故障诊断绪论

北京工业大学机电学院设备故障诊断（MachineFaultDiagnosis)崔玲丽机电设备故障诊断北京工业大学机电学院西区机电楼310房间[e-mail][e-mail]1369117802999411433北京市先进制造技术重点实验室机电设备故障诊断北京工业大学机电学院理论实践能够独立分析解决问题(文章)学会看诊断领域的文章实验台检测数据真实设备采集信号实验大纲诊断分析报告能够独立分析数据在读文献的基础上开展自己的研究使用现有的诊断分析软件通过自己编程来实现诊断分析设备诊断课程体系写文章、发表论文的要求机电设备故障诊断北京工业大学机电学院理论振动及信号处理的基本知识绪论滚动轴承诊断实例方法创新：写一篇相关论文独立阅读、分析、仿真文献（matlab编程）齿轮箱诊断实例阅读及讨论中文文献阅读及讨论外文文献考试作业1：翻译一篇相关英文文献作业3：小组文献汇报作业2：撰写一份诊断报告机电设备故障诊断北京工业大学机电学院课程内容：本课程主要介绍石油、石化、冶金、机械制造、电力、航空航天、铁路、烟草、供水、建材等行业中广泛存在的机电设备常见故障的诊断原理和工程应用。振动诊断基础数据采集技术轴承故障诊断齿轮故障诊断外文文献内容如下机电设备故障诊断传感器知识中文文献绪论北京工业大学机电学院课程实验安排滚动轴承实验系统实验内容：应用Matlab软件编制信号处理程序，进行轴承模拟故障实验。机电设备故障诊断北京工业大学机电学院7课程安排：教学：32学时；考试时间：第17-18周参考资料：理论：滚动轴承振动监测与诊断.梅宏斌.机械工业出版社；齿轮箱故障诊断.丁康.机械工业出版社；简易振动诊断现场实用技术.易良榘.机械工业出版社；机械故障诊断学.钟秉林.机械工业出版社;编程：精通Matlab7：浏览，翻阅，查找命令；Matlab在数字信号处理中的应用，薛年喜，清华大学出版社飞思科技的Matlab书；机电设备故障诊断北京工业大学机电学院第一章绪论本章内容：机电设备故障诊断诊断从哪里来？故障诊断有什么意义？诊断与维修之间的关系？诊断有哪些手段？看几个诊断案例？诊断技术发展如何？北京工业大学机电学院§1.1诊断从哪里来？人抽血血液化验这人有病么？有！治病！设备抽油样油品检测设备正常吗？有故障！维修！人体检查对比设备检修故障诊断——为设备“体检”！！北京工业大学机电学院§1.1诊断从哪里来？医学诊断测试机械故障诊断原理及特征信息直接观察（感官）中医：望、闻、问、切西医：望、触、扣、听嗅直接观察听、摸、看、闻通过形貌、声音、温度、颜色、气味的变化来测试听心音、做心电图振动、噪声测试通过振动、噪声的大小及其变化规律进行测试量体温温度测试研究分析温度的变化量血压应力、应变（液压气压）测试分析力、应力、应变化验（血、尿）油液分析研究分析油液中磨粒的化学成分、形貌、数量北京工业大学机电学院§1.1诊断从哪里来？医学诊断测试机械故障诊断原理及特征信息X射线、超声波检查超声、X射线探伤研究分析机件内部缺陷观测皮肤表面状态测试研究分析表面缺陷做胃镜内窥镜观察观察内部情况总体性能测试（如肺活量、耐力、握力、拉力等）整机性能测试分析整机性能参数，如功率、效率、工作精度等。问病史查阅机器运行技术档案资料找规律、查原因、作判断北京工业大学机电学院§1.2故障诊断有什么意义？设备诊断：即“设备医生”用一定的仪器、手段定性、定量描述设备状态分析故障发生原因并根据运行状态的变化预测故障的发展最终实现对故障的控制北京工业大学机电学院如心电图，就是利用仪器从人体上获得的心脏跳动的数据，通常显示在仪器上供医生诊断之用，或记录在纸上作为病人病例记录。北京工业大学机电学院故障（事故）：美国“哥伦比亚”号航天飞机解体诊断原因：航天飞机左翼在起飞时遭到从燃料箱上脱落的泡沫绝缘材料撞击，结果造成机体表面隔热保护层出现了大面积松动和破损，最终导致“哥伦比亚”号于返航途中因超高温空气入侵而彻底解体。