1、第七章第七章 机械设备的故障诊断机械设备的故障诊断 第七章第七章 机械设备的故障诊断机械设备的故障诊断 学习目标：通过本章学习，了解机械故障诊断技术的方法及分类；熟悉诊断参数的选择、判断标准的确定及信号采集的方法及原则；掌握常用的故障诊断方法。学习重点：1、诊断参数的选择和判断标准的确定2、故障诊断的信号采集3、油样分析法的步骤、原理及内容学习难点：常用的故障诊断方法应用。劣化渐变过程如下：劣化渐变过程如下：设备劣化的渐变过程设备劣化的渐变过程第一节设备故障概述第一节设备故障概述 一、故障及其分类一、故障及其分类 （一）故障的概念：（一）故障的概念：l故障就是故障就是设备因为某种原因丧失规定功
2、能的现象。设备因为某种原因丧失规定功能的现象。1）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统；）设备包括元件、零件、部件、产品或者系统；2）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。）丧失规定功能，比破坏的含义要广泛得多。（二）故障的分类（二）故障的分类 1）按故障发生、发展的过程分类）按故障发生、发展的过程分类l(1)突发性故障突发性故障l故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的故障发生前没有明显的可察征兆，发生比较突然，有较大的破坏性。破坏性。(2)渐发性故障渐发性故障l是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许是由于设备中某些零件的技术指标不断恶化，最终超出允许的范围或允许
3、的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐的范围或允许的极限而引发的故障。其发生一般与磨损、腐蚀、疲劳等密切相关，特点是：蚀、疲劳等密切相关，特点是：l故障一般发生在元器件有效寿命的后期；故障一般发生在元器件有效寿命的后期；l有规律，可以预防；有规律，可以预防；l发生概率与设备运转时间有关。发生概率与设备运转时间有关。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 2）按故障的性质分类）按故障的性质分类l分为自然故障和人为故障。分为自然故障和人为故障。l(1)自然故障：设备自身原因造成。自然故障：设备自身原因造成。l又分正常自然故障和异常自然故障。又分正常自然故障和异常自然故障。l正常自然故障正常自然故障
4、 一般具有规律性，一般具有规律性，设备正常工作磨损、腐蚀引设备正常工作磨损、腐蚀引起的故障，起的故障，会对设备的自然寿命产生影响。会对设备的自然寿命产生影响。l异常自然故障异常自然故障 因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环因设计或制造不当造成设备中存在某些薄弱环节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。节而引发的故障，带有偶然性，有时又具有突发性。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 (2)人为故障：操作使用不当或意外原因造成。人为故障：操作使用不当或意外原因造成。l为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免人为避免这类故障发生，设计时应尽量采用避免人为故障的结构，将人、机作为一个系统加
5、以考虑为故障的结构，将人、机作为一个系统加以考虑，以有效地诊断和控制故障。，以有效地诊断和控制故障。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 l可归结为三方面，可归结为三方面，环境因素环境因素、人为因素人为因素和和时间时间因素因素。（一）环境因素（一）环境因素l所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、所谓环境因素，就是力、能量、温度、湿度、振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损、振动、污染物这些外界因素，使机件发生磨损、变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。变形、裂纹、腐蚀等各种形式的损伤。l表表7-17-1表示了由于机械能、热能、化学能、其表示了由于机械能、热能、化学能、其他能量等环境因素引起的故
6、障。他能量等环境因素引起的故障。二、引起故障的外因二、引起故障的外因第一节设备故障概述第一节设备故障概述 表表7-1 环境影响及引起的故障环境影响及引起的故障环境因素主要影响典型故障机械能机械能 产生振生振动、冲、冲击、压力、力、加速度、机械加速度、机械应力等力等 机械机械强强度降低、功能受影响、磨度降低、功能受影响、磨损加加剧、过量量变形、疲形、疲劳破坏、机件断裂破坏、机件断裂热能能 产生生热老化、氧化、老化、氧化、软化、熔化、粘性化、熔化、粘性变化、固化、固化、脆化、化、脆化、热胀冷冷缩及及热应力等力等 电气性能气性能变化、化、润滑性能降低、机械滑性能降低、机械应力增加、磨力增加、磨损加加
7、剧、机械、机械强强度降低、腐度降低、腐蚀加速、加速、热疲疲劳破坏、密封性能破坏破坏、密封性能破坏化学能化学能 产生受潮、干燥、脆化、生受潮、干燥、脆化、腐腐蚀、电蚀、化学反、化学反应及及污染等染等 功能受影响、功能受影响、电气性能下降、机械性气性能下降、机械性能降低、保能降低、保护层损坏、表面坏、表面变质、化学反、化学反应加加剧、机械断裂、机械断裂其他能其他能量量 产生脆化、加生脆化、加热、蜕化、化、电离及磁化离及磁化 表面表面变质、材料褪色、材料褪色、热老化、氧化、老化、氧化、材料的物理、化学、材料的物理、化学、电气性能气性能发生生变化化注：其他能量包括核能、电磁能及生物因素等。注：其他能量
8、包括核能、电磁能及生物因素等。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 （二）人为因素（二）人为因素l设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人设备在设计、制造、使用和维修过程中，始终包含着人为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因为因素的作用，特别是早期故障的发生大部分可以归因于人为因素。于人为因素。1.设计不良设计不良l受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。受条件的限制或存在考虑不周、设计差错等。2.质量偏差质量偏差l由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造、由于设备、仪器精度以及技术水平等条件的限制，铸造、锻造、热处理、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，或锻造、热处理、
