机械故障诊断技术

第一章绪论在连续生产系统中，如果某台关键设备因故障而不能继续运行，往往会涉及全厂生产系统设备的运行，而造成巨大的经济损失。因此，对于连续生产系统，例如电力系统的汽轮发电机组、冶金过程及化工过程的关键设备等，故障诊断具有极为重要的意义。对于某些关键机床设备，因故障存在而导致加工质量降低，使整个机器产品质量不能保证，这时故障诊断技术也不容忽视。故障诊断的基础是建立在能量耗散原理上的。所有设备的作用都是能量转换与传递，设备状态愈好，转换与传递过程中的附加能量损耗愈小。例如机械设备，其传递的能量是以力、速度两个主要物理参数来表征，附加能量损耗主要通过温度及振动参数表现。随着设备劣化程度加大，附加能量损耗也增大。因此，监测附加能量损耗的变化，可以了解设备劣化程度。(能量参数：电压及电流、压力及流量等）1.1设备的寿命及劣化曲线•1.浴盆曲线浴盆曲线：设备维修工程中，根据统计得出的一般机械设备劣化进程规律曲线。由于曲线的形状类似浴盆的剖面线，因此称为浴盆曲线。设备的寿命曲线（浴盆曲线）Ⅰ——磨合期Ⅱ——正常使用期Ⅲ——耗损期故障率%ⅠⅡⅢ图1—1浴盆曲线浴盆曲线中的三个阶段•Ⅰ—磨合期，表示新机器的磨合阶段，这时故障率较高。•Ⅱ—正常使用期，表示机器经磨合后处于稳定阶段，这时故障率最低。•Ⅲ—耗损期，表示机器由于磨损、疲劳、腐蚀已处于老年阶段，因此故障率又逐步升高。2.设备的劣化曲线绿区(G)——包括浴盆曲线的正常使用阶段，即故障率最低的阶段。机器处良好状态。黄区(Y)——包括浴盆曲线Ⅲ区的初始阶段，故障率已有抬高的趋势。机器处警戒状态。红区(R)——包括浴盆曲线Ⅲ区故障率已大幅度上升的阶段。机器处严重或危险状态。GYR图1-2劣化曲线取浴盆曲线中后两阶段，第Ⅱ阶段（正常使用期）和第Ⅲ阶段（耗损期）作为劣化曲线。如下图：1.2故障诊断的内容•1）运行状态的监测——根据机械设备在运行时产生的信息判断设备是否运行正常，其目的是为了早期（尽早）发现设备故障的苗头。•2）设备运行状态的趋势预报——在状态监测的基础上进一步对设备运行状态的发展趋势进行预测，其目的是为了预知设备劣化的速度以便为生产安排和维修计划提前作好准备。•3）故障类型、程度、部位、原因的确定——最重要的是故障类型的确定，它是在状态监测的基础上，当确认机器已处于异常状态时所需要进一步解决的问题，其目的是为最后的诊断决策提供依据。1.3故障诊断的基本方法•按机械故障诊断方法的难易程度分类：可分为1)简易诊断法和2)精密诊断法。•按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为3)直接观察法、4)振动噪声测定法、5)无损检测法、6)磨损物测定法、7)机器性能参数测定法。1.简易诊断法简易诊断法指主要采用便携式的简易诊断仪器，如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外点温仪对设备进行人工巡回监测，根据设定的标准或人的经验分析，了解设备是否处于正常状态。若发现异常，通过对监测数据分析进一步了解其发展的趋势。因此，简易诊断法主要解决的是状态监测和一般的趋势预报问题。2.精密诊断法精密诊断法指对已产生异常状态的原因采用精密诊断仪器和各种分析手段(包括计算机辅助分析方法、诊断专家系统等)进行综合分析，以期了解故障的类型、程度、部位和产生的原因及故障发展的趋势等问题。精密诊断法主要解决的问题是分析故障部位、程度、原因和较准确地确定发展趋势。3.直接观察法传统的直接观察法，如“听、摸、看、闻．”是早已存在的古老方法，并一直沿用到现在，在一些情况下仍然十分有效。但因其主要依靠人的感觉和经验，故有较大的局限性。随着技术的发展和进步，目前出现的便携式测振仪、泄漏听诊仪、光纤内窥镜、红外热像仪、激光全息摄影等现代手段，大大延长了人的感观器官，使这种传统方法又恢复了青春活力，成为一种有效的诊断方法。4.振动噪声测定法机械设备在运动状态下(包括正常和异常状态)都会产生振动和噪声。进一步的研究还表明，振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。大多数机械设备是定速运转设备，各零部件的运动规律决定了它的振动频率。由于是定速运转，其振动频率即为该零件的特征频率，观测特征频率的振动幅值变化，可以了解该零部件的运动状态和劣化程度。（振动法，由于不受背景噪声干扰的影响，使信号处理比较容易，因此应用更加普遍。）5.无损检测法无损检测是一种从材料和产品的无损检测技术中发展起来的方法，它是在不破坏材料表面及内部结构的情况下检测机械零部件缺陷的方法。它使用的手段包括超声、红外、x射线、γ射线、声发射、磁粉探伤、渗透染色等。6.磨损残余物测定法机器的润滑系统或液压系统的循环油路中携带着大量的磨损残余物(磨粒)。它们的数量、大小、几何形状及成分反映了机器的磨损部位、程度和性质，根据这些信息可以有效地诊断设备的磨损状态。7.机器性能参数测定法机器的性能参数主要包括显示机器主要功能的一些数据，如泵的扬程，机床的精度，压缩机的压力，流量，内燃机的功率、耗油量，破碎机的粒度等。一般这些数据可以直接从机器的仪表上读出，由此可以判定机器的运行状态是处于正常范围之外。当诊断一台设备的故障部位和原因时，往往需要综合的运用多种检测方法。在判定前，要列举各种可能及该可能的特征参数值，再与检测得到的数据进行对比验证，将对比不相符合的可能排除，剩下相符的可能，即为设备的故障部位和原因。这就是故障诊断中所普遍使用的——排除法。小结第1章思考题1-1故障诊断的基础是建立在___________原理上的。1-2机械故障诊断的基本方法可按不同观点来分类的，目前流行的分类方法有两种：一种按机械故障诊断方法的难易程度分类，可分为___________和______________法师二是按机械故障诊断的测试手段来分类，主要分为________、________、________、___________、____________。1-3设备运行过程中的浴盆曲线是指什么？1-4机械故障诊断包括哪几个方面的内容？1-5劣化曲线沿纵轴分成的三个区间分别是什么？代表什么意义？