機械故障診斷學(xué)0

機械故障診斷學(xué)

〈30學(xué)時〉

張永忠機電工程學(xué)院Tel.8388574913852477907主要參考書：機械故障診斷李國華張永忠編著化學(xué)工業(yè)出版社2001年緒論

一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)全球化的挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)高新技術(shù)設(shè)備為在激烈的競爭中取勝提供了有力的工具。一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)經(jīng)濟的發(fā)展歷史：

農(nóng)業(yè)經(jīng)濟時代：以土地、勞動力為主體。工業(yè)經(jīng)濟時代：以工廠、資金為主體。知識經(jīng)濟時代：以知識、創(chuàng)新為主體。一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)：知識更新越來越快：近幾年人類擁有的知識量約每五年翻一翻。工科大學(xué)畢業(yè)生知識的半衰期只有5—7年。計算機軟、硬件的發(fā)展歷史便可說明這一問題。知識轉(zhuǎn)化越來越快：從提出蒸汽原理到蒸汽機出現(xiàn)，歷經(jīng)幾代人的努力；

1831年提出發(fā)電機原理，1872年發(fā)電機問世,經(jīng)過了41年；從激光原理提出到激光器制成僅經(jīng)過6年；1974年提出無線移動通訊原理，1978年手機問世，只有4年。一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)知識經(jīng)濟的挑戰(zhàn)：

對經(jīng)濟的推動作用越來越大

科學(xué)技術(shù)對經(jīng)濟增長貢獻率美國達80％、中國為30％

知識的資本化

美國微軟公司沒有很大的廠房，憑借知識躋身于世界500強企業(yè)之首。比爾.蓋茨成為世界首富，公司財產(chǎn)凈值1998年達600億美元以上，年產(chǎn)值大于美國福特、通用、克萊斯勒三大汽車公司年產(chǎn)值的總和。

知識爆炸

從宏觀到微觀，從地球到空間，從地面到地心。一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)全球化挑戰(zhàn)：網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，“地球村”、“天涯若比鄰”已成為現(xiàn)實。經(jīng)濟全球化，人才、資金、技術(shù)等已在全球范圍內(nèi)流動和配置。

統(tǒng)計資料表明：全世界平均每年有1.7萬科技專業(yè)人才直接定居美國，16.8萬臨時簽證前往美國工作，18.3萬外國留學(xué)生進入美國學(xué)習(xí)，世界科技移民的40%最終進入美國。發(fā)展中國家在全球人才爭奪中處境極為不利，以我國為例1978-2003年間出國留學(xué)的70.02萬人中，回國率不到30%。世界500強企業(yè)已有300多家進入了中國市場。我國已加入WTO，機遇和挑戰(zhàn)并存。一.21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)：資源浪費和逐漸枯竭，環(huán)境污染—保護地球。我國300多座城市缺水，5000多萬人飲水困難。能源緊張，我國煤、石油枯竭后應(yīng)采取何種對策。世界上污染最重10個城市，我國占5個。酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，一些高硫煤地區(qū)幾乎無雨不酸。沙塵暴天氣頻頻出現(xiàn)。

必須創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。高新技術(shù)設(shè)備為在激烈的競爭中取勝提供了有力的工具。緒論二.問題的提出2.1維修費用昂貴

20世紀(jì)70年代英國統(tǒng)計，因設(shè)備帶病工作多消耗能源50%左右。

1980年美國工業(yè)設(shè)備維修費用為2465億美元，而當(dāng)年稅收總額為7500億美元。德國當(dāng)前每年設(shè)備維修費用達4000—5000億馬克，占國民生產(chǎn)總值的13%—15%左右。我國某些大型鋼廠每年設(shè)備維修費用達2億元以上。緒論二.問題的提出2.2重大事故頻頻出現(xiàn)