损失：七名宇航员全部遇难。§1.2故障诊断有什么意义？北京工业大学机电学院§1.2故障诊断有什么意义？断裂部位三峡塔带机断裂事故2002年9月3日北京工业大学机电学院§1.2故障诊断有什么意义？故障（事故）：武钢高炉炉顶传动齿轮箱旋转电流升高，噪声异常（故障早期）。当晚20时，传动齿轮箱已根本无法运行（晚期）。诊断原因：箱体内部的大型回转支承轴承被压溃。损失：高炉停产5天，直接经济损失达5000万以上。北京工业大学机电学院故障（事故）：首钢3#转炉北侧二次输入轴减速机鼓型齿接手齿全部打光，转炉失去控制，钢水溢出造成两台渣罐车和部分钢轨烧损。诊断原因：联轴器有多处损坏（掉牙、裂纹等），且3#转炉大齿轮已压溃。§1.2故障诊断有什么意义？损失：直接经济损失高达7000万以上。北京工业大学机电学院•现代设备的大型化、复杂化、自动化、连续化发展趋势；•突发故障损失巨大；•对于连续生产系统（如汽轮发电机组、冶金过程及化工过程的关键设备），意义重大。§1.2故障诊断有什么意义？北京工业大学机电学院§1.2故障诊断有什么意义？⑴保障设备安全，防止突发故障；⑵保障设备精度，提高产品质量；⑶实施状态维修，节约维修费用；⑷避免设备事故造成的环境污染；⑸给企业带来显著的经济效益和社会效益。日本应用故障诊断技术后，事故发生率减少75%，维修费用降低25～50％。英国对2000个国营工厂的调查表明，采用状态监测和故障诊断技术后，每年可节省维修费用3亿英镑，而故障诊断系统的成本为0.5亿英镑。北京工业大学机电学院1.3.1设备的寿命及劣化曲线§1.3诊断与维修之间的关系？ABCEDF4%2%5%7%14%68%“BathtubCurve”“TraditionalView”“SlowAging”“BestNew”“ConstantRandomFailure”“WorstNew”89%NoAgeRelatedFailure北京工业大学机电学院§1.3诊断与维修之间的关系？•正常状态：指设备没有任何缺陷，或者虽有缺陷但也在允许的范围之内。•异常状态：指缺陷已有一定程度的扩展，使设备状态信号发生变化，设备性能开始劣化但能维持正常工作。•故障状态：设备性能指标严重降低，已无法维持正常工作。北京工业大学机电学院§1.3诊断与维修之间的关系？事后维修---发生故障后进行（RM/BM）Reactive（breakdown）Manitenance计划维修---以一定时间为间隔，定期维修（TBM）PreventiveManitenance预知维修---以设备状态监测（CM）为基础PredictiveMaintenance（PdM）主动维修---以故障根源分析为基础，基于可靠性的维护ProactiveMaintenance(PAM)北京工业大学机电学院23事后维修RM/BMReactive(Break-Down)Manitenance“任其损坏”定义：设备运行损坏才进行修理；优点：不需要安排计划，不必投资在状态监测上不会出现过度维修，适用于少数非重点设备对一些设备更换比修理更便宜(Why?)缺点：意外停机引起生产损失灾难性的设备事故引起设备二次损坏库存备件投资多高额维修费用管理失控机电设备故障诊断北京工业大学机电学院24计划维修PM/TBMPreventiveManitenance“定期体检”定义：按预定的时间间隔或检修周期对设备进行维修、维护和更换部件优点：机器运行寿命相对较长减少意外停机备件库存较少缺点：意外停机引起生产损失过剩维修导致维修费用增加过剩维修引起人为维修故障不足维修引起设备二次故障机电设备故障诊断北京工业大学机电学院25预知维修PdMPredictiveMaintenance“没有故障就不修”定义：有计划地对设备做检查和测试，以决定其健康状况，决定维修时间。