工程機(jī)械故障診斷 概述

1、工程機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷Company Logo第一章 概述機(jī)械設(shè)備故障診斷的意義、目的和任務(wù)1設(shè)備故障診斷技術(shù)的定義、內(nèi)容和類型2機(jī)械設(shè)備故障診斷的基本方法3機(jī)械設(shè)備故障的信息獲取和檢測方法4Company Logo第一節(jié) 機(jī)械設(shè)備故障診斷的意義、目的和任務(wù)一 工程機(jī)械故障診斷的意義 隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)在設(shè)備上的應(yīng)用，現(xiàn)代設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，功能越來越齊全，自動化程度越來越高。由于許多無法避免的因素影響，會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)各種故障，從而降低或失去預(yù)定的功能，甚至?xí)斐蓢?yán)重的事故，帶來極大的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。 Company Logo故障診斷帶來重大的經(jīng)濟(jì)效益31對生產(chǎn)單位，配置故障診斷系統(tǒng)能

2、減少事故停機(jī)率，具有很高的收益/投資比。2對生產(chǎn)單位，配置故障診斷系統(tǒng)能延長設(shè)備檢修周期，縮短維修時(shí)間,為制定合理的檢測維修制度提供基礎(chǔ)，可極大地提高經(jīng)濟(jì)效益。宏觀上從全社會生產(chǎn)的角度看，花費(fèi)的設(shè)備維修費(fèi)用是一筆巨大的數(shù)目，而實(shí)施故障診斷帶來的經(jīng)濟(jì)效益是巨大的。Company Logo二 工程機(jī)械故障診斷的目的能及時(shí)、正確地對各種異常狀態(tài)或故障診斷做出診斷，預(yù)防或消除故障，對設(shè)備的運(yùn)轉(zhuǎn)進(jìn)行必要的指導(dǎo)，提高設(shè)備運(yùn)行的可靠性，安全性和有效性，以期把故障損失降低到最低水平保證設(shè)備發(fā)揮最大的設(shè)計(jì)能力。制定合理的檢測維修制度，以便在允許的條件下充分挖掘設(shè)備潛力，延長設(shè)備服役期限和使用壽命，降低設(shè)備全壽命

3、周期費(fèi)用通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等，為設(shè)備結(jié)構(gòu)改造、合理制造及生產(chǎn)過程提供數(shù)據(jù)和信息Company Logo三 機(jī)械設(shè)備故障診斷的任務(wù)任務(wù)：監(jiān)視設(shè)備的狀態(tài)，判斷其是否正常；預(yù)測和診斷設(shè)備的故障并消除故障；指導(dǎo)設(shè)備的管理和維修狀態(tài)監(jiān)測的任務(wù)是了解和掌握設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，包括采用各種檢測、測量、監(jiān)視、分析和判別方法.通常設(shè)備的狀態(tài)可分為正常狀態(tài)，異常狀態(tài)和故障狀態(tài)幾種情況.故障診斷的任務(wù)是根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測所獲得的信息，結(jié)合已知的結(jié)構(gòu)特性和參數(shù)以及環(huán)境條件，結(jié)合該設(shè)備的運(yùn)行歷史（包括運(yùn)行記錄和曾發(fā)生的故障及維修記錄等），對設(shè)備可能要發(fā)生的或已經(jīng)發(fā)生的故障進(jìn)行預(yù)報(bào)和分析、判斷，確定故障的性質(zhì)、類別、

4、程度、原因、部位，指出故障發(fā)生和發(fā)展的趨勢及其后果，提出控制故障繼續(xù)發(fā)展和消除故障的調(diào)整、維修、治理的對策措施，并加以實(shí)施，最終使設(shè)備復(fù)原到正常狀態(tài)指導(dǎo)設(shè)備的管理維修設(shè)備的管理和維修方法的發(fā)展經(jīng)歷了三個(gè)階段，即早期的事后維修方式(Run toBreakdown Maintenance),發(fā)展到定期預(yù)防維修方式(Time-based Preventive Maintenance)，現(xiàn)在正向視情維修(Conditon-based Maintenance)發(fā)展。定期維修制度可以預(yù)防事故的發(fā)生，但可能出現(xiàn)過剩維修或不足維修的弊病，視情維修是一種更科學(xué)、更合理的維修方式，但要能做到視情維修，其條件是有賴

5、于完善的狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)的發(fā)展和實(shí)施，這也是國內(nèi)外近年來對故障診斷技術(shù)如此重視的一個(gè)原因.第 二 節(jié) 機(jī)械故障診斷技術(shù)的定義、內(nèi)容和類型 Company Logo定義在設(shè)備運(yùn)行中或基本不拆卸的情況下，掌握設(shè)備運(yùn)行狀況，判斷產(chǎn)生故障的部位和原因，以及預(yù)測預(yù)報(bào)設(shè)備狀態(tài)的技術(shù)內(nèi)容狀態(tài)檢測、分析診斷和故障預(yù)測三個(gè)方面。具體實(shí)施過程： a 信號采集 b 信號處理 c 狀態(tài)識別 d 診斷決策機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)的分類Company Logo按診斷對象分： 1 旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù) 2 往復(fù)機(jī)械診斷技術(shù) 3 工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù) 4 運(yùn)載器和裝置診斷技術(shù) 5 通信系統(tǒng)診斷技術(shù) 6 工藝流程診斷技術(shù)被測設(shè)備信 號采

