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原文传递船舶柴油机缸套-活塞环表面纹理表征及运行状态辨识方法研究

论文题名：	船舶柴油机缸套-活塞环表面纹理表征及运行状态辨识方法研究
关键词：	船舶柴油机;缸套-活塞环;表面纹理;润滑特性;状态辨识技术
摘要：	船舶柴油机是船舶的动力心脏，缸套-活塞环是其中最重要的部件之一。柴油机中缸套-活塞环摩擦副对柴油机工作性能（动力性、经济性以及稳定性等）和使用寿命有着非常大的影响。在保证燃烧室密封的前提下，缸套-活塞环摩擦副的润滑性能对它们之间的摩擦力甚至船舶柴油机的摩擦功耗都有着巨大的影响，润滑性能差将会导致摩擦功耗加大，甚至还导致缸套、活塞环的过度磨损，降低其使用寿命。相关研究结果表明，柴油机摩擦功的25％-50％被缸套-活塞环摩擦副所消耗。因此深入研究柴油机缸套-活塞环的润滑特性，对前期缸套-活塞环摩擦配副的合理设计、缸套-活塞环之间摩擦损失的降低、缸套-活塞环使用寿命的延长、甚至船舶柴油机的运行效率、燃料节能等方面都具有十分重大的意义。　　本论文以船舶柴油机的缸套-活塞环摩擦副为研究对象，聚焦于船舶柴油机缸套不同表面纹理润滑特性及状态辨识方法研究，船舶柴油机缸套-活塞环的润滑特性具体包括运行中缸套-活塞环摩擦副的摩擦学性能（摩擦副表面特性、润滑油油液特性以及磨粒二维和三维特征）以及其振动性能。在上述研究的基础上建立基于振动和摩擦信息融合的柴油机缸套-活塞环运行状态辨识模型。　　综合考虑不同形状以及尺寸的表面纹理结构，引入平均雷诺方程、膜厚方程等建立不同表面纹理结构流体动压润滑的理论模型，并用多重网格法对它进行数值求解。通过数值模拟计算，系统深入的分析不同表面纹理结构对缸套-活塞环润滑性能的影响。　　在理论分析的基础上，利用内燃机主要运动部件的摩擦磨损与振动模拟试验机进行不同表面纹理结构缸套试验。采集柴油机的振动信号，对柴油机身振动信号利用小波包分解与重构方法以及双谱分析方法，提取表征不同表面纹理结构振动特性的特征向量进行分析，建立缸套表面纹理结构与柴油机机身振动信号之间的对应关系。　　采集试验过程中缸套-活塞环之间的润滑油油液，通过油液分析建立磨粒元素含量与不同表面纹理缸套之间的定量映射关系；制备滤膜谱片，通过数值分析的方法研究缸套表面纹理结构与磨粒特征的相互关系；比较分析试验前后的缸套内表面形貌，研究不同表面纹理结构缸套对该摩擦副摩擦磨损特性的影响。综上建立不同表面纹理结构缸套与该摩擦副的摩擦学性能之间的映射关系。　　为了进一步分析缸套-活塞环的不同表面纹理结构的性能，并对该摩擦副的运行状态进行实时监测。本文提出了基于振动和摩擦学信息融合的缸套-活塞环运行状态辨识的新技术。在此基础上随着油液在线监测技术发展，该辨识方法将有助于在不停机、不拆卸的运行状态下，实现柴油机关键摩擦部件运行状态的辨识。
作者：	郭智威
专业：	载运工具运用工程
导师：	袁成清;严新平
授予学位：	博士
授予学位单位：	武汉理工大学
学位年度：	2014
正文语种：	中文