南陽(yáng)理工學(xué)院機(jī)王林鴻械故障診斷技術(shù)課件

機(jī)械故障診斷技術(shù)主講:第一章緒論人有生老病死自然規(guī)律和人的生命周期；機(jī)械設(shè)備有各種狀態(tài)（perfect、defect、default、breakdown）和產(chǎn)品的生命周期；機(jī)械故障危害：降低效率——停產(chǎn)——損壞設(shè)備——機(jī)毀人亡；機(jī)械故障診斷類(lèi)比于醫(yī)療診斷，是一門(mén)新興的學(xué)科領(lǐng)域；故障診斷的目的：性能指標(biāo)保持完好（預(yù)防為主）；故障設(shè)備恢復(fù)性能（既病防變）。設(shè)備故障診斷的概念2What?1Why?3How?什么是設(shè)備故障診斷為什么要進(jìn)行設(shè)備故障診斷如何進(jìn)行設(shè)備故障診斷為什么要進(jìn)行故障診斷

2005年1月19日22點(diǎn)20分，某鋼鐵廠粗軋機(jī)齒輪箱軸承損毀，整條生產(chǎn)線被迫停機(jī)，事故檢修共用了48小時(shí)。軸承保持架斷&軸承內(nèi)圈破裂軸承嚴(yán)重?fù)p壞直接經(jīng)濟(jì)損失3000多萬(wàn)！為什么要進(jìn)行故障診斷在航天、化工、核電等領(lǐng)域中，一些設(shè)備故障如果不能及時(shí)發(fā)現(xiàn)和排除，會(huì)釀成重大災(zāi)難事故導(dǎo)致巨大經(jīng)濟(jì)損失威脅社會(huì)公共安全造成嚴(yán)重政治影響緒論

設(shè)備故障診斷的概念為什么要進(jìn)行故障診斷

1986年美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)航天飛機(jī)失事，2003年美國(guó)“哥倫比亞”號(hào)航天飛機(jī)失事，航天飛機(jī)直接經(jīng)濟(jì)損失24億美元，飛機(jī)上所有的航天員全部罹難。為什么要進(jìn)行故障診斷

1985年12月，印度博帕爾市農(nóng)藥廠發(fā)生異氰酸甲酯毒氣泄漏事故，造成2000多人死亡，20多萬(wàn)人受害為什么要進(jìn)行故障診斷①

可以早發(fā)現(xiàn)、早預(yù)防，保證生產(chǎn)正常運(yùn)行，減少經(jīng)濟(jì)損失，防止安全事故發(fā)生。②

掌握設(shè)備過(guò)去和現(xiàn)在的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)的工作狀態(tài)，可以為設(shè)備管理和維修決策提供技術(shù)根據(jù)設(shè)計(jì)、制造、安裝、使用長(zhǎng)期運(yùn)行中，設(shè)備故障難以避免及時(shí)發(fā)現(xiàn)設(shè)備的異常和故障，盡早采取防治措施什么是設(shè)備故障診斷醫(yī)生工程師機(jī)器人看病設(shè)備故障診斷的思想來(lái)源于醫(yī)學(xué)診斷什么是設(shè)備故障診斷設(shè)備故障診斷是一種在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，了解和掌握設(shè)備工作狀態(tài)，確定設(shè)備的整體或局部是否工作正常，發(fā)現(xiàn)早期故障及其原因，并能預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)。簡(jiǎn)而言之：設(shè)備故障診斷就是給機(jī)器看病的技術(shù)設(shè)備故障診斷的概念2What?1Why?3How?什么是設(shè)備故障診斷為什么要進(jìn)行設(shè)備故障診斷如何進(jìn)行設(shè)備故障診斷保障設(shè)備安全給機(jī)器看病如何進(jìn)行設(shè)備故障診斷三個(gè)階段狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷決策處理信號(hào)采集、數(shù)據(jù)顯示設(shè)備傳感器分析處理、狀態(tài)識(shí)別故障診斷、決策治理防治監(jiān)護(hù)運(yùn)行停機(jī)檢修參考圖譜狀態(tài)監(jiān)測(cè)分析診斷決策處理巡回監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷的過(guò)程圖示如何進(jìn)行設(shè)備故障診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)傳感器（物理信號(hào)→電壓信號(hào)）信號(hào)調(diào)理（功放、濾波）數(shù)據(jù)采集/存儲(chǔ)（A/D采樣）狀態(tài)數(shù)據(jù)顯示電機(jī)軸承座壓縮機(jī)傳感器如何進(jìn)行設(shè)備故障診斷決策處理在確保安全的前提下，將不采用故障診斷技術(shù)時(shí)的立即停機(jī)檢修，轉(zhuǎn)化為采用故障診斷技術(shù)后的維持運(yùn)行，延長(zhǎng)設(shè)備運(yùn)行周期巡回監(jiān)測(cè)監(jiān)護(hù)運(yùn)行停機(jī)檢修設(shè)備管理與維修策略故障診斷的理論基礎(chǔ)：能量耗散原理