6、 集獲取檢測信號信號處理設(shè)備特征信息狀態(tài)識別對比設(shè)備允許參數(shù)故障確定趨勢分析診斷決策圖1-1 設(shè)備診斷過程框圖 按診斷目的和要求分類 1 功能診斷與運(yùn)行診斷； 2 定期診斷和連續(xù)診斷 ； 3 直接診斷和間接診斷 ； 4 常規(guī)工況與特殊工況診斷； 5 在線診斷和離線診斷按診斷方法的完善程度分類簡易診斷 利用一般簡易測量儀器對設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測，根據(jù)測得的數(shù)據(jù)，分析設(shè)備的工作狀態(tài)。如利用測振儀對機(jī)組軸承座進(jìn)行測量，根據(jù)測得的振動值對機(jī)組故障進(jìn)行判別或者應(yīng)用便攜式數(shù)據(jù)采集器將振動信號采集下來后再進(jìn)行頻譜分析用以診斷故障。精密診斷技術(shù) 利用較完善的分析儀器或診斷裝置，對設(shè)備故障進(jìn)行診斷，這種裝置配有較完善的

7、分析、診斷軟件。精密診斷技術(shù)一般用于大型、復(fù)雜的設(shè)備，如電站的大型汽輪發(fā)電機(jī)組、石油化工系統(tǒng)的關(guān)鍵壓縮機(jī)組等。第三節(jié) 設(shè)備故障診斷的基本方法Company Logo一傳統(tǒng)的故障診斷方法 首先是利用各種物理的和化學(xué)的原理和手段，通過伴隨故障出現(xiàn)的各種物理和化學(xué)現(xiàn)象，直接檢測故障。 其次，利用故障所對應(yīng)的征兆來診斷故障是最常用、最成熟的方法，以旋轉(zhuǎn)機(jī)械為例，振動及其頻譜特性的征兆是最能反映故障特點(diǎn)、最有利于進(jìn)行故障診斷的手段。二、故障的智能診斷方法在上述傳統(tǒng)的診斷方法的基礎(chǔ)上，將人工智能（Artificial Intelligence）的理論和方法用于故障診斷，發(fā)展智能化的診斷方法，是故障診斷的一

8、條全新的途徑，目前已廣泛應(yīng)用，成為設(shè)備故障診斷的主要方向。 人工智能的目的是使計(jì)算機(jī)去做原來只有人才能做的智能任務(wù)，包括推理、理解、規(guī)劃、決策、抽象、學(xué)習(xí)等功能。專家系統(tǒng)（Expert System）是實(shí)現(xiàn)人工智能的重要形式. 專家系統(tǒng)由知識庫、推理機(jī)以及工作存儲空間（包括數(shù)據(jù)庫）組成。專家系統(tǒng)的核心問題是知識的獲取和知識的表示。三、故障診斷的數(shù)學(xué)方法設(shè)備故障診斷技術(shù)作為一門學(xué)科，尚處在形成和發(fā)展之中，必須廣泛利用各學(xué)科的最新科技成就，特別要借助各種有效的數(shù)學(xué)工具。包括基于模式識別診斷方法，基于概率統(tǒng)計(jì)的診斷方法，基于模糊數(shù)學(xué)的診斷方法，基于可靠性分析和故障樹分析的診斷方法，以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、小波

9、變換、分形幾何等新發(fā)展的數(shù)學(xué)分支在故障診斷中的應(yīng)用等等。第四節(jié) 機(jī)械設(shè)備故障信息獲取和檢測方法Company Logo一、故障信息的獲取方法(一)直接觀測法應(yīng)用這種方法對機(jī)器狀態(tài)做出判斷主要靠人的經(jīng)驗(yàn)和感官，且限于能觀測到的或接觸到的機(jī)器零部件。(二)參數(shù)測定法 根據(jù)設(shè)備運(yùn)動的各種參數(shù)的變化來獲取故障信息是廣泛應(yīng)用的一種方法。 其它如噪聲、溫度、壓力、變形、脹差、阻值等參數(shù)也是故障信息的重要來源。(四)設(shè)備性能指標(biāo)的測定 設(shè)備性能包括整機(jī)及零部件性能，通過測量機(jī)器性能及輸入、輸出量的變化信息來判斷機(jī)器的工作狀態(tài)也是一種重要方法。 例如，柴油機(jī)耗油量與功率的變化，機(jī)床加工零件精度的變化，風(fēng)機(jī)效率

