故障基本概念

1、.2.1 故障基本概念故障基本概念2.2 故障診斷概述故障診斷概述2.3 故障特征參量故障特征參量2.4 故障診斷的思維方法故障診斷的思維方法2.5 機車車輛故障診斷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展機車車輛故障診斷技術(shù)的應(yīng)用與發(fā)展第第2章章 故障診斷的基本原理故障診斷的基本原理.2.1 故障基本概念故障基本概念 失效失效(Failure)：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能：產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能 故障故障(Fault)：可修復(fù)的失效?？尚迯?fù)包含可能和：可修復(fù)的失效?？尚迯?fù)包含可能和值得兩層意思。故障和失效在工程上常等同。值得兩層意思。故障和失效在工程上常等同。 故障分析故障分析(失效分析失效分析)：分析故障原因，提出對策、：分

2、析故障原因，提出對策、預(yù)防方法。預(yù)防方法。 故障診斷故障診斷：監(jiān)測、識別設(shè)備的狀態(tài)，做出決策。：監(jiān)測、識別設(shè)備的狀態(tài)，做出決策。 故障學(xué)故障學(xué)：研究失效理論、故障診斷技術(shù)、預(yù)防工：研究失效理論、故障診斷技術(shù)、預(yù)防工程程一、一、 術(shù)語術(shù)語.二、二、 故障類型故障類型(故障模式故障模式)1斷裂斷裂：韌性、脆性斷裂、疲勞斷裂：韌性、脆性斷裂、疲勞斷裂2裂紋裂紋：鑄造裂紋、鍛造裂紋、焊接裂紋、熱處：鑄造裂紋、鍛造裂紋、焊接裂紋、熱處理裂紋、機加工裂紋理裂紋、機加工裂紋3磨損磨損：磨粒磨損、粘著磨損、點蝕、氣蝕：磨粒磨損、粘著磨損、點蝕、氣蝕4畸變畸變：過量變形：過量變形5腐蝕腐蝕：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕

3、、沖刷腐蝕：化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕、沖刷腐蝕6其它其它：打滑、松脫：打滑、松脫(松動松動)、泄露、燒損等、泄露、燒損等.三、三、 故障產(chǎn)生的原因故障產(chǎn)生的原因1產(chǎn)生原因產(chǎn)生原因作用于產(chǎn)品的能量足夠大，使輸出參數(shù)超出允作用于產(chǎn)品的能量足夠大，使輸出參數(shù)超出允許的極限范圍。許的極限范圍。 能量形式：機械能、熱能、化學(xué)能、電能。能量形式：機械能、熱能、化學(xué)能、電能。 能量來源：周圍環(huán)境作用的能量、機器工作過程的能量來源：周圍環(huán)境作用的能量、機器工作過程的能量、制造過程在機器中潛伏的能量、修理維護(hù)時作能量、制造過程在機器中潛伏的能量、修理維護(hù)時作用時機器的能量。用時機器的能量。以以表示廣義的應(yīng)力表示廣義

4、的應(yīng)力(如各種力、應(yīng)力、變形、如各種力、應(yīng)力、變形、磨損量磨損量)，以，以表示廣義的許用應(yīng)力。表示廣義的許用應(yīng)力。則則故障發(fā)生的判據(jù)為：故障發(fā)生的判據(jù)為：.2極限技術(shù)狀態(tài)的確定極限技術(shù)狀態(tài)的確定 總結(jié)經(jīng)驗法：工作日記、故障報告、維修總結(jié)經(jīng)驗法：工作日記、故障報告、維修記錄等記錄等 生產(chǎn)試驗法生產(chǎn)試驗法(現(xiàn)場試驗現(xiàn)場試驗) 實驗室研究：通過強化試驗規(guī)范、減小試實驗室研究：通過強化試驗規(guī)范、減小試件尺寸，節(jié)約時間和費用件尺寸，節(jié)約時間和費用 理論計算：如計算裂紋擴展速率，預(yù)測使理論計算：如計算裂紋擴展速率，預(yù)測使用壽命。用壽命。.4、故障的分類、故障的分類1按故障發(fā)生、發(fā)展的快慢分類按故障發(fā)生、發(fā)