1979年美國三里島核電站堆藏?fù)p壞事故，損失幾十億美元，公眾強烈抗議。

1984年印度博帕爾市農(nóng)藥廠異氰酸甲脂毒氣外泄事故，兩千多人死亡，二十多萬人受害。

1986年美國航天飛機“挑戰(zhàn)者號”的墜毀。

1986年歐洲萊茵河瑞士化工廠工業(yè)污染事故。1986年4月26日1時23分前蘇聯(lián)契爾諾貝利核電站核反應(yīng)爐爆炸事故，3萬多人死亡，5萬多人受輻射傷害，并影響下一代身心健康，至今方圓30公里因核輻射仍超標(biāo)10倍以上而封閉。以上事例都是曾經(jīng)發(fā)生的因設(shè)備故障造成的震驚世界的惡性事故。緒論二.問題的提出2.2重大事故頻頻出現(xiàn)

1982年江蘇某化肥廠壓縮機組發(fā)生強烈振動，三次停機，損失千萬元以上。

1985年山西某電廠一臺20萬千瓦汽輪發(fā)電機組損壞，直接損失千萬元以上。

1993年河南某煤礦井下通風(fēng)機葉片斷裂，全礦停產(chǎn)，損失達500萬元。緒論二.問題的提出2.3國家對設(shè)備管理極為重視：

1987年國務(wù)院發(fā)布了“全民所有制工交企業(yè)設(shè)備管理條例”。

1990年第三次全國設(shè)備管理優(yōu)秀單位表彰大會上江澤民題詞“加強企業(yè)設(shè)備管理，提高企業(yè)裝備素質(zhì)”。李鵬題詞“工欲善其事，必先利其器，維護設(shè)備完好，保護企業(yè)生產(chǎn)力”。1996年國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“九五全國設(shè)備管理綱要”。

1997年全國人大28次會議通過了“節(jié)約能源法”。

1999年3月國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“重點用能單位節(jié)能管理辦法”。

1999年1月和2000年1月國家經(jīng)貿(mào)委分別發(fā)布了兩批“淘汰落后生產(chǎn)力、工藝和產(chǎn)品的目錄”。

緒論二.問題的提出

2.3國家對設(shè)備管理極為重視：

從上世紀(jì)80年代開始，美國、歐盟很多國家為了提高軍事裝備的戰(zhàn)斗力，在裝備的性能指標(biāo)上除了有火力、速度、射程、功率等方面的要求外，還提出了可靠性、維修性、和保障性方面的指標(biāo)要求，并作為性能指標(biāo)的一部分。我國也非常重視，大力開展了這方面的工作。緒論二.問題的提出

2.4設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要性

（1）為改進、提高設(shè)備的設(shè)計、制造水平提供信息—通過實際的運行狀態(tài)與預(yù)期的運行狀態(tài)相比較；（2）為保證設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下運行（生產(chǎn)率、質(zhì)量、能耗、

環(huán)保等）提供信息—通過實際的運行狀態(tài)與最優(yōu)的運行狀態(tài)相比較；（3）為設(shè)備的故障診斷提供信息—通過實際的運行狀態(tài)與正常的運行狀態(tài)相比較。

