狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷緒論

（優(yōu)選）狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷緒論現(xiàn)在是1頁\一共有67頁\編輯于星期一在設(shè)備運(yùn)行中或在基本不拆卸的情況下，通過各種手段，掌握設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，判定產(chǎn)生故障的部位和原因，并預(yù)測、預(yù)報設(shè)備未來的狀態(tài)。1、什么是狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷？是防止事故和計劃外停機(jī)的有效手段。是設(shè)備維修的發(fā)展方向?，F(xiàn)在是2頁\一共有67頁\編輯于星期一機(jī)械故障診斷是一種了解和掌握機(jī)器在運(yùn)行過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓?，早期發(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預(yù)報故障發(fā)展趨勢的技術(shù)。油液監(jiān)測、振動監(jiān)測、噪聲監(jiān)測、性能趨勢分析和無損探傷等為其主要的診斷技術(shù)方式?，F(xiàn)在是3頁\一共有67頁\編輯于星期一2.1故障的含義及類型

1故障的含義故障——機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中，喪失或降低其規(guī)定的功能及不能繼續(xù)運(yùn)行的現(xiàn)象。

2、機(jī)械故障概論

2故障的類型故障可以不同角度分：如1）臨時性故障2）永久性故障按故障發(fā)生的時間分有以下幾種：1）早發(fā)性故障2）突發(fā)性故障3）漸進(jìn)性故障4）復(fù)合型故障按故障表現(xiàn)形式分有：

1）功能故障2）潛在故障按故障產(chǎn)生的原因分有：1）人為故障2）自然故障現(xiàn)在是4頁\一共有67頁\編輯于星期一按故障造成的后果分有：

1）致命故障2）嚴(yán)重故障

3）一般故障4）輕度故障故障通常采取幾種分類法復(fù)合并用，如突發(fā)性的局部故障；磨損性的危險故障等。由此看出故障的復(fù)雜性；嚴(yán)重性和起因等情況。2.2故障的特點與故障管理

1故障的特點1）多樣性2）層次性3）多因素和相關(guān)性4）延時性5）不確定性6）修復(fù)性

2故障管理故障管理是設(shè)備管理的核心內(nèi)容之一。其目的在于早期發(fā)現(xiàn)故障征兆，及時采取措施進(jìn)行預(yù)防和維修。

故障管理的程序和內(nèi)容包括：1、宣傳教育和技術(shù)培訓(xùn)相結(jié)合。2、制定嚴(yán)格的管理制度和維護(hù)保養(yǎng)制度。3、熟悉機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)和工作原理，掌握工作性能?，F(xiàn)在是5頁\一共有67頁\編輯于星期一

4、配置先進(jìn)的檢查、檢測和監(jiān)測設(shè)備，對重要設(shè)備和零部件進(jìn)行實時監(jiān)測，定期分析，準(zhǔn)確掌握設(shè)備故障的信息和征兆。5、根據(jù)故障現(xiàn)象和信息及征兆，進(jìn)行認(rèn)真科學(xué)地分析，確定故障原因、類型、采取最佳的維修策略和維修方案，及時維修過程進(jìn)行記錄。提供后期統(tǒng)計和借鑒。6、對常發(fā)生或多次重復(fù)出現(xiàn)的故障的部位或零件，要重點監(jiān)測，必要時對其進(jìn)行系統(tǒng)技術(shù)改造。建立故障信息管理流程圖。2.3影響故障產(chǎn)生的主要因素（一）制造和修理因素對故障的影響1、零件材料的選擇

2、零件加工質(zhì)量3、裝配質(zhì)量（二）使用因素對故障的影響1、工作負(fù)荷

2、工作環(huán)境

3、設(shè)備保養(yǎng)和操作技術(shù)返回現(xiàn)在是6頁\一共有67頁\編輯于星期一3、簡易診斷和精密診斷狀態(tài)監(jiān)測（簡易診斷）內(nèi)容：識別有無故障明確故障嚴(yán)重程度作出故障趨勢分析由設(shè)備維修人員在現(xiàn)場進(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)場或中心進(jìn)行現(xiàn)在是7頁\一共有67頁\編輯于星期一狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的過程檢測縮小故障范圍狀態(tài)判別搜集征兆定期檢測故障定位原因分析維修決策趨勢分析正常參數(shù)開始尚可正常不可異常現(xiàn)在是8頁\一共有67頁\編輯于星期一狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的作用