5、展的快慢分類 1）突發(fā)性故障）突發(fā)性故障 這種故障的發(fā)生具有偶然性，與使用時間的長短這種故障的發(fā)生具有偶然性，與使用時間的長短無關(guān)，不可預(yù)測，發(fā)生前沒有任何可察覺的征兆。無關(guān)，不可預(yù)測，發(fā)生前沒有任何可察覺的征兆。例如電氣系統(tǒng)的斷路，操作人員的失誤等都會引起例如電氣系統(tǒng)的斷路，操作人員的失誤等都會引起這類故障。這類故障。 2）漸近性故障）漸近性故障大部分機械故障都是漸近性故障，這種故障是由于大部分機械故障都是漸近性故障，這種故障是由于設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)逐漸劣化（磨損、腐蝕、疲勞、老設(shè)備的技術(shù)指標(biāo)逐漸劣化（磨損、腐蝕、疲勞、老化等因素的影響），最終超出允許限度而引起的?；纫蛩氐挠绊懀?，最終超出允許

6、限度而引起的。.2按故障的表現(xiàn)分類按故障的表現(xiàn)分類1）功能故障（實際故障）功能故障（實際故障） 設(shè)備喪失了或明顯降低了工作能力，叫功能故設(shè)備喪失了或明顯降低了工作能力，叫功能故障。這類故障容易發(fā)現(xiàn)，操作者能直接感受出來。障。這類故障容易發(fā)現(xiàn)，操作者能直接感受出來。 2）潛在故障）潛在故障 與漸近性故障相聯(lián)系。雖然故障在功能方面尚與漸近性故障相聯(lián)系。雖然故障在功能方面尚未表現(xiàn)出來，但已發(fā)展到能鑒別出來的程度時，未表現(xiàn)出來，但已發(fā)展到能鑒別出來的程度時，就認(rèn)為是一種故障現(xiàn)象，并稱為潛在故障，例如就認(rèn)為是一種故障現(xiàn)象，并稱為潛在故障，例如疲勞裂紋、密封件老化、零件磨損等。及時處理疲勞裂紋、密封件老化

7、、零件磨損等。及時處理潛在故障，防止發(fā)展成為功能故障，在機械使用潛在故障，防止發(fā)展成為功能故障，在機械使用過程中有著非常重要的意義。過程中有著非常重要的意義。.3按故障發(fā)生的原因分類按故障發(fā)生的原因分類 1）人為故障）人為故障 設(shè)備在制造或大修時，使用了不合格的零件，運設(shè)備在制造或大修時，使用了不合格的零件，運行時不遵守操作規(guī)程，以及運輸、保管不當(dāng)?shù)仍袝r不遵守操作規(guī)程，以及運輸、保管不當(dāng)?shù)仍?，都會使設(shè)備出現(xiàn)故障，這種故障稱為人為故因，都會使設(shè)備出現(xiàn)故障，這種故障稱為人為故障。障。 2）自然故障）自然故障 設(shè)備在使用和保存期間，由于受到外部和內(nèi)部各設(shè)備在使用和保存期間，由于受到外部和內(nèi)部各種

8、自然因素的影響而引起的故障，都叫自然故障，種自然因素的影響而引起的故障，都叫自然故障，如正常情況下的磨損、老化、腐蝕等引起的故障如正常情況下的磨損、老化、腐蝕等引起的故障都屬這個范疇。都屬這個范疇。. 故障規(guī)律故障規(guī)律指設(shè)備投入使用后，指設(shè)備投入使用后，設(shè)備設(shè)備故障率與使用時故障率與使用時間的關(guān)系。呈浴盆曲線。間的關(guān)系。呈浴盆曲線。 設(shè)備故障率：機械設(shè)備工作到設(shè)備故障率：機械設(shè)備工作到t時刻不發(fā)生故障，而時刻不發(fā)生故障，而在下一個單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。在下一個單位時間內(nèi)發(fā)生故障的概率。五、五、 故障規(guī)律故障規(guī)律.六、六、 故障的影響因素故障的影響因素1 設(shè)計2 材質(zhì)3 制造工藝4 裝配調(diào)試