10、的變化等均包含著故障信息。 對機(jī)器零部件性能的測定，主要反映在強(qiáng)度方面，這對預(yù)測機(jī)器設(shè)備的可靠性，預(yù)報(bào)設(shè)備破壞性故障具有重要意義。(三)磨損殘?jiān)鼫y定法測定機(jī)器零部件如軸承、齒輪、活塞環(huán)等的磨損殘?jiān)跐櫥椭械暮?，也是一種有效的獲取故障信息的方法，根據(jù)磨損殘?jiān)跐櫥椭泻考邦w粒分布可以掌握零件磨損情況，并可預(yù)防機(jī)器故障的發(fā)生。有關(guān)這方面的詳細(xì)內(nèi)容將在第五章中敘述。二、機(jī)械設(shè)備故障的檢測方法Company Logo機(jī)器設(shè)備有各種類型，因而出現(xiàn)的故障也多種多樣，不同的故障需要采用不同的方法來診斷。5聲學(xué)法4沖擊能量與沖擊脈沖測定法 3模態(tài)分析與參數(shù)識別法2特征分析法1、 振動法 (一）振動和噪聲

11、的故障檢測 這是大部分機(jī)器所共有的故障表現(xiàn)形式，一般采用以下方法進(jìn)行診斷：(二)材料裂紋及缺陷損傷的故障檢測 材料裂紋包括應(yīng)力腐蝕裂紋及疲勞裂紋，一般可采用下述方法進(jìn)行檢測：4磁粉探傷法1超聲波探傷法3滲透探傷法2射線探傷法5渦流探傷法6激光全息檢測法7微波檢測技術(shù) 8聲發(fā)射技術(shù) 二、機(jī)械設(shè)備故障的檢測方法Company Logo（三）設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測這類故障除采用上述無損檢測中的超聲探傷法外尚可應(yīng)用下列方法：油液分析技術(shù)光纖內(nèi)窺技術(shù) 油液分析技術(shù)可分為兩大類，一類是油液本身物理、化學(xué)性能分析；另一類是對油液中殘?jiān)姆治?。具體的方法有光譜分析法與鐵譜分析法。（四）溫度、壓力、

12、流量變化引起的故障檢測機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)的有些故障往往反映在一些工藝參數(shù)，如溫度、壓力、流量的變化中。在溫度測量中除常規(guī)使用的裝在機(jī)器上的熱電阻、熱電偶等接觸式測溫儀外，目前在一些特殊場合使用的非接觸式測溫方法有紅外測溫儀和紅外熱像儀，它們都是依靠物體的熱輻射進(jìn)行測量。三、診斷參數(shù)的選擇和判斷標(biāo)準(zhǔn)Company Logo 對機(jī)械進(jìn)行狀態(tài)檢測，必須測出與機(jī)械狀態(tài)有關(guān)的信息參數(shù)，然后與正常值、極限值進(jìn)行比較，才能確定目前機(jī)械的狀態(tài)。診斷參數(shù)是指為達(dá)到診斷目的而定的特征量。信息參數(shù)是表征檢測對象狀態(tài)的所有參數(shù)。選擇診斷參數(shù)應(yīng)遵循以下幾個(gè)原則： 1診斷參數(shù)的多能性 一個(gè)參數(shù)的多能性應(yīng)理解為它能全面地表征診斷

13、對象狀態(tài)的能力。機(jī)械中的一種劣化或故障可能引起很多狀態(tài)參數(shù)的變化，而這些參數(shù)均可以作為診斷的信息參數(shù)，最終要從它們當(dāng)中選出包含最多診斷信息、具有多性能的診斷參數(shù)。 2診斷參數(shù)的靈敏性 選取的參數(shù)在機(jī)械發(fā)生劣化或故障時(shí)隨著劣化或故障趨勢而變化，該參數(shù)的變化較其它參數(shù)更為明顯。3診斷參數(shù)應(yīng)呈單值性 隨著劣化或故障的發(fā)展，診斷參數(shù)的變化應(yīng)該是單值遞增或遞減，即診斷參數(shù)值的大小與劣化或故障的嚴(yán)重程度有較確定的關(guān)系.4診斷參數(shù)的穩(wěn)定性 在相同的測試條件下，所測得的診斷參數(shù)值離散度要小，即重復(fù)性好。5診斷參數(shù)的物理意義 診斷參數(shù)應(yīng)具有一定的物理意義，且能量化，即可以用數(shù)字表示且便于測量。（二）診斷的周期 診斷工作伴隨著機(jī)械的整個(gè)壽命周期。在使用階段，根據(jù)機(jī)械的運(yùn)行狀況可對機(jī)械實(shí)行正常運(yùn)行診斷和服務(wù)于維修的定期診斷。對定期診斷的機(jī)器，需要確定其診斷周期。 此外，根據(jù)當(dāng)前的測定值和過去測定值確定下一次檢測時(shí)間的“適時(shí)檢測”是比較好的方法。 （三）診斷標(biāo)準(zhǔn)的確定在測得檢測參數(shù)后，就需要判斷所測出的值是正常還是異常。其方法是將實(shí)測數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。判斷標(biāo)準(zhǔn)共有三種，需按診斷對象來確定采用哪一種。 1絕