監(jiān)測與保護(hù)

監(jiān)測機(jī)器工作狀態(tài)。發(fā)現(xiàn)故障及時報警，并隔離故障。分析與診斷

判斷故障性質(zhì)、程度和部位。分析故障原因。處理與預(yù)防

給出消除故障的措施。防止發(fā)生同類故障?，F(xiàn)在是9頁\一共有67頁\編輯于星期一4、設(shè)備維修制度的發(fā)展事后維修，故障維修

(Breakdown)

設(shè)備壞了后才去修理。定期維修，預(yù)防維修

(Preventive)

定期地檢查和大修。預(yù)測維修，視情維修

(Predictive)

周期的監(jiān)測，必要時才去維修?，F(xiàn)在是10頁\一共有67頁\編輯于星期一事后維修體制設(shè)備運(yùn)行到壞了再進(jìn)行修理。不需要安排計劃。對一些設(shè)備，更換比修理更便宜。意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失?？赡芤鹪O(shè)備的二次損壞，甚至災(zāi)難性事故。庫存?zhèn)浼顿Y多。定義優(yōu)點缺點現(xiàn)在是11頁\一共有67頁\編輯于星期一定期維修體制按預(yù)訂的時間間隔或檢修周期，對設(shè)備作維修、調(diào)整和更換備件。機(jī)器壽命較長。減少意外停機(jī)。備件庫存較少。意外停機(jī)引起生產(chǎn)損失。過剩維修導(dǎo)致維修費用增加。過剩維修引起人為維修故障。定義優(yōu)點缺點現(xiàn)在是12頁\一共有67頁\編輯于星期一預(yù)測維修體制有計劃地對設(shè)備作檢查和測試，以確定其健康狀態(tài)，必要時才進(jìn)行維修。減少非計劃停機(jī)損失。維修時間間隔可以延長。維修費用大為減少。備件庫存最小。需要初始投資。需學(xué)習(xí)和培訓(xùn)。定義優(yōu)點缺點現(xiàn)在是13頁\一共有67頁\編輯于星期一不同制度的維修成本的比較大型鋼鐵企業(yè)現(xiàn)在是14頁\一共有67頁\編輯于星期一維修費用化了多少？美國1980年稅收總額$7500億，維修費為$2460億,估計其中過剩維修費為$750億。我國1987年國營公交企業(yè)40萬個，固定資產(chǎn)￥7000億,維修費約為固定資產(chǎn)的3～5％。我國2002年規(guī)模以上企業(yè)共有固定資產(chǎn)￥8800萬億，維修費有多少？能節(jié)省多少？現(xiàn)在是15頁\一共有67頁\編輯于星期一停產(chǎn)一天的損失有多大？300MW發(fā)電機(jī)組損失電720萬kWh，約￥144萬元30萬噸化肥裝置損失化肥1000t，約￥150萬元三峽2號水輪機(jī)組700MW停機(jī)4小時損失￥400萬元現(xiàn)在是16頁\一共有67頁\編輯于星期一先進(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間和維修費用（人力和財力）改善環(huán)境，改善企業(yè)形象投資獲得最大和最長遠(yuǎn)的回報現(xiàn)在是17頁\一共有67頁\編輯于星期一5、監(jiān)測和診斷的各種手段★

振動：適用于旋轉(zhuǎn)機(jī)械、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等?！餃囟龋t外）：適用于工業(yè)爐窯、熱力機(jī)械、電機(jī)、電器等?！?/p>