9、：裝配完成后進(jìn)行跑合可明顯提高壽命。5 運轉(zhuǎn)維修：運轉(zhuǎn)工況參數(shù)(載荷、速度、潤滑條件等)，維修制度是否合理.一、故障診斷的作用一、故障診斷的作用1) 保障設(shè)備安全，防止突發(fā)性故障。2) 保證設(shè)備精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量。3) 實施狀態(tài)維修，節(jié)約維修費用。維修方式分為：事后維修和預(yù)防維修(包括計劃維修和狀態(tài)維修)4）防止故障重復(fù)發(fā)生。5）提供技術(shù)改造、指定技術(shù)文件的依據(jù)。2.2 故障診斷概述故障診斷概述.二、二、 故障診斷基本過程故障診斷基本過程1狀態(tài)監(jiān)測狀態(tài)監(jiān)測：通過傳感器采集機器運行中的各種信息，在信號處理系統(tǒng)中進(jìn)行處理，得到能反映機器運行狀態(tài)的參數(shù)，實現(xiàn)對機器運行狀態(tài)的監(jiān)測。2狀態(tài)識別狀態(tài)識別：

10、根據(jù)狀態(tài)監(jiān)測提供的特征參數(shù)，識別機器是否運轉(zhuǎn)正常。3決策預(yù)防決策預(yù)防：對故障原因、部位和危害程度進(jìn)行評價，決定修正和預(yù)防的方法。.三、 故障診斷類型 功能診斷與運行診斷功能診斷與運行診斷：功能診斷指對新安裝或維修的設(shè)：功能診斷指對新安裝或維修的設(shè)備進(jìn)行檢測診斷。運行診斷是對正在服役備進(jìn)行檢測診斷。運行診斷是對正在服役 的設(shè)備進(jìn)行檢的設(shè)備進(jìn)行檢測診斷。測診斷。 直接診斷與間接診斷直接診斷與間接診斷：間接診斷是利用二次診斷信息，：間接診斷是利用二次診斷信息，如利用軸承的支承油壓來判斷軸的對中狀況。如利用軸承的支承油壓來判斷軸的對中狀況。 簡易診斷與精密診斷簡易診斷與精密診斷：簡易診斷判斷是否失效，

11、精密診：簡易診斷判斷是否失效，精密診斷還需要確定故障的模式、嚴(yán)重程度、產(chǎn)生部位、原因斷還需要確定故障的模式、嚴(yán)重程度、產(chǎn)生部位、原因等。等。 定期診斷與連續(xù)監(jiān)測定期診斷與連續(xù)監(jiān)測 在線診斷與離線診斷在線診斷與離線診斷 常規(guī)工況診斷與特殊工況診斷常規(guī)工況診斷與特殊工況診斷：常規(guī)工況診斷在常規(guī)運：常規(guī)工況診斷在常規(guī)運行狀況下監(jiān)測，特殊工況指機器啟動、停機等工況。行狀況下監(jiān)測，特殊工況指機器啟動、停機等工況。. 按監(jiān)測手段分：振動監(jiān)測診斷法、噪聲監(jiān)測診斷法、溫度監(jiān)測診斷法、聲發(fā)射監(jiān)測診斷法、壓力監(jiān)測診斷法、油液監(jiān)測診斷法等。 按診斷原理分：頻域診斷法、時域診斷法、統(tǒng)計分析法、信息理論分析法、模式識別