优点：减少非计划性停机损失（意外）延长维修时间间隔大大减少库存备件（仅在需要时购买和使用所需备件）过剩维修减到最少（只需在适当时候进行维修）缺点：需要初始投资，监测仪器、系统、服务、人员花费、需要学习培训不能延长设备寿命机电设备故障诊断北京工业大学机电学院26主动维修PAMProactiveMantenance“查明根源，精确维修，一切基于可靠性”优点：设备寿命延长设备可靠性增加更少的故障及二次损坏总的维护费用降低缺点：监测仪器、系统、服务、人员花费要求特殊技能需要更多时间进行分析全体员工改变观念机电设备故障诊断北京工业大学机电学院事后维修（BM）计划维修（TBM）预知维修（CBM）维修方式和工作量之比较§1.3诊断与维修之间的关系？维修工作量维修工作量维修工作量（a）（b）（c）维修停机时间维修停机时间维修停机时间北京工业大学机电学院§1.4诊断有哪些手段？常见诊断技术：振动检测技术（点检、离线、在线）油品检测技术（光谱分析、铁谱分析）温度检测技术（接触式测温、非接触式测温）无损检测技术（射线、超声、磁力、渗透）噪声检测技术（简易现场检测、ISO近场测试法）金相检测技术（金相检测显微镜、扫描电镜）红外检测技术（红外测温、红外摄像）北京工业大学机电学院§1.4诊断有哪些手段？60.0℃360.0℃100200300AR01:367.4℃AR02:224.3℃AR03:234.5℃AR04:173.0℃42.4℃62.9℃45505560AR01:67.2℃AR02:51.5℃红外检测技术北京工业大学机电学院§1.4诊断有哪些手段？超声检测技术北京工业大学机电学院§1.4诊断有哪些手段？人工、离线和在线监测系统发现故障隐患的能力五官离线检测在线监测20-30%20-30％40-60%五官检测是指有五年以上现场经验、责任心较强的钳工在现场用五官对设备进行观察检测。振动检测技术基于振动的检测技术：人工、离线检测、在线监测北京工业大学机电学院“大振动”现象坐汽车、火车、轮船时的振动，有时会使人颠簸得难受家里的冰箱电扇空调因振动而产生的噪音使人心烦意乱振动检测技术?北京工业大学机电学院“大振动”现象可怕的地震、海啸、飓风使人民生命财产受到巨大损失唐山地震遗址汶川大地震印尼海啸美国新奥尔良飓风振动检测技术?北京工业大学机电学院“大振动”现象振动会使许多机器损坏，飞机和导弹失灵。因大风引起的桥梁振动和骑兵正步过桥引起的振动会使大桥震垮。剧烈的振动会加速设备疲劳破坏，固体和气体的振动会产生噪声等等。总之，振动现象以往主要是作为不好的现象来加以研究的，它经常是以我们人类的“敌人”的面貌出现的。振动又是人类最亲密的朋友振动检测技术?北京工业大学机电学院“大振动”现象振动检测技术?北京工业大学机电学院“大振动”现象振动检测技术?北京工业大学机电学院中国振动工程学会中国振动工程学会成立及第一次全国代表大会于1987年5月3日至7日于南京召开。中国振动工程学会已由国家学科委于1986年10月14日批准,经过近半年来的充分酝酿和协商,这次代表大会的235位代表来自全国23个省、市、自治区和香港的134个单位,代表力学、数学、机械、车辆、船舶、航空、航天、水利、化工、电力、冶金、核工程、地质勘探和海洋工程等各个领域,从事振动工程研究、教学和应用的各部门、各单位。“振动”从三级专业学组上升到一级学会振动检测技术?北京工业大学机电学院1.4.1网络点巡检可以及时采取对策，将故障消灭在萌芽阶段，提高设备的工作效率，延长设备寿命。它强调的是设备的动态管理。点检作为设备预知维修的基本手段受到管理者的重视。点检人员借用一定的手段，按照制定的标准，定期、定点地对设备进行检查，准确掌握设备技术状态、设备故障的初期信息和劣化趋势。①结构简单，灵活，构造成本低。②不受设备空间分布的限制，不受设备状态信息类型限制，覆盖面广。含义：特点：作用：§1.4诊断有哪些手段？北京工业大学机电学院设备运行管理设备状态网络点检系统点检工作企业运营Net.Inspect预知维修管理平台决策依据实现