緒論二.問題的提出

2.5設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的必要性

（1）高產(chǎn)、高效、自動化、連續(xù)化設(shè)備因故障停產(chǎn)所造成的損失巨大。（2）航天、航空、航海、核工業(yè)等對安全可靠性要求極高，出現(xiàn)事故危及人身安全，甚至環(huán)境污染。（3）現(xiàn)代設(shè)備技術(shù)先進，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的不能解體檢查，故障難以感官和經(jīng)驗判斷。（4）維修人員老齡化，青年人經(jīng)驗不足。緒論二.問題的提出2.6設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的可能性計算機技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，使研制先進的儀器和系統(tǒng)、快速準(zhǔn)確的提取信息、傳輸信息和分析處理信息成為可能。緒論三.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例1986年美國“挑戰(zhàn)者”號宇航飛機失事后，曾對事故原因進行了大量分析?！疤魬?zhàn)者”號從升空到爆炸的74s期間，機上電子計算機向地面控制臺發(fā)回了大量數(shù)據(jù)，為調(diào)查事故原因提供關(guān)鍵性依據(jù)?！疤魬?zhàn)者”號共有兩千多個監(jiān)測傳感器，能夠?qū)⒚壳Х种幻氲膲毫?、溫度、燃耗乃至宇航員脈搏跳動等數(shù)據(jù)輸人座艙計算機系統(tǒng),該系統(tǒng)又將這些信息傳輸?shù)降孛婵刂婆_。緒論三.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例根據(jù)對這些數(shù)據(jù)進行分析發(fā)現(xiàn)，“挑戰(zhàn)者”號在爆炸前l(fā)0s，右側(cè)火箭助推器內(nèi)部的壓力突然下降，每平方英寸減小了10萬磅，相當(dāng)于助推器內(nèi)部壓力降低了5％。進一步分析表明，這是因為兩火箭助推器之間出現(xiàn)裂縫，膨脹的氣體不斷從裂口逸出，因而內(nèi)部壓力降低。依據(jù)大量的信息判明，“挑戰(zhàn)者”號的事故原因是火箭助推器的一個環(huán)形密封圈發(fā)生了漏氣，引起局部燃料泄漏、燃燒、導(dǎo)致爆炸。緒論三.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例

現(xiàn)在的民用航空機，都設(shè)有工況監(jiān)測系統(tǒng)，隨時檢測發(fā)動機工作中的壓力、溫度、振動、速度等參數(shù)，經(jīng)過處理后，在駕駛艙中直接顯示，為機組人員提供駕駛所必須的參數(shù)以及發(fā)動機是否正常運行的狀態(tài)信息。另一方面將檢測參數(shù)輸入磁帶記錄器(即所謂黑匣子)，磁帶上記錄的信息，為地勤人員提供了是否需要檢修以及檢修部位的依據(jù)。

緒論

三.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例現(xiàn)代大型旋轉(zhuǎn)機械，如蒸汽透平、燃汽透平、發(fā)電機、離心機、壓縮機等，都普遍設(shè)有完善的保護與診斷系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)可同時檢測數(shù)十乃至數(shù)百個參數(shù)，可監(jiān)測軸的振動、軸心軌跡、軸承溫度、轉(zhuǎn)速、相位等，一旦超限，可自動報警。隨著診斷理論與方法的深入研究，計算機軟件的開發(fā)，已發(fā)展到在線實時監(jiān)測與診斷機組狀態(tài)。隨著人工智能科學(xué)向?qū)嵱没l(fā)展，已開始了機器診斷專家系統(tǒng)的研究，這是工況監(jiān)測與診斷技術(shù)的新動向。緒論四.設(shè)備維修發(fā)展的三個階段

(1)事后維修

18、19世紀(jì)，蒸汽機、電機出現(xiàn)，完成手工向機器生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，由于規(guī)模小、生產(chǎn)力低、費用低，維修采用不壞不修、壞了才修。

(2)定期維修進入20世紀(jì)，出現(xiàn)了以福特汽車裝配線為代表的流水線生產(chǎn)方式，機器復(fù)雜性增加，生產(chǎn)力提高，停產(chǎn)損失加大，出現(xiàn)定期維修，分小修、中修、大修。缺點：可能出現(xiàn)過失維修和過剩維修。緒論四.設(shè)備維修發(fā)展的三個階段

(3)狀態(tài)維修

背景：美國1961年開始執(zhí)行具有劃時代意義的阿波羅計劃；1964年日本建成地鐵新干線和東京奧林匹克體育場；英國從節(jié)省能源和降低成本出發(fā)，1970年提出設(shè)備綜合工程和壽命周期費用的問題。