12、法、人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、專家系統(tǒng)等。四、四、 故障診斷方法故障診斷方法.1以監(jiān)測儀表為主體的監(jiān)測裝置由傳感器和指示儀表構(gòu)成，主要用于測振動。缺點：幅值監(jiān)測不能動態(tài)過程特征；強烈振動前，故障征兆不明顯；儀表無分析功能，靠人工經(jīng)驗判斷。2監(jiān)測儀表配備軟硬件裝置由傳感器+頻譜分析儀構(gòu)成，具有頻譜分析、軸心軌跡圖等功能。缺點：不能自動判斷，診斷依賴于領(lǐng)域?qū)＜?；不能預(yù)防突發(fā)性故障。3計算機輔助監(jiān)測與診斷系統(tǒng)：由傳感器+接口裝置+計算機(含人工智能技術(shù))組成?？蓪崟r監(jiān)測和自動診斷，是機械工況監(jiān)測與故障診斷的主要發(fā)展領(lǐng)域。五、五、 故障診斷設(shè)備故障診斷設(shè)備.2.3 故障特征參量在機械故障診斷學(xué)領(lǐng)域，將對故障靈敏、

13、穩(wěn)定可靠的物理參量稱為故障特征參量。機械系統(tǒng)的故障類型是千差萬別的，與每一種故障類型相對應(yīng)，機械系統(tǒng)必定會通過一個或多個物理參量將其表征出來，每一種故障類型也必須由一種或多種原因所引起。也就是說，故障表現(xiàn)與其特征參量和故障原因之間存在如下的對應(yīng)關(guān)系：一、故障特征參量的定義一、故障特征參量的定義.式中 F某種故障類型；1、2各特征參量或故障原因。 故障診斷就是要確定F與1、2，之間的某種對應(yīng)關(guān)系，以便通過1、2，來判斷故障類型F是否發(fā)生或在已知F發(fā)生的情況下去查明造成F的原因1、2，等。 123(,.)Ff .二、直接特征參量與間接特征參量二、直接特征參量與間接特征參量可以用直接特征參量或間接特

14、征參量來描述故障。直接特征參量直接特征參量包括設(shè)備或部件的輸出參數(shù)輸出參數(shù)、設(shè)備零部件的損傷量損傷量。以設(shè)備或部件輸出參數(shù)作為故障特征參量一般難以發(fā)現(xiàn)早期故障；另外，這類故障特征參量只能用以判斷設(shè)備工作能力的強弱，只表明有無故障，而無法判斷故障部位、故障形式及故障原因。引起設(shè)備故障的各種損傷量，如變形量、磨損量、裂紋大小、銹蝕程度等都是判斷設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的特征參量。這類特征參量都是引起故障的直接原因，它們不僅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其數(shù)量值可以表示故障的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢。 . 間接特征參量間接特征參量即二次效應(yīng)參數(shù)，主要有設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的振動、聲音、溫度、電量等等。 作為故障

15、信號的二次效應(yīng)參數(shù)比較多，而且對于不同的故障和頻率范圍，二次效應(yīng)參數(shù)與故障判斷之間的靈敏度和有效性也不完全相同。因而在故障診斷中，就存在一個合理選擇特征參量的問題。 用間接特征參量進(jìn)行故障診斷的主要優(yōu)點是可以在設(shè)備運行中以及不做任何拆卸的條件下進(jìn)行診斷。其缺點是間接特征參量與故障間常存在某種隨機性。.三、故障特征參量的選取三、故障特征參量的選取機械系統(tǒng)的故障類型是千差萬別的，與每一種故障類型相對應(yīng)，機械系統(tǒng)必定會通過一個或多個物理參量將其表征出來，每一種故障類型也必須由一種或多種原因所引起。對于同一種故障類型，當(dāng)它們發(fā)生在不同的機械系統(tǒng)上時，其故障特征參量也不同，因此，在確定某種故障的特征參量

