第5章 典型零件系统的故障诊断

第五章典型零件系统的故障诊断§5.1齿轮的故障诊断§5.2滚动轴承的故障诊断§5.3静止设备的故障诊断§5.4发动机诊断技术5.1齿轮的故障诊断齿轮的故障特征齿轮的振动特性齿轮故障的振动诊断齿轮的故障特征齿轮的损伤形式(一)齿面损伤齿轮表面和次表面发生的各种损伤统称为齿面损伤.严重的齿面损伤,将引起故障或造成齿轮失效.齿面损伤分为齿面磨损齿面粘着撕伤齿面疲劳齿面塑性变形齿面烧伤(二)轮齿折断轮齿折断可以是局部齿,单个齿,多个齿发生折断的损伤形式.根据折断产生的机理,分为疲劳折断和过载折断,而轮齿上由于各种原因造成的裂纹是折断损伤的前兆.(三)组合损伤造成轮齿孙沙锅的原因错综复杂,一种损伤是另一种损伤的先兆或继续发展的结果.因此,使用中轮齿损伤往往不是单一的基本损伤形式,而是两种或多种损伤形式的组合,并且呈现各种复杂的情况齿轮的振动特性齿轮的振动机理齿轮可以看成是以轮齿为弹簧,以齿轮本体为质量的振动系统,由于齿轮刚度周期性变化,齿轮装配误差或扭矩变化等外因引起的激振力作用,齿轮将会产生圆周方向的扭转振动.又由于轴,轴承,轴承座的变形或齿向误差等原因,圆周方向的扭转振动变会导致径向和轴向振动,从而形成轴承座的扭曲振动.对于闭式传动,振动可通过轴承和轴承座传到齿轮箱体,使箱体侧壁产生振动,并激发周围的空气振动而产生噪声,对于开式传动,则三个方向的齿轮振动直接激发空气振动而产生噪声.齿轮的异常振动齿轮磨损引起的振动齿轮制造缺陷引起的振动齿轮不同轴引起的振动齿轮局部异常引起的振动齿轮故障诊断检测参数与检测周期检测部位与检测方向诊断程序和检测类型振动信号特征分析齿轮振动故障判断5.2滚动轴承的故障诊断滚动轴承的故障诊断常采用振动诊断法优点是不仅能检测运转中轴承的异常,而且具有检测轴承早期异常的能力.诊断过程通常分为:一振动监测频带二振动信号采集三振动原因识别振动监测频带滚动轴承的振动诊断是利用各种异常状态下所特有的振动频率来查明异常原因.由于轴承异常所引起的振动包括1KHZ以下的低频振动,和数十KHZ的高频振动,或者是同时包含这两类频率成分的振动因而轴承的振动诊断可分为低频振动和高频振动两种诊断程序.低频振动诊断的一般程序是:由加速度振动传感器测取振动加速度的电信号,经电荷放大器后,在再通过积分器获得振动速度信号,然后在经过1KHZ的低通滤波器,对除去高频成分的信号进行频率分析.对轴承构造异常和加工面形状误差所引起的振动,可利用低频振动诊断.高频振动诊断的一般程序是:由振动加速度传感器测取电信号,经电荷放大器后,再通过1KHZ的低通滤波器获取其高频成分,然后再将这种滤波后的加速度信号进行频率分析.对轴承损伤引起的异常振动可利用高频振动进行诊断.振动信号采集在一般的滚动轴承振动诊断系统中,常采用瞬态信号采集,定时信号采集以及峰值信号采集三种方法.(一)瞬态信号采集法瞬态信号采集是利用信号本身的特性进行采样的一种方法,当滚动轴承在运转中发生故障时,会是原来平稳的随机信号或周期信号发生突变,出现瞬态冲击.瞬态信号的采集正是利用其振动信号波形突变的特性来完成的.在瞬态信号采样前需先输入几个参数,触发前预存点数,采样频率和点数,触发电平及触发频率,然后计算机边进入信号采集状态.当触发条件满足时就保存现行地址,并将指针指向数据区某一位置,开始瞬态信号采集的全过程,并实现自动报警.该采样方法适用与监测滚动轴承的偶然性故障.(二)定时信号采集法定时信号采集可按照预先设定的时间间隔进行采样,当定时信号采集系统进入该采样模式时,便按预先设置的参数采集信号,采样后可自动对所采集的信号按预定芳案进行计算机诊断结论.若诊断参数值超过预置指标时系统将自动报警并转下一次采集.定时信号采集法适用对连续运行机械的滚动轴承的定时检测.(三)峰值信号采集法当滚动轴承零件损伤部位进入承载区时,竟因该零件突然卸栽而引起一次冲击,紧接着发生一个衰减震荡过程,起震荡频率有结构的共振频率所决定,可达数KHz或数十KHZ.