聲發(fā)射：適用于壓力容器、往復(fù)機(jī)械、軸承、齒輪等。★油液（鐵譜）：適用于齒輪箱、設(shè)備潤滑系統(tǒng)、電力變壓器等。★無損檢測：采用物理化學(xué)方法，用于關(guān)鍵零部件的故障檢測?！飰毫Γ哼m用于液壓系統(tǒng)、流體機(jī)械、內(nèi)燃機(jī)和液力耦合器等?！飶?qiáng)度：適用于工程結(jié)構(gòu)、起重機(jī)械、鍛壓機(jī)械等?！锉砻妫哼m用于設(shè)備關(guān)鍵零部件表面檢查和管道內(nèi)孔檢查等?！锕r參數(shù)：適用于流程工業(yè)和生產(chǎn)線上的主要設(shè)備等?！镫姎猓哼m用于電機(jī)、電器、輸變電設(shè)備、電工儀表等?，F(xiàn)在是18頁\一共有67頁\編輯于星期一分析技術(shù)可用于機(jī)械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的信號有振動診斷、油樣分析、溫度監(jiān)測和無損檢測探傷為主，其他技術(shù)或方法為輔的局面。這其中又以振動診斷涉及的領(lǐng)域最廣、理論基礎(chǔ)最為雄厚、研究得最為充分。目前，在振動信號的分析處理方面，除了經(jīng)典的統(tǒng)計分析、時頻域分析、時序模型分析、參數(shù)辨識外，近來又發(fā)展了頻率細(xì)化技術(shù)、倒頻譜分析、共振解調(diào)分析、三維全息譜分析、軸心軌跡分析以及基于非平穩(wěn)信號假設(shè)的短時傅里葉變換、Winger分布和小波變換等。而當(dāng)代人工智能的研究成果為機(jī)械故障診斷注入了新的活力，故障診斷的專家系統(tǒng)不僅在理論上得到了相當(dāng)?shù)陌l(fā)展，且己有成功的應(yīng)用實例，作為人工智能的一個重要分支，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的研究己成為機(jī)械故障診斷領(lǐng)域的一個最新研究熱點?，F(xiàn)在是19頁\一共有67頁\編輯于星期一儀器分類：便攜式測振表數(shù)據(jù)采集器表盤式的監(jiān)測系統(tǒng)計算機(jī)化監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用儀器選用原則：

被監(jiān)測對象在生產(chǎn)中的地位生產(chǎn)的規(guī)模和產(chǎn)量預(yù)計的投資設(shè)備管理人員的水平和素質(zhì)現(xiàn)在是20頁\一共有67頁\編輯于星期一監(jiān)測和診斷儀器的分類和選用現(xiàn)在是21頁\一共有67頁\編輯于星期一測振表的外形和原理框圖阻抗變換前置放大指示選頻網(wǎng)絡(luò)微積分檢波主放大電池靈敏度調(diào)節(jié)傳感器輸入交流輸出

直流輸出現(xiàn)在是22頁\一共有67頁\編輯于星期一測振表現(xiàn)在是23頁\一共有67頁\編輯于星期一計算機(jī)存貯器打印機(jī)屏幕軟件放大接口存貯顯示時鐘電池管理環(huán)節(jié)傳感器數(shù)據(jù)采集器計算機(jī)及外部設(shè)備數(shù)據(jù)采集器的外形和工作框圖現(xiàn)在是24頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是25頁\一共有67頁\編輯于星期一數(shù)據(jù)采集器現(xiàn)在是26頁\一共有67頁\編輯于星期一數(shù)據(jù)采集器的工作流程主菜單趨勢分析顯示和打印調(diào)用存儲數(shù)據(jù)趨勢分析和譜趨勢分析巡檢準(zhǔn)備輸入組態(tài)信息清除內(nèi)存出發(fā)巡檢校對時鐘數(shù)據(jù)處理下載數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)比較巡檢報表頻譜分析頻譜圖軌跡圖顯示和打印軌跡分析定巡檢路線新開巡檢組定設(shè)備和測點定測量參數(shù)更改測量參數(shù)增減設(shè)備和測點增減巡檢組組態(tài)打印組態(tài)表現(xiàn)在是27頁\一共有67頁\編輯于星期一典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)雙通道振動表推力瓦位和瓦溫表振動傳感器在瓦蓋上水泵的監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)在是28頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是29頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是30頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是31頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是32頁\一共有67頁\編輯于星期一典型的表盤式監(jiān)測系統(tǒng)前置器雙通道軸位表推力瓦溫表鍵相信號雙通道軸振表徑向瓦溫表鍵相傳感器90度布置的兩渦流傳感器推力瓦溫傳感器徑向瓦溫傳感器軸向位置傳感器報警信號輸出離心壓縮機(jī)監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)在是33頁\一共有67頁\編輯于星期一計算機(jī)化的監(jiān)測系統(tǒng)框圖最簡單的計算機(jī)化監(jiān)測系統(tǒng)。單一計算機(jī)完成數(shù)據(jù)采集、管理、數(shù)據(jù)分析、人機(jī)對話等功能。存貯器打印機(jī)屏幕軟件適調(diào)放大切換裝置A/D變換器來自傳感器監(jiān)測儀表計算機(jī)現(xiàn)在是34頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是35頁\一共有67頁\編輯于星期一汽輪發(fā)電機(jī)組的監(jiān)測系統(tǒng)框圖下位機(jī)分析處理聯(lián)網(wǎng)顯示存貯人機(jī)對話通訊適調(diào)放大適調(diào)放大限幅整形光電隔離光電隔離光電隔離同步采樣采樣上位機(jī)振動信號（快變）溫度、壓力信號（慢變）鍵相信號現(xiàn)在是36頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是37頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是38頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是39頁\一共有67頁\編輯于星期一故障診斷的專家系統(tǒng)框圖專家系統(tǒng)是一個故障診斷的專用程序。用戶可以把其中積累的診斷專家的知識用于診斷工作。結(jié)果及解釋征兆事實庫知識獲取征兆獲取推理機(jī)診斷知識庫設(shè)備參數(shù)庫工作存貯器人機(jī)對話故障對策傳感器信號領(lǐng)域?qū)＜矣脩衄F(xiàn)在是40頁\一共有67頁\編輯于星期一專家系統(tǒng)現(xiàn)在是41頁\一共有67頁\編輯于星期一現(xiàn)在是42頁\一共有67頁\編輯于星期一6、精密診斷的方法頻譜分析法趨勢分析法通頻值趨勢分析、頻譜趨勢分析時域分析法

