机械设备故障诊断讲稿

机械设备故障诊断讲稿1第1章绪论1.1设备故障诊断的定义、背景和意义一、定义故障：机器丧失了它应有的功能破坏性故障：完全（立刻）丧失功能功能性故障：降低功能而未完全丧失操作故障：人为操作失误引起产生原因：人误、正常磨损、疲劳、达到寿命、环境影响等诊断：根据设备运转过程中产生的各种信息，判断设备是否正常运转。设备故障诊断：识别机器（包括设备、工程结构及工艺过程）是否发生了故障，并进行失效分析，达到预防、改进设计的目的。设备技术诊断：定量地识别系统的运行状态。（更广泛地高度理解）包括：1、状态识别指对设备当前的运行状态做出是正常、异常或是故障的判断。其实施是将经信号处理得到的待检模式与故障档案库中的样板模式比较，利用相应的判决规则，判定设备的当前状态（简易诊断）。2、故障分析（失效分析）指设备被初步判有故障后，对故障发生的部位、类型、原因等方面做出进一步的分析。从设备维修的角度，哪些部位需要维修以及如何维修等是状态识别所不能解决的问题。从众多的杂乱的故障现象（各种信息）中，通过对各类故障特点的了解，对故障机理的深入研究，利用所能用的经验和理论进行分析，得出诊断结论。3、趋势分析利用有关预测技术对设备当前的状态在今后一段时间内的发展趋势作出估计，即设备还能维持工作多久？在进行趋势预测时，往往借助于一般规律如惯性规律、相似规律、相关规律、概率规律等。二、背景“诊断”术语应用于许多领域，如医学、环测、企业状态评价等。1.生产技术的发展需要，设备复杂化、技术高密等及维修费用大幅上升，对设备的高要求显示了故障诊断的重要迫切。2.现代检测技术、识别理论、计算机技术等多学科的发展把信号分析技术推向新的高度。设备系统零件的可靠性工程的发展，对零件失效理论的研究为诊断提供了前提条件。别的领域诊断理论、方法、技术、仪器等新成就的借用。三、意义设备监测传统方法：靠人的眼看、耳听、手摸等感官手段，凭经验来判断，显然具有很机械设备故障诊断讲稿2大的局限性。1、设备的维修方式：事后维修在设备已发生功能性故障以后才进行维修，是一种不足维修方式，即未能及时消除故障以至发展到设备功能破坏的维修。不足维修可能导致严重的设备事故定期维修按预先认为合适的固定检修周期实施大修、中修或小修，是一种预防性维修，既可能发生不足维修，又可能发生过剩维修。过剩维修则会增加不必要的停机时间，直接影响产量的提高，增加检修费用。不仅如此，检修周期长，且设备其他一些并无故障的零部件间的正常配合或装配关系遭到破坏，会引起新的故障或潜在的故障。预知维修（视情维修）根据设备运行状态来确定维修时间、内容和方法。与定期维修一样属于预防性维修，不同的是要以设备的运行状态（有无劣化或故障）为基础，以对故障诊断和预测结果而采取维护决策，在必要时才进行必要的修理，所以更具客观性、科学性。正是由于机械设备状态监测与故障诊断技术的成熟和应用，使预知维修这一理想的设备维修方式成为可能并进入实施应用阶段，这是机械设备状态监测与故障诊断技术对机械设备维护体制产生的最具深刻意义的影响。2、显著经济效益表现在：可以减少故障，降低维修费用，减少维修时间。事实上，实施设备故障诊断技术的意义不仅仅涉及设备的维护方面，它对改善设备整个寿命期间各个环节的工作，包括设计、制造、安装、维护、检修以及备件及设备管理等，都提供了科学的具有指导性的依据。1.2故障诊断技术基本概念和概况一、设备故障诊断技术的分类1、从诊断的方式分，有功能诊断和运行诊断。功能诊断是检查机器运行功能的正常性(对象：新安装或刚维修好的设备)运行诊断是对正常服役的设备或机组进行运行状态的监测和诊断。2、按设备的状态信号来分，有：振动诊断：以平稳振动、瞬态振动、机械导纳及模态参数为检测目标。强度诊断：以力、应力、应变、扭矩等机械参数为检测目标。温度诊断：以温度、温差、温度场、热像等为检测目标。声学诊断：以噪声、声阻、超声、声发射等为检测目标。电参数诊断：以电信号、功率及磁特性等为检测目标。