，不會 對柴油機的工作產(chǎn)生任何影響。上述診斷裝置在工作時，氣缸蓋振動傳感器14、氣缸套振動傳感器15及油壓傳感 器16分別檢測氣缸蓋振動信號、氣缸套振動信號和高壓油管壓力波信號，并將上述檢測信 號經(jīng)信號調(diào)理電路后進入高速同步A/D轉(zhuǎn)換器13的輸入端口。高速同步A/D轉(zhuǎn)換器13的采樣頻率由從CPU 12的定時器來控制，定時器輸出采 用脈沖方式，滿足啟動高速同步A/D轉(zhuǎn)換器13轉(zhuǎn)換的脈寬要求，而且可以通過設置定時器 的值，達到改變采樣的頻率的目的。每次檢測針對氣缸蓋振動信號、氣缸套振動信號和高壓 油管壓力波信號經(jīng)高速同步A/D轉(zhuǎn)換器13同步采樣4096次，獲得3X4096個采樣信號。高 速同步A/D轉(zhuǎn)換器13將傳感器檢測的氣缸蓋振動、氣缸套振動和油壓模擬信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字 信號后，送入從CPU 12進行處理。由于柴油機屬于高速機械設備，對配氣、噴油都有嚴格的 相位要求，普通A/D轉(zhuǎn)換器無法達到檢測信號的同步采集要求。本柴油機氣缸診斷裝置的 高速同步A/D轉(zhuǎn)換器采用6MHZ的12位的并行A/D轉(zhuǎn)換器(例如美國德州儀器公司的可編
5程多路A/D轉(zhuǎn)換芯片THS1206)，它可以保證多路信號同時采樣。由于氣缸蓋表面振動信號、氣缸套表面振動信號以及高壓油管壓力波信號，具有 較強的非線性特性，采用傳統(tǒng)的線性算法難以識別。小波分解與重構具有良好的相位特性， 因此對氣缸蓋表面振動信號、氣缸套表面振動信號以及高壓油管壓力波信號采用小波分解 與重構的辦法來分離信號，去除噪聲并保留信號的相位特征。本裝置的從CPU 12先采用BP 神經(jīng)網(wǎng)絡對振動信號、高壓油管壓力波信號進行訓練、識別，再對振動信號和壓力信號進行 小波分解與重構，以除去噪聲。在此基礎上，從CPU進一步計算出柴油機氣缸的特征參數(shù) 1)氣缸蓋振動值，2)氣缸套振動值，3)進氣門、排氣門關閉振動值，4)噴油壓力值，5)噴油 提前角，6)配氣相位，7)噴油壓力波形異常值，8)氣缸蓋、氣缸套振動波形異常值。從CPU 12最后將氣缸的特征參數(shù)及原始檢測信號傳給主CPU 11，主CPU11將數(shù)據(jù) 送入FLASH存貯，同時主CPU 11將特征參數(shù)在IXD上以表格的形式顯示，將振動和油壓原 始檢測信號以曲線的形式在LCD上顯示，以幫助維修人員準確判斷出柴油機故障所在，指 導維修工作。當柴油機氣缸診斷裝置處于連網(wǎng)狀態(tài)，主CPU還可將原始數(shù)據(jù)和計算的特征 參數(shù)通過以太網(wǎng)、GPRS、RS232/485等方式傳送到遠程監(jiān)測中心服務器，以實現(xiàn)組建遠程在 線監(jiān)測網(wǎng)和遠程診斷功能，可利用行業(yè)內(nèi)的權威專家及大型計算機上的大型數(shù)據(jù)庫為基礎 構建的專家系統(tǒng)進行遠程分析診斷，指導現(xiàn)場的維修工作。鍵盤用于輸入?yún)?shù)，例如功能選擇、參數(shù)設置等。本實用新型所述的柴油機氣缸診斷裝置及方法，采用氣缸振動及供油壓力波頻域 分析法和時域分析法分析診斷柴油機氣缸狀態(tài)、磨損情況和供油系統(tǒng)工作狀態(tài)，和傳統(tǒng)的 柴油機檢測方法相比，具有明顯的優(yōu)點1、可以作為柴油機的“動態(tài)心電圖儀”，不需解體柴油機，就可對柴油機進行“體 檢”，判斷柴油機工作是否正常。2、可以快速查找柴油機故障，并對故障進行定位，指導維修工作。3、可以實現(xiàn)對重要設備如鐵路機車、遠洋船舶和艦艇及特大型工程機械上的柴油 機的在線監(jiān)測，對設備出現(xiàn)的故障隱患提前預警，保障設備安全運行。4、利用所述裝置的通信功能，可以組建柴油機工作狀態(tài)遠程監(jiān)測網(wǎng)，建立數(shù)據(jù)庫 及專家系統(tǒng)，實現(xiàn)對柴油機各種疑難問題的遠程診斷，并指導維修工作。5、為柴油機維修體制從目前的“定期維修”體制向“狀態(tài)維修”體制的變革提供技 術手段，大大提高設備的保障率，同時降低維修費用。6、極大地提高了我國大型動力機械設備的現(xiàn)代化管理水平和維護水平；本實用新 型所述的柴油機氣缸狀態(tài)診斷技術及裝置由于采用了現(xiàn)代化的數(shù)字化信息技術，對每臺柴 油機的檢測數(shù)據(jù)可以建立數(shù)據(jù)庫進行管理，不同時期的狀態(tài)、維修前后的差異完全數(shù)字化， 極大地提高了我國大型動力機械設備的現(xiàn)代化管理水平和維護水平。上述實施例只為說明本實用新型的技術構思及特點，其目的在于讓熟悉此項技術 的人士能夠了解本實用新型的內(nèi)容并加以實施，并不能以此限制本實用新型的保護范圍， 凡根據(jù)本實用新型精神實質(zhì)所作的等效變化或修飾，都應涵蓋在本實用新型的保護范圍 內(nèi)。