波形分析、相關(guān)函數(shù)分析倒頻譜分析法模態(tài)分析法隨機(jī)減量法其他數(shù)學(xué)方法模式識別法模糊診斷法故障樹診斷法神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法小波分析法灰色系統(tǒng)法分形幾何法現(xiàn)在是43頁\一共有67頁\編輯于星期一精密診斷最常用的方法頻譜分析法

每種故障有其對應(yīng)的特征頻率。據(jù)此確定機(jī)器的故障性質(zhì)和嚴(yán)重程度。趨勢分析法、頻譜趨勢分析法

根據(jù)劣化曲線，振動的通頻幅值(特征頻率幅值)隨故障的發(fā)展而增大。據(jù)此監(jiān)視機(jī)器的健康狀態(tài)，并推測其壽命?，F(xiàn)在是44頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)動機(jī)械常見故障的頻率特征強(qiáng)迫振動類故障自激振動類故障R:

轉(zhuǎn)動頻率現(xiàn)在是45頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)子不平衡故障的頻譜波形為簡諧波，少毛刺。軸心軌跡為圓或橢圓。1X頻率為主。軸向振動不大。振幅隨轉(zhuǎn)速升高而增大。過臨界轉(zhuǎn)速有共振峰。透平風(fēng)機(jī)TOTI齒輪箱1X頻率(水平)1X頻率(水平)1X頻率(鉛垂)1X頻率(鉛垂)軸向很小軸向很小現(xiàn)在是46頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)子不平衡的類型現(xiàn)在是47頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)子不對中故障的頻譜出現(xiàn)2X頻率成分。軸心軌跡成香蕉形或8字形。軸向振動一般較大。本例中，出現(xiàn)葉片通過頻率。電機(jī)水泵POPIMOMI1X頻率2X頻率葉片通過頻率現(xiàn)在是48頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)子不對中的類型正確對中