16、時，應(yīng)結(jié)合具體的系統(tǒng)進(jìn)行。例如，一般機器的軸承發(fā)生故障時，其溫度會升高，此時溫度可選為故障特征參量。然而，對于礦山井下的通風(fēng)機，其轉(zhuǎn)子軸承處于風(fēng)道內(nèi)，受到強風(fēng)冷卻，即使出現(xiàn)故障溫度也未必明顯升高，此時就不宜選用溫度作為軸承故障的特征參量。 .故障特征參量一般通過經(jīng)驗經(jīng)驗、理論分析理論分析和實驗實驗的方法來確定。故障特征參量的選取原則有：1）高度敏感性：機械系統(tǒng)狀態(tài)的微弱變化應(yīng)引起故障特征參量的較大變化；2）高度可靠性：故障特征參量是依賴于機械系統(tǒng)的狀態(tài)變化而變化的，如果把故障特征參量取作應(yīng)變量，系統(tǒng)狀態(tài)取作自變量，則故障特征參量應(yīng)是系統(tǒng)狀態(tài)這個自變量的單值函數(shù)；3）實用性(或可實現(xiàn)性)：故障特

17、征參量應(yīng)是便于檢測的，如果某個物理參量雖對某種故障足夠靈敏，但這個參量不易獲得(經(jīng)濟的、技術(shù)方面的考慮)，那么這個物理參量也不便用作故障特征參量。 .2.4 故障診斷的思維方法當(dāng)系統(tǒng)的故障影響因素復(fù)雜，各影響因素之間存在各種復(fù)雜邏輯關(guān)系時，需要采用系統(tǒng)工程方法進(jìn)行分析。它把復(fù)雜設(shè)備和人的因素作為一個整體系統(tǒng)，運用數(shù)學(xué)方法和現(xiàn)代化工具來研究故障的因果之間的各種邏輯關(guān)系，并計算出系統(tǒng)故障與其組成部分之間的定量關(guān)系。.故障診斷過程是一個觀察、假設(shè)、驗證、修正假設(shè)、再驗證，直至找到故障的真正原因的過程。即可把故障診斷過程劃分為以下五個步驟： 調(diào)研考察，得出故障現(xiàn)象； 假設(shè)原因 由假設(shè)原因推斷出應(yīng)有的結(jié)

18、果： 將推斷結(jié)果與考察所得的現(xiàn)象進(jìn)行比較； 得出假設(shè)成立與否的結(jié)論，如果原假設(shè)不成立，則需另立假設(shè)。一、形式邏輯推理一、形式邏輯推理.邏輯推理方法有： 求同法 求異法 求同求異法 共變法 剩余法.二、二、 主次圖法（主次圖法（Pareto圖）圖） 主次圖是為尋找故障主要原因所使用的圖。Pareto圖來自于Pareto定律，該定律認(rèn)為絕大多數(shù)的問題或缺陷產(chǎn)生于相對有限的起因。就是常說的80/20定律，即20%的原因造成80%的問題。Pareto圖又稱排列圖，是一種柱狀圖，按事件發(fā)生的頻率排序而成，它顯示由于各種原因引起的缺陷數(shù)量或不一致的排列順序，是找出影響項目產(chǎn)品或服務(wù)質(zhì)量的主要因素的方法。只

19、有找到影響項目質(zhì)量的主要因素，才能有的放矢，取得良好的經(jīng)濟效益。pareto圖中根據(jù)柱圖頂端生成的曲線為Pareto曲線，說明了項目實施失敗的各種原因。其中，各影響因素的排列順序用于指導(dǎo)糾正措施，即項目組應(yīng)該首先解決引起更多缺陷的問題。影響質(zhì)量的主要因素通常分為3類：A類為累計百分?jǐn)?shù)在70%-80%范圍內(nèi)的因素，它是主要的影響因素。B類是除A類之外累計百分?jǐn)?shù)在80%-90%范圍內(nèi)的因素，是次要因素。C類為除A、B兩類之外百分比在90%-100%范圍的因素。因此Pareto圖又叫ABC分析圖法。.B23型機械保溫車主電機的故障主次圖C Co ou un nt tP Pe er rc ce en nt t零件CountPercent32.920.017.615.34.72.42.44.7Cum %2832.952.970.685.990.692.995.3100.01715134224Other其他電抗器啟動馬達(dá)軸承充電發(fā)電機停機電磁鐵啟動電池908