9、焊接等工艺过程产生各种工艺缺陷，或其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。其他加工过程中造成机件在结构和质量上的偏差。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 3.使用不当使用不当l一台设备，在其整个生存周期内合理的运输一台设备，在其整个生存周期内合理的运输和保管条件、使用条件和使用方法、维护保和保管条件、使用条件和使用方法、维护保养和修理制度以及操作人员的技术水平等，养和修理制度以及操作人员的技术水平等，对实际故障率将产生很大影响。对实际故障率将产生很大影响。l这三项人为因素中，这三项人为因素中，对故障率影响最大的人对故障率影响最大的人为因素是使用不当。为因素是使用不当。第一节设备故障概述第
10、一节设备故障概述 （三）时间因素（三）时间因素l环境因素、人为因素是促使设备发生故障的环境因素、人为因素是促使设备发生故障的诱因诱因，在考虑，在考虑环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。环境因素和人为因素时还需考虑时间因素。l常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的常见的磨损、腐蚀、疲劳、变形等故障都与时间有密切的关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，关系。尽管机件中存在着故障隐患及形成故障的其他外因，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，如果没有时间的延续故障不一定发生。可见，时间也是形时间也是形成故障的主要外因之一成故障的主要外因之一。l在设备的故障中，除了意外的
11、突发性故障以外，大多数都在设备的故障中，除了意外的突发性故障以外，大多数都属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故属于渐发性故障，而且，也只有这类渐发性故障，才为故障诊断提供了可能。障诊断提供了可能。第一节设备故障概述第一节设备故障概述 何谓设备故障诊断技术何谓设备故障诊断技术?所谓设备故障诊断技术是指在设备运行中或基本不拆卸的情况下，掌握设备的运行技术状况，预测设备的可靠性，或判断设备故障的部位和原因，即人们常说的动态诊断或在线诊断。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程.原始的诊断技术 用手摸，以测定它的温度是否过高，振动是否过大；用耳听，以判别
12、运动部件是否有异声等等，这种凭人们的感觉、听觉和人们的经验对机器设备的健康进行诊断的方法，我们把它叫做传统的诊断技术-或叫做原始的诊断技术。现代的诊断技术 现代的诊断技术是指应用最新的现代化仪器设备和电子计算机系统等当代的最新技术来检查和识别机械设备及其零部件的实时技术状态，诊断它是否健康的技术。现在我们所说的诊断技术就是指这种现代诊断技术。一、设备故障诊断的实施过程一、设备故障诊断的实施过程l测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信测取设备在运行中或相对静止条件下的状态信息，通过对信号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别设备及号的处理和分析，并结合设备的历史状况，定量识别
13、设备及其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技其零部件的技术状态，并预知有关异常、故障和预测未来技术状态，从而确定必要的对策。术状态，从而确定必要的对策。信号采集信号采集特征提取特征提取状态状态识别识别诊断决策诊断决策l诊断技术划分为三个阶段：诊断技术划分为三个阶段：状态监测状态监测，分析诊断分析诊断，治理预防治理预防。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 （一）（一）状态监测状态监测l通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，把它转变为通过传感器，采集设备在运行中的各种信息，
14、把它转变为电信号或者其他信号电信号或者其他信号，再把这个信号送到信号处理系统进，再把这个信号送到信号处理系统进行处理。行处理。l信号处理系统主要就是把信号处理系统主要就是把有用信号有用信号提取出来，而把无用信提取出来，而把无用信号、干扰信号排除。号、干扰信号排除。（二）（二）分析诊断分析诊断包括包括状态识别状态识别和和诊断决策诊断决策两个部分，状态识别就是把这些两个部分，状态识别就是把这些参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来参数或者图谱和参考的参量或者参考的图谱进行比较，来识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以识别设备是否存在故障，通过这样状态识别以后，就可以做出诊断
15、结果，即分析诊断。做出诊断结果，即分析诊断。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程l（三）（三）治理预防治理预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防根据分析诊断得出的结论，确定治理修正预防的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修的办法。包括调度、改变操作、更换停机检修等等。等等。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 二、状态监测与故障诊断的区别与联系二、状态监测与故障诊断的区别与联系l状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态状态监测是故障诊断的基础和前提，没有状态监测就谈不上故障诊断。而故障诊断是对监测监测就谈不上故障诊
16、断。而故障诊断是对监测结果的进一步分析和处理，诊断是目的。结果的进一步分析和处理，诊断是目的。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程 三、设备故障诊断技术的分类三、设备故障诊断技术的分类l有三种分类方法：有三种分类方法：（一）按照诊断的目的、要求和条件分类（一）按照诊断的目的、要求和条件分类l分为分为功能诊断功能诊断和和运行诊断运行诊断、定期诊断定期诊断和和连续监测、连续监测、直接诊断直接诊断和和间接诊断间接诊断、在线诊断在线诊断和和离线诊断离线诊断、常常规诊断规诊断和和特殊诊断特殊诊断、简易诊断简易诊断和和精密诊断精密诊断等等。等等。l 1.功能诊断和运行诊断功能诊断和运行诊断l功能诊断功能诊断主要是针对新安装的设备或刚刚维修过主要是针对新安装的设备或刚刚维修过的设备，而的设备，而运行诊断运行诊断更多是起到状态监测的功能。更多是起到状态监测的功能。第二节第二节 设备故障诊断技术设备故障诊断技术 及其实施过程及其实施过程l2.定期诊断和连续监测定期诊断和连续监测3.直接诊断和间接诊断直接诊断和间接诊断l直接诊断直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来是