e=0,

=0平行不對中

e0,=0角度不對中

e=0,0綜合不對中

e0,0現(xiàn)在是49頁\一共有67頁\編輯于星期一不同聯(lián)軸節(jié)的情況聯(lián)軸節(jié)類型不對中形式振動特征剛性聯(lián)軸節(jié)平行不對中有2X成分角度不對中軸向振動1X成分大軸向振動大，有2X及高次諧波齒式聯(lián)軸節(jié)徑向振動可能有2X、3X、4X…聯(lián)軸節(jié)兩側(cè)振動的相位常相反膜片聯(lián)軸節(jié)有nX成分（n為螺釘數(shù)）現(xiàn)在是50頁\一共有67頁\編輯于星期一轉(zhuǎn)子系統(tǒng)松動故障的頻譜波形出現(xiàn)許多毛刺。譜圖中噪聲水平高。出現(xiàn)精確的倍頻2X，3X…等成分。松動結(jié)合面兩邊，振幅有明顯差別。電機(jī)水泵POPI轉(zhuǎn)速的精確倍頻成分本例中最高出現(xiàn)16X成分噪聲水平高現(xiàn)在是51頁\一共有67頁\編輯于星期一松動故障引起的間入諧量未松動時的頻譜松動時的頻譜

出現(xiàn)0.5X，1.5X，2.5X，3.5X...等頻率成分現(xiàn)在是52頁\一共有67頁\編輯于星期一D

—節(jié)圓直徑d—滾珠直徑—接觸角z—滾珠數(shù)R—軸的轉(zhuǎn)速頻率滾動軸承故障的特征頻率dD外環(huán)故障頻率內(nèi)環(huán)故障頻率滾珠故障頻率保持架碰外環(huán)保持架碰內(nèi)環(huán)現(xiàn)在是53頁\一共有67頁\編輯于星期一滾動軸承故障的頻譜軸承每一種零件有其特殊的故障頻率。隨著故障發(fā)展，它的幅值增加，并有諧波；諧波兩邊產(chǎn)生邊頻。還可用非頻率域的診斷方法，如共振解調(diào)。電機(jī)離心泵PIPO1X2X頻率故障基本頻率6.71X基本頻率的四個諧波現(xiàn)在是54頁\一共有67頁\編輯于星期一帶滾動軸承的機(jī)械的頻譜特點不平衡不對中松動滾動軸承故障頻率05101520253035404550×RFrequencyinorder3.53.02.52.01.51.00.50Velocityinmm/spk現(xiàn)在是55頁\一共有67頁\編輯于星期一帶滑動軸承的機(jī)械的頻譜特點不對中松動引起的諧波不平衡油膜渦動、碰摩0246810121416FrequencyinorderDisplacementinmpktopk12.510.07.55.02.50現(xiàn)在是56頁\一共有67頁\編輯于星期一齒輪故障的頻譜齒輪嚙合頻率GMF等于齒數(shù)乘以齒輪轉(zhuǎn)速頻率。齒輪嚙合頻率兩邊有邊頻，間距為1X。隨著齒輪故障發(fā)展，邊頻越來越豐富，幅值增加?？捎玫诡l譜作進(jìn)一步分析。OUBSISOL齒輪箱上輥下輥輸入軸嚙合頻率GMF上邊頻下邊頻2X現(xiàn)在是57頁\一共有67頁\編輯于星期一趨勢分析法的理論根據(jù)監(jiān)視機(jī)器的劣化過程預(yù)測機(jī)器的失效時間正常使用期耗損期磨合期故障率時間“浴盆曲線”停機(jī)日期報警日期故障征兆時間劣化曲線報警值危險值現(xiàn)在是58頁\一共有67頁\編輯于星期一趨勢分析法通頻值趨勢分析

簡單易行不易發(fā)現(xiàn)早期故障頻譜趨勢分析

能早期發(fā)現(xiàn)齒輪、軸承等早期故障能較快判定故障的部位現(xiàn)在是59頁\一共有67頁\編輯于星期一通頻值趨勢分析報警值危險值停機(jī)日期報警日期現(xiàn)在是60頁\一共有67頁\編輯于星期一確定報警值和危險值的方法絕對法根據(jù)相應(yīng)的國際標(biāo)準(zhǔn)、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等，如：ISO，GB，API等。相對法以機(jī)器正常狀態(tài)的振動值作為基數(shù)，自己和自己比。類比法與同類機(jī)器的振動值作比較?，F(xiàn)在是61頁\一共有67頁\編輯于星期一

轉(zhuǎn)機(jī)振動標(biāo)準(zhǔn)舉例(軸承振動)

ISO2372，ISO3945

振動烈度：振動速度的有效值測量頻率范圍10～1000HzI級：小型機(jī)械例15kW以下電機(jī)II級：中型機(jī)械例15～75