振动原因识别滚动轴承震动原因的识别,通常是立足与寻找“状态模式”的变化.起一般方法是很根据测取的振动信号,除去其中的剩余信息,提取信号特征向量,竟待识别模式与已定的样板模式做对比,由此判别轴承所处的状态.通常较为有效的方法有:(一)冲击脉冲和冲击能量分析法(二)频率分析和频率调制分析法(三)包络线和包络能量分析法(四)峰态值偏度系数分析法(五)倒频谱和平均响应分析法静止设备的故障诊断工业管道,塔,槽罐以及压力容器等设备都是在静止状态下工作的.称他们为静止设备。１．工业管道的故障诊断２．长输管线的泄漏诊断３．压力容器的故障诊断４．弹性结构件故障的振动诊断５．静止电气设备的故障诊断工业管道的故障诊断一管道泄漏故障的原因1管材不能适应使用条件的要求2管子本身质量问题3管子弯头的曲率半径或收缩口设计不当4管子适应热胀冷缩的性能差5操作不当6管道系统的振动二给水管道的泄漏检测1分区装表检漏法2听漏法3观察法三地下输油管道的泄漏诊断1放射性示踪法2声发射相关分析法四可燃性气体管道的泄漏监测长输管线的泄漏诊断对长输管线在工作状态尽兴泄漏等故障的诊断，常采用流量平衡法，声学方法等。这些方法的主要缺点是诊断精度比较差。近来研究成功的意中基于随机变量之间的差异程度的信息测度诊断方法，它只需测量压力信号，而其诊断精度较上述方法大为提高。该诊断方法实用性强，而且其泄漏故障诊断的基本思想，也可用于其他方面的故障诊断。压力同期的故障诊断一压力容器的声发射检测1声发射检测系统2故障的声发射定位二压力容器声发射检测实用性判别三压力容器声发射检测的可靠性四压力容器缺陷有害度评价五压力容器的故障预测六压力容器的寿命估算弹性结构件故障的振动诊断在室外工作的塔架，桥梁，烟囱以及近海平台等大型弹性结构件，虽然是在静止状态下工作的静止设备，但是它们在地面脉动，风载，雪载，海浪冲击以及动力设备施加的各种自然随机干扰力的作用下，必然会产生振动，是一种多输入的振动系统。一结构故障振动诊断的敏感度二结构件故障振动检测方法三结构故障的模态参数识别静止电气设备的故障诊断变压器，气体绝缘封闭式开关等静止电气设备的主要故障是绝缘击穿目前，检测变压器绝缘的方法除了通用的绝缘电阻，介质损耗角正切，吸收电流特性以及各种绝缘特性等方法外，近来局部放电检测和分析油中含气这两种方法已成为检测变压器绝缘的较理想的方法。5.4发动机诊断技术5.4.1发动机功率和油耗检测5.4.2压缩系检测5.4.3柴油发动机的综合诊断5.4.4汽油发动机诊断5.4.5废气分析5.4.6烟度测量5.4.1发动机功率和油耗检测发动机工作不稳定1．现象发动机运转不稳，发动机工作时机体严重振抖。2．原因1）迨速调得太低；2）燃油中进入空气，油路有空气或水；3）高压油路漏油；4）各缸供油量不均匀度太大；5）喷油泵供油时间太早；6）各缸供油间隔不均匀；7）各缸喷射压力，喷射质量不一；喷油器堵塞或滴油，各缸密封性不同；8）空气滤清器严重脏污；9）调速器飞球组件不灵活或间隙太大，造成稳定性能不佳；10）各缸柱塞偶件、出油阀偶件和针阀偶件技术状况不一，有的磨损严重；11）选用柴油牌号不当或柴油质量不佳；12）供油拉杆上的拨叉或柱塞套筒上的扇齿松动。3．诊断与排除柴油发动机工作不稳定故障诊断步骤与方法如下：1)起动发动机，用转速表检查发动机迨速转速情况，如迨速转速低于原厂规定，说明故障由迨速调得太低造成的，应重新调整。2)如果迨速转速不低于原厂规定，则检查柴油牌号是否符合要求，如不符合要求，说明故障为选用的柴油标号太高造成，应更换柴油。3)若柴油牌号符合要求，则检查各高压油路的密封情况，检查是否有的高压油管漏油。如果漏油，说明故障为高压油管漏油所致，可更换新管，排除故障。4)若高压油管不漏油，再拆下空气滤清器，观察发动机工作情况。如果发动机变得稳定，表明故障为空气滤清器脏污严重造成。可清洗空气滤清器。