故障診斷是建立在能量耗散原理基礎(chǔ)上的。

所有設(shè)備的作用都是能量轉(zhuǎn)換與傳遞，設(shè)備狀態(tài)愈好，轉(zhuǎn)換與傳遞過(guò)程中的附加能量損耗愈?。o(wú)是生非）。

因此，監(jiān)測(cè)附加能量損耗的變化，可以了解設(shè)備劣化程度（凈扯那些沒(méi)用的）。

設(shè)備的壽命曲線（浴盆曲線）Ⅰ——磨合期Ⅱ——正常使用期Ⅲ——耗損期故障率%ⅠⅡⅢ圖1—1浴盆曲線早期失效偶然失效耗損失效浴盆曲線中的三個(gè)階段Ⅰ—磨合期，表示新機(jī)器的磨合階段，這時(shí)故障率較高（幼兒期）。早期失效：原因如裝配誤差、加工誤差、材料缺陷、設(shè)計(jì)誤差等。Ⅱ—正常使用期，表示機(jī)器經(jīng)磨合后處于穩(wěn)定階段，這時(shí)故障率最低（青壯年期）。偶然失效：原因如操作失誤、塵土污染、維護(hù)不當(dāng)?shù)?。Ⅲ—耗損期，表示機(jī)器由于磨損、疲勞、腐蝕已處于老年階段，因此故障率又逐步升高（老年期）。耗損失效：原因如疲勞斷裂、老化、點(diǎn)蝕等。1.2故障診斷的內(nèi)容1）運(yùn)行狀態(tài)的監(jiān)測(cè)——判斷設(shè)備是否運(yùn)行正常；——判斷2）設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的趨勢(shì)預(yù)報(bào)——對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)；——預(yù)測(cè)3）故障類(lèi)型、程度、部位、原因的確定——確診1.3故障診斷的基本方法按診斷難易程度分類(lèi)：1)簡(jiǎn)易診斷法；2)精密診斷法。按機(jī)械故障診斷的測(cè)試手段來(lái)分類(lèi)：3)直接觀察法、4)振動(dòng)噪聲測(cè)定法、5)無(wú)損檢測(cè)法、6)磨損物測(cè)定法、7)機(jī)器性能參數(shù)測(cè)定法。比較有效比較成熟的是本門(mén)課程側(cè)重的振動(dòng)噪聲測(cè)定法。簡(jiǎn)易診斷和精密診斷狀態(tài)監(jiān)測(cè)（簡(jiǎn)易診斷）內(nèi)容：識(shí)別有無(wú)故障明確故障嚴(yán)重程度作出故障趨勢(shì)分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行故障診斷（精密診斷）內(nèi)容：確定故障部位確定故障原因提出維修建議由設(shè)備診斷人員在現(xiàn)場(chǎng)或中心進(jìn)行國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況國(guó)內(nèi)情況1979年以前，一些大專(zhuān)院校和科研單位開(kāi)始理論研究1979年到1983年，從初步認(rèn)識(shí)進(jìn)入到初步實(shí)踐階段1984年7月在北京成立中國(guó)設(shè)備管理協(xié)會(huì)1985年11月在上海召開(kāi)了設(shè)備診斷技術(shù)應(yīng)用推廣會(huì)議1986年6月在沈陽(yáng)召開(kāi)第一屆中國(guó)機(jī)械設(shè)備診斷技術(shù)學(xué)會(huì)年會(huì)目前石化、冶金、電力等行業(yè)都有相應(yīng)的診斷中心冶金企業(yè)的主要大廠都有專(zhuān)門(mén)的診斷部門(mén)，如武鋼、鞍鋼、寶鋼、馬鋼等國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況在各行業(yè)中的應(yīng)用航空航天領(lǐng)域交通行業(yè)冶金行業(yè)石化行業(yè)核反應(yīng)堆電力部門(mén)國(guó)內(nèi)外發(fā)展情況總體發(fā)展趨勢(shì)診斷對(duì)象多樣化診斷技術(shù)多元化故障診斷實(shí)時(shí)化診斷方法智能化診斷系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)化診斷系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)化診斷技術(shù)實(shí)用化MALMOVISYS-2S'tellDiagnosticALBYMSCAALXBYMAMPV-BGALBYMSCAALBYMSCAALBYMSCAALBYMSCAPV-BGALBYMSCA故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測(cè)狀態(tài)監(jiān)測(cè)通過(guò)監(jiān)視和測(cè)量設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)信息和特征參數(shù)，并根據(jù)測(cè)定值與規(guī)定的正常值來(lái)做比較，從而判斷設(shè)備的工作狀態(tài)是否正常故障診斷不僅要檢查出設(shè)備是否正常，還要對(duì)設(shè)備發(fā)生故障的部位、產(chǎn)生故障的原因、故障的性質(zhì)和程度給出深入的分析和判斷。二者的關(guān)系監(jiān)測(cè)是手段，診斷是目的監(jiān)測(cè)是診斷的前提，診斷是監(jiān)測(cè)的最終結(jié)果故障診斷與設(shè)備維修設(shè)備維修方式的變革事后維修(BreakdownMaintenance,BM)第二次世界大戰(zhàn)之前也稱(chēng)被動(dòng)維修，那時(shí)的機(jī)器小、簡(jiǎn)單、易修，損失也不大（我國(guó)解放前就是這種狀況）計(jì)劃維修(TimeBasedMaintenance,TBM)也稱(chēng)定期維修，第二次世界大戰(zhàn)之后預(yù)知維修(PredictiveMaintenance,PM)國(guó)際上20世紀(jì)60年代中期開(kāi)始，我國(guó)80年代才開(kāi)始。20世紀(jì)90年開(kāi)始，以可靠性為中心的維修(ReliabilityCenteredMaintenance,RCM)我國(guó)目前情況：以設(shè)備技術(shù)狀態(tài)為基礎(chǔ)與計(jì)劃修理相結(jié)合的預(yù)防維修計(jì)劃制度事后維修定義設(shè)備運(yùn)行到壞了才進(jìn)行修理。優(yōu)點(diǎn)：不需要安排計(jì)劃；對(duì)一些設(shè)備，更換比修理更便宜。缺點(diǎn)：意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失；災(zāi)難性的設(shè)備事故；庫(kù)存?zhèn)浼顿Y多；引起設(shè)備的二次損壞。計(jì)劃維修定義按預(yù)定的時(shí)間間隔或檢修周期對(duì)設(shè)備做維修、調(diào)整和更換備件優(yōu)點(diǎn)：機(jī)器運(yùn)行壽命相對(duì)較長(zhǎng)減少意外停機(jī)備件庫(kù)存較少缺點(diǎn)：不能防止計(jì)劃之外的突發(fā)事故過(guò)剩維修導(dǎo)致維修費(fèi)用增加過(guò)剩維修引起人為維修故障不足維修引起設(shè)備二次損壞瑞典SKF公司軸承實(shí)驗(yàn)預(yù)知維修定義：有計(jì)劃地對(duì)設(shè)備做檢查和測(cè)試，以確定其健康狀況，決定維修時(shí)間。主動(dòng)維修、精確維修優(yōu)點(diǎn)：減少非計(jì)劃停機(jī)損失延長(zhǎng)維修時(shí)間間隔大大減少庫(kù)存?zhèn)浼p少維修費(fèi)用過(guò)剩維修減到最少缺點(diǎn)：需要初始投資需要學(xué)習(xí)培訓(xùn)不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)維修費(fèi)用花了多少？