內(nèi)涵：對設(shè)備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，判斷運行是否正常，查出故障，尋找原因，預(yù)報發(fā)展趨勢，制定計劃，進行維修。效益：采用狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)后，取得明顯的經(jīng)濟效益。英國對2000家工廠調(diào)查表明，每年設(shè)備維修費可節(jié)約3億英鎊；日本有關(guān)資料指出，每年設(shè)備維修費可減少25—50%；美國Pekrul發(fā)電廠每年設(shè)備維修費節(jié)約了120萬美元。我國某石化企業(yè)每年減少維修停產(chǎn)時間，增加產(chǎn)值超過千萬元；某機械施工單位擁有工程機械232臺，每年維修材料費降低30%、維修工作量降低47%；某港口15噸帶斗門機每年平均停機維修時間從45天降至9天。緒論四.設(shè)備維修發(fā)展的三個階段

(3)狀態(tài)維修

緒論設(shè)備維修費可減少25—50%

；投入產(chǎn)出比1:15。緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法

機械與醫(yī)學(xué)診斷測試的比較醫(yī)學(xué)診斷測試機械診斷測試中醫(yī)：望、聞、問、切聽、摸、看、聞西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅目的：直接觀察，通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變化進行判斷。聽心音、做心電圖振動、噪聲測試目的：研究振動、噪聲的大小及其變化規(guī)律。緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法

機械與醫(yī)學(xué)診斷測試的比較醫(yī)學(xué)診斷測試機械診斷測試

量體溫溫度測試

目的：研究分析溫度的變化量血壓應(yīng)力應(yīng)變、液壓氣壓測試

目的：研究分析力、應(yīng)力、應(yīng)變的變化化驗（血、尿）油液分析

目的：研究分析油液中磨粒的化學(xué)成分、形貌、數(shù)量，判斷機件的磨損情況。

緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法

機械與醫(yī)學(xué)診斷測試的比較醫(yī)學(xué)診斷測試機械診斷測試

總體體能測試：如耐力整機性能測試：如能耗肺活量、摸高、拉力等生產(chǎn)效率、工作精度等

目的：對整體性能進行評價查病歷、問病史查閱機器運行技術(shù)擋案

目的：找規(guī)律、查原因、作判斷緒論六.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的內(nèi)容

（1）根據(jù)設(shè)備的類型和工況，確定監(jiān)測與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的特征信號；（2）正確選用傳感器、二次儀表、記錄儀器，組成測試系統(tǒng)。綜合考慮測量精度、靈敏度、響應(yīng)時間、測量范圍等因素；（3）確定對所測信號進行處理和分析的方法，去粗取精，去偽存真，提取與設(shè)備運行狀態(tài)和故障相對應(yīng)的特征信息(征兆)；（4）根據(jù)設(shè)備的征兆，識別設(shè)備的狀態(tài)和故障(故障診斷)；（5）如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障，進一步分析故障的程度、部位、類型、原因和趨勢等；（6）根據(jù)設(shè)備的故障及其趨勢，做出評價和決策，包括控制、自診治、調(diào)整、維修、繼續(xù)監(jiān)測等措施。緒論七.狀態(tài)判斷的方法

識別設(shè)備運行狀態(tài)是否正常，可按照下列方法進行判斷：

1.絕對標(biāo)準(zhǔn)判斷法：按ISO、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等判斷。

2.相對標(biāo)準(zhǔn)判斷法：與正常工作狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)對比判斷。3.相同設(shè)備類比法：對多個同類型設(shè)備的有關(guān)數(shù)據(jù)相互比較，進行判斷。

4.時間序列分析法：根據(jù)按時間順序所測得的一系列數(shù)據(jù)的變化趨勢，進行判斷。

緒論八.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的發(fā)展方向

1.在線監(jiān)測；2.計算機管理和網(wǎng)絡(luò)化；3.監(jiān)測和診斷智能化；4.高精度、高可靠性傳感器及微型化；5.現(xiàn)代信號分析方法的研究；6.信息融合和分離技術(shù)。（結(jié)束）

9、春去春又回，新桃換舊符。在那桃花盛開的地方，在這醉人芬芳的季節(jié)，愿你生活像春天一樣陽光，心情像桃花一樣美麗，日子像桃子一樣甜蜜。2月-252月-25Saturday,February22,202510、人的志向通常和他們的能力成正比例。19:44:0519:44:0519:442/22/20257:44:05PM11、夫?qū)W須志