權利要求一種柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，包含處理單元、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器、輸出設備、用于檢測柴油機氣缸蓋的振動的氣缸蓋振動傳感器、用于檢測氣缸套的振動的氣缸套振動傳感器、用于檢測供油高壓油管的壓力波的油壓傳感器，所述氣缸蓋振動傳感器、氣缸套振動傳感器、油壓傳感器分別經(jīng)高速同步A/D傳感器與處理單元連接，所述氣缸蓋振動傳感器安裝于氣缸蓋頂部平臺上，氣缸套振動傳感器安裝于氣缸套側(cè)壁上，油壓傳感器夾持在高壓油管上。
2.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述氣缸蓋振動傳感器、 氣缸套振動傳感器均采用磁座式振動傳感器。
3.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述油壓傳感器采用外 卡式傳感器并夾持在高壓油管氣缸蓋入口水平段上。
4.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述處理單元包括用于 數(shù)據(jù)管理的主CPU以及用于數(shù)據(jù)采集和處理的從CPU，所述從CPU連接到主CPU，所述輸出 設備連接到主CPU，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器連接到從CPU。
5.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述輸出設備為顯示器 件或者打印器件。
6.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述高速同步A/D轉(zhuǎn)換器 采用多路同步A/D轉(zhuǎn)換器。
7.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，所述氣缸蓋振動傳感器、 氣缸套振動傳感器以及油壓傳感器分別經(jīng)由信號調(diào)理電路連接到高速同步A/D轉(zhuǎn)換器。
8.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，還設有通信接口，所述通 信接口連接到處理單元。
9.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，還包括存儲器件，所述存 儲器件連接到處理單元。
10.根據(jù)權利要求1所述的柴油機氣缸診斷裝置，其特征在于，還包括供電單元，所述 供電單元包括有電源轉(zhuǎn)換器件。
專利摘要本實用新型涉及一種柴油機氣缸診斷裝置，包含處理單元、高速同步A/D轉(zhuǎn)換器、輸出設備、用于檢測柴油機氣缸蓋的振動的氣缸蓋振動傳感器、用于檢測氣缸套的振動的氣缸套振動傳感器、用于檢測供油高壓油管的壓力波的油壓傳感器，氣缸蓋振動傳感器、氣缸套振動傳感器、油壓傳感器分別經(jīng)由高速同步A/D傳感器與處理單元連接，氣缸蓋振動傳感器安裝于氣缸蓋頂部平臺上，氣缸套振動傳感器安裝于氣缸套側(cè)壁上，油壓傳感器夾持在高壓油管上。本實用新型通過對柴油機氣缸蓋的振動、氣缸套的振動和供油高壓油管的壓力波信號的記錄、分析，無需對柴油機解體即可診斷氣缸狀態(tài)、磨損情況和供油系統(tǒng)工作狀態(tài)，大大提高了設備的保障率，同時降低維修費用。
文檔編號G01M15/05GK201583407SQ20092020573
公開日2010年9月15日 申請日期2009年9月30日 優(yōu)先權日2009年9月30日
發(fā)明者王汝鋼 申請人:深圳市普祿科智能檢測設備有限公司