5)若拆下空气滤清器，发动机运转仍不稳定，再用手捏试各缸高压油管的压力脉动情况，检查各缸压力脉动情况是否一致，如果不一致，则说明故障为各缸供油量不一，或各缸柱塞偶件、出油阀偶件、针阀偶件技术状况不一，各缸喷油压力调整不一造成。可进行检查调整或修理。6)若各缸压力脉动情况一致，则在发动机运转的工况下，先松开喷油泵放气螺钉放油，再依次松开各高压油管接头放油，检查油流情况，如果油流中有空气或水，说明故障由油路中有空气或水造成，可排除空气或水。7)若上述油流中没有空气或水，则用单缸断油法检查各缸工作情况，是否有不工作或工作不佳的气缸。如果有不工作或工作不佳的气缸，则打开喷油泵侧盖，针对不工作的或工8)作不佳的气缸，检查供油拉杆上对应的拔叉或柱塞套筒上的扇齿的固定情况；如果松动，则故障为供油拉上对应的拔叉或柱塞套筒上的扇齿松动造成。可进行修理。9)若不松动，则拆下不工作或工作不良的气缸的喷油器，在缸外连接在原来的高压油管上，使柴油机重新运转，观察喷雾质量是否符合要求，如不符合，则故障为供油压力太低、或喷油压力调整太低、或喷油器弹簧疲劳或折断、或喷油器滴油、或喷油器喷油孔堵塞。应一步检查排除。如喷雾质量符合要求，则故障由气缸密封性不佳造成。按步骤7）的检查结果，若各气缸的工作均正常，则检查供油正时的情况，如果供油时间太早，则说故障为供油时间太早造成的。可进行调整。10)若供油正时正常，则打开调速器上盖，检查调速器技术状况。如果技术状况不好，说明故障为调速器锈污、或调速器松旷、或调速器犯卡，或调速器弹簧疲劳或折断等原因造成，应进一步检查排除。11)若调速器技术状况良好，则拆下喷油泵（附调速器）和各缸喷油器，在喷油泵实验台和喷油器实验器上调试：循环供油量及不均匀度；1缸开始供油时间；各缸供油间隔；调速器高低速起作用转速及稳速时的游动范围，各缸喷油压力。压缩系检测柴油发动机的故障诊断柴油发动机具有热效率高、功率大、燃料经济性好、可靠性强、工作寿命长、排气污染少的优点，因而柴油发动机的应用越来越广泛。由于柴油发动机着火形式与汽油发动机不同，柴油机没有点火系，而且燃料和燃料系不同，导致了它们故障的形式和成因不同。柴油机燃料系常见故障主要有起动困难，动力不足，发动机工作不稳定，排气管冒黑烟白烟和蓝烟等故障。发动机起动困难1.现象柴油发动机在起动机带动下，转速达到起动转速的要求，但不能起动，通常表现为：1）起动时无爆发声，排气管不排烟，不能起动；2）起动时排气管冒白烟或灰白烟，但仍不着火。2.原因1）油箱内无柴油或油箱开关位置不对（即油箱开关未打开）；2）油箱盖通气孔堵塞；3）油管堵塞、破裂或管头漏油，油路中有空气或水，或气缸中有水；4）柴油滤清器堵塞或不密封；输油泵滤网堵塞；5）低压油路限压溢流阀不密封、弹簧太弱、弹簧折断或失调，造成油压太低；6）输油泵工作不良或进油滤网堵塞；7）所用柴油牌号不对或柴油质量差，冬季使用夏季油，冷凝后析出石蜡，堵塞油路；8）喷油泵柱塞因其回位弹簧折断而不回位或柱塞偶件磨损过甚；9）供油拉杆上的调节拨叉或柱塞套筒上的可调扇齿松动；10）出油阀偶件关闭不严或其弹簧折断；11）高压油管破裂或接头松动；12）供油时间过早、过晚或联轴器可调部分松动；13）喷油器由于针阀偶件磨损过甚，针阀下端锥体与其座不密封、喷油器弹簧折断或调整不当等原因造成喷油压力太低；14）喷油器针阀卡住，造成不能关闭或开启，喷油器喷孔堵塞或喷雾不良；15）气缸压缩力不足或空气滤清器严重堵塞；16）起动转速太低或预热程度不够；17）喷油泵供油拉杆在停车位置上卡住或起动供油量调整不足。汽油发动机诊断汽油发动机属于点燃式内燃机，广泛应用于汽车工业。下面按油路故障，电路故障，油、电路综合故障，电子控制汽车燃油喷射系统的故障等方面分别叙述。1油路故障油路指汽油机燃料供给系统，它具有连续输送清洁空气和燃油，根据发动机不同工况配制一定数量和适当浓度的可燃混合气，送入气缸燃烧并将废气排入大