光学诊断：以亮度、光谱和各种射线效应为检测目标。润滑油样诊断：以机器润滑油中磨屑浓度、成分、粒度等为检测目标。性能趋势诊断：以设备各种主要性能指标为检测目标。机械设备故障诊断讲稿33、从诊断的连续性来分，有：定期诊断：一般用于非关键设备且该设备的性能改变为渐发性故障或可预测性故障的场合。连续监控：一般用于关键设备且其性能改变属特发性及不可预测性故障。4、从诊断的完善程度来分，有：简易诊断：利用较简单的仪器仅对设备有无故障及故障严重程度作出初步判断。常用仪器如便携式测振仪、红外点温仪、轴承监测仪等。精密诊断：在简易诊断的基础上，不但要检查设备是否正常，还要对故障的类型、产生的原因、故障部位、故障严重程度及发展趋势等进行进一步的分析，作出判断与决策。用于精密诊断的专家系统并开始付诸使用，使设备故障诊断技术得到发展5、按实施方法分，有：离线诊断：在现场信息采集，而分析处理和诊断工作在实验室进行，灵活方便投资小，但分析结论有较长的时间滞后，不利于连续监视和处理紧急故障。在线诊断：将传感器所采集的信息直接送入分析处理仪，或经A/D转换送入计算机，即时进行分析处理和诊断。该法迅速、实时、不漏故障，但费用高。二、设备故障诊断的基本内容和一般步骤设备故障诊断的基本内容：诊断文档的建立和诊断实施两大部分。。1、诊断文档（故障档案）的建立建立诊断文档即建立与各类故障对应的特征信息模式（故障样板模式）。诊断或状态识别，实质上是将诊断对象的信号经处理后得到的一个待检模式与已知样板模式比较，将其归属到某一已知样板模式中去的过程，所以要在计算机中建立故障档案库即样板模式或标准数据库或称标准谱数据库。故障档案库的基本内容有：用于各种故障判断的诊断参数标准阀值，诊断参数的各种标准机械图象。故障档案需不断加以验证、修正、补充和完善。（1）敏感因子设备的状态可以用不同的特征参数来表达（敏感性不同）。敏感因子就是最能灵敏地反映诊断对象故障状态的某些特征参数（它要具有高度的敏感性、可靠性和实用性，它直接关系到诊断的灵敏性、准确性和快速性）。（2）建立故障档案的方法建立故障档案的方法大致有实验法和计算机辅助实验法。实验法将测出的各种工况的状态信号进行技术处理，得到对应的敏感因子的标准谱数据，可靠适用，但工作量大。计算机辅助实验法用较少的实验通过理论分析建立数学模型并利用计算机仿真和推算来建立故障档案。（3）简易诊断中的故障判别标准常用的几种判别标准见表1-1。表1-1三种故障诊断判别标准机械设备故障诊断讲稿4绝对判别标准如国标、机标等在同一部位测定的值与规定的判断标准值比较，判断结果为良好/正常/不良相对判别标准对同一部位定期测定，按时间先后进行比较，将正常情况下的值定为初始值，根据实测值达到的倍数来判断类比判别标准有数台机型相同的机械时，按相同条件对它们进行测定，经过相互比较作出判断绝对判别标准即使有通用判别标准可依，但同一类设备各自的制造安装精度、使用场合、工况和老化程度等各不相同，所以使用时要注意使用范围。相对判别标准只适用于只有一台某型号设备的场合。类比判别标准适用于多台相同条件下运行的同样规格设备的场合，它是以大多数设备在相同测定条件下得到的正常状态下的测定值为原始值。以上三种判别标准在实际中须灵活使用，在大多数情况下往往还需兼用。2、故障诊断实施故障诊断实施过程如图1-1。（1）信号采集信号采集（检测）是将最能各观反映设备状态的足够数量的信息（某一种或几种）提取出来，转换成某种信号传递到信号记录仪或信号处理设备中去。图1-1故障诊断的实施过程信号检测系统主要由传感器、二次仪表以及记录装置等组成。传感器用于拾取设备状态对应的信号，其类型、性能和质量、安装方法、位置以及人的思维和判断往往是决定信息是否会失真和遗漏的关键。二次仪表将传感器输出的信号进一步放大并转换成有利于分析诊断形式输出。（2）信号处理由传感器获取的信息，在一些简易诊断中直接作为诊断依据，在较复杂的系统中，这些信号（如振动测试）是以电压（或电流）的时间历程形式输出，其特征不明显不直观，且相互混杂并伴有许多无用成分和干扰。