美國(guó)1980年稅收總額$7500億，維修費(fèi)為$2460億,估計(jì)其中過(guò)剩維修費(fèi)為$750億。我國(guó)1987年國(guó)營(yíng)工交企業(yè)40萬(wàn)個(gè)，固定資產(chǎn)￥7000億,維修費(fèi)約為固定資產(chǎn)的3～5％。我國(guó)2002年規(guī)模以上企業(yè)共有固定資產(chǎn)￥8800萬(wàn)億，維修費(fèi)有多少？能節(jié)省多少？

規(guī)模以上企業(yè)是指全部國(guó)有企業(yè)及年產(chǎn)品銷(xiāo)售收入500萬(wàn)元以上的非國(guó)有工業(yè)企業(yè)。停產(chǎn)一天的損失有多大？300MW發(fā)電機(jī)組損失電720萬(wàn)kWh，約￥144萬(wàn)元30萬(wàn)噸化肥裝置損失化肥1000t，約￥150萬(wàn)元三峽2號(hào)水輪機(jī)組700MW停機(jī)4小時(shí)損失￥400萬(wàn)元中石化每年設(shè)備停機(jī)損失：19億元/年先進(jìn)維修制度的作用保證機(jī)器精度，提高產(chǎn)品質(zhì)量

減少意外停車(chē)引起的生產(chǎn)損失防止事故，杜絕災(zāi)難性故障減少維修時(shí)間和維修費(fèi)用（人力和財(cái)力）改善環(huán)境，改善企業(yè)形象投資獲得最大和最長(zhǎng)遠(yuǎn)的回報(bào)主要研究?jī)?nèi)容當(dāng)前故障診斷技術(shù)的研究?jī)?nèi)容主要集中在：故障機(jī)理的研究揭示故障的形成發(fā)展的規(guī)律主要通過(guò)構(gòu)建系統(tǒng)的物理仿真模型再加實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證信號(hào)處理與特征提取方法的研究對(duì)信號(hào)的消噪、濾波以及對(duì)各類(lèi)信號(hào)的分離特征提?。好枋鲂盘?hào)特性的表征方法，以展現(xiàn)事物發(fā)展的內(nèi)在規(guī)律，進(jìn)行趨勢(shì)預(yù)測(cè)和狀態(tài)評(píng)估等。智能診斷方法和診斷策略的研究智能儀器與故障診斷體系結(jié)構(gòu)的研究如何開(kāi)展設(shè)備故障診斷理論與實(shí)踐相結(jié)合多了解設(shè)備結(jié)構(gòu)、工藝流程、檢修方法、儀表知識(shí)等機(jī)電一體化工欲善其事，必先利其器。要注意儀器使用的要求和設(shè)備的工況哲學(xué)思考唯物主義、主要矛盾/次要矛盾、量變到質(zhì)變、否定之