从这些信号中排除和削弱噪声干扰，保留和增强有用信号，从中提取出对故障诊断最具敏感性的信息，进一步得到待检模式，这就是信号处理。对于不同性质的信号，信号处理的方法有很多。分析处理方法的选择、结果的准确性以及表示的直观性都会对诊断的结论产生较大的影响。（3）识别诊断识别诊断包括状态识别、故障分析、趋势预测三方面的内容，这项工作亦称为故障诊断。监视仪表信号采集器诊断对象传感器放大器信号记录仪计算机信号分析仪机械设备故障诊断讲稿5诊断的结果是实施维护决策的主要依据。（4）维护决策根据诊断和预测的结果，决定将要采取的实际干预措施。特别是近期预测的结果，是采取视情维修中决定下次维修各项内容（对象、时间、方法及准备等）的主要依据。在对象明确、单一的情况下，主要确定下次维修时间。三、诊断技术的应用和研究现状80年代主要用于石化、冶金及电力等行业进入90年代，迅速渗透到各个行业，研究和应用工作取得了较大的进展，仅在电力行业已装备的国产监测与诊断系统近百套，其中有些系统的性能已达到或接近国际先进水平。应用较广较成熟的对象：旋转机械、往复机械、工业流程、加工过程、及各种基础零件。目前，国内在诊断技术方面的研究主要集中在以下几个方面：1、信号分析与处理从传统的谱分析、时序分析、时域分析，开始研究先进的短时傅立叶分析、Wigner分析、小波变换等分析方法。2、传感器技术国内目前使用的许多类型的传感器在可靠性、稳定性等方面需进一步提高。3、人工智能和专家系统近来这方面的研究和应用几乎成了诊断技术发展的主流，但在工程应用上远未达到人们所期望的。4、神经网络由于人工智能和专家系统技术的工程应用遇到了一系列的困难，人们转向研究人工神经网络，但进展缓慢，主要问题是网络训练的事例不足，与专家系统所遇到的困难类似。5、诊断系统的开发研究这是目前人们最致力的一个方向。从80年代的单机巡检与诊断到上、下位机式的主从结构，直到今天以网络为基础的分布式结构，在系统开发上出现了离线诊断系统、在线诊断系统和便携式诊断系统，但国内的诊断系统的可靠性远不如国外系统，需化大力气加以解决。机械设备故障诊断讲稿6第2章故障诊断振动监测技术2.1振动理论基础一、振动基本概念1、振动物体围绕平衡位置做往复运动机械振动机器设备由零件和基础组成一个弹性系统，某些原因或条件引起这些物体在其平衡位置附近做微小的往复运动，这种没隔一定时间的往复机械运动称为机械振动系统即研究对象，一部机器，或一种结构激励或输入外界对系统的作用或机器自身运动产生的力响应或输出机器在激励下产生的动态行为振动诊断对正运行或非工作状态的系统给以激励，测出响应，对数据处理后，与事先制定的某些标准比较，进而判断系统内部结构的破坏、裂纹、磨损、松脱、老化等各种影响正常运转的故障。振动是机器运行伴生现象，它包含着丰富的机器运行状态的信息。一般地，随着故障的出现和发展，机器的振动都会发生明显的变化。在正常运行状态下，只有某种形式的较低量级的振动的机器，当其运行状态发生变化时，必然会产生额外的振动或使振动加剧，振级增大，且各类故障与振动现象的变化之间常有比较明显的对应关系，其特征易于识别，因此大部分机械设备都可采用测量振动来进行状态监测和故障诊断。此外，由于振动诊断的测试方法、手段和理论均相对较成熟，易于实现在线诊断和监控，因而成为目前设备状态监测与故障诊断中应用最广泛的方法之一。振动诊断的应用（1）振动是随着振动的产生程度逐步升级，可根据振动等级的变化曲线来判断设备的状态，做出相应决策。（2）大部分机器都适合于采用测量振动来进行状态检测和故障诊断，如轴承、齿轮、旋转机械、建筑等（3）许多故障因振动引起，可根据已知的输出和系统参数（如刚度、质量、阻尼等）确定输入，判断环境特性，寻找振源所在。振动波形特征值：振幅、频率、相位（三要素）研究对象：主要研究破坏性振动，有用振动像振动筛、打桩机等不在研究范围之内。2、振动的原因和危害原因零