设备状态监测与故障诊断

1、1. 设备监测目的意义 保障设备安全，防止突发故障。 保障设备精度，提高产品质量和经济效益。 推进设计理念和维修制度的革新。 避免设备事故、人员伤亡、环境污染。维护社会稳定。2. 故障分类按故障对机械工作能力的影响分类：完全性故障 局部性故障按故障发生速度及演变过程分类：突发性故障 渐进性故障按其发生的原因分类：磨损性故障 错用性故障 先天性故障按造成的后果分类：危害性故障 安全性故障3. 故障规律浴盆曲线：磨合期，正常使用期，耗损期4. 故障发生的原因宏观上分析1.设计错误2 原材料缺陷3 制造过程的缺陷4 运转缺陷微观上分析：疲劳，磨损，断裂，腐蚀5. 零件磨损的一般规律磨合阶段，正常磨损

2、阶段，急剧磨损阶段6. 零件变形失效塑性变形失效，弹性变形失效，蠕变变形失效，翘曲变形失效7. 断裂失效塑性断裂，脆性断裂8. 状态监测与故障诊断的技术方法1. 振动、噪声诊断技术2. 油液分析技术3. 温度检测技术4. 无损检测技术9. 振动的危害降低机器及仪表的精度,引起机械设备及土木结构的破坏10. 机械振动的分类按振动系统本身的特点分类: 离散系统 连续系统按振动系统所受的激励类型分类: 自由振动 强迫振动 自激振动 参数振动按系统的响应（振动规律）分类: 确定性振动 随机振动按描述系统运动的微分方程分类:线性振动 非线性振动11. 机械振动要研究的内容和步骤1. 建立物理力学模型 2

3、.建立数学模型 3.方程的求解 4.结果的阐述 12. 随机振动非确定而又具有统计规律，它们的规律不能用时间的确定性函数来描述，但又具有一定的统计规律性。平稳随机过程与各态历经过程13. 自相关函数 同一点不同的两个时间函数乘积称为随机过程 X(t)于时刻 t1与 t1+ 的自相关函数。它是时差 的函数，在一般情况下，它也依赖于采样时刻 t1，反映这两个时刻的随机变量的Xk（t1）与X（t1+）统计联系。 非平稳随机过：统计特性依赖于采样时刻的过程 ：平稳随机过程：统计特性不依赖于采样时刻的过程正常运行状态：齿轮箱的振动（噪声）是大量的、无序的、大小接近相等的随机冲击结果，具有较宽而均匀的频谱

4、。异常运行状态：随机振动（噪声）中将出现有规则、周期性的o异常状态下齿轮箱自相关函数脉冲，其大小比随机冲击大的多14. 各态历经过程对于各态历经过程，可以分别计算：均值、均方值、峭度方差均值 描述振动的稳定分量均方值 描述振动的的能量歪度峭度 反映信号中大幅值成分的影响方差 描述振动的波动分量15. 互相关函数不同两个点不同时间函数乘积ooa新齿轮箱b旧齿轮箱，16. 概率函数对于单个随机变量，最完整的统计描述是给出它的概率分布或概率密度。在随机振动中常见的随机变量的概率分布函数为正态分布函数。许多工程振动过程均十分接近于正态过程。工程技术上，常把随机变量在均值附近的变化范围确定为17. 传感

5、器分类：电阻应变片式传感器 电感式传感器 电容式传感器 压电式传感器磁电式传感器 光电式传感器热 电式传感器定义: 传感器是能感受规定的被测量并按照一定规律转换成可用输出信号的器件或装置，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器的作用是将一种能量转换成另一种能量形式 工程技术上，多将非电量变换成电量。18. 振动诊断的判断标准绝对判断标准：将测得的数据或统计量与标准阈值相比较以判定设备所处的状态。根据相应的国际标准、国家标准、行业标准等，如： ISO， GB，IEC等。 相对判断标准：以机器正常状态的振动值作为初值，以当前实测数据值达到初值的倍数为阈值来判断设备当前所处的状态。 类比判断标准：对多

6、台设备的同一部位进行测定，并对测定值进行相互比较，而判定某台设备是否发生故障。19. 滚动轴承的失效形 1.磨损失效：滚动轴承最常见的一种失效形式2.疲劳失效：现象：球轴承的内圈滚道上产生等距离的剥离。原因：由于冲击载荷造成的压痕发展而成。3.腐蚀失效：化学腐蚀 电腐蚀 微振腐蚀 4.滚动轴承的塑性变形失效5.滚动轴承的断裂失效6.滚动轴承的胶合失效20. 滚动轴承故障信号分析1.有效值与峰值判别法2.峰值系数法：峰值与有效值之比。正常时，滚动轴承的峰值系数约为5;故障时，可达到几十。3.峭度指标法：峭度与峰值四次方的比值。正常情况下其值应该在3左右，如果这个值接近4或超过4，则说明轴承的运动

7、状况中存在冲击性振动。它的优势在于能提供早期的故障预报。不适合对晚期故障的诊断。4.频谱分析法第一阶段（超声频率）：温度正常，噪声正常，振动速度总量及频谱正常，但尖峰能量总量及频谱有所征兆第二阶段（轴承固有频率）：温度正常，噪声略增大，振动速度总量略增大，振动频谱变化不明显，但尖峰能量有大的增加，频谱也更加突出。第三阶段（轴承缺陷间隔频率及其倍频）：温度略升高，可耳听到噪声，振动速度总量有大的增加，且振动速度频谱上清晰可见轴承故障频率及其谐波和边带，另振动速度频谱上“噪声地平”明显升高，尖峰能量总量相比第二阶段变得更大、频谱也更加突出。建议于第三阶段后期予以更换轴承。第四阶段（随机宽带振动）：

8、温度明显升高，噪声强度明显改变，振动速度总量和振动位移总量明显增大，振动速度频谱上轴承故障频率开始消失，被更大的随机的宽带高频“噪声地平”取代；尖峰能量总量迅速增大，并可能出现一些不稳定的变化。绝不能让轴承在故障发展的第四阶段中运转，否则将可能发生灾难性破坏。21. 临界转速n临1 = 604 r/minn临2 = 1840 r/minn临3= 4651 r/min故此，机组发生共振时的转速也被称之为临界转速转子的临界转速往往不止一个，它与系统的自由度数目有关。其中转速最小的那个临界转速称为一阶临界转速n临1，比之大的依次叫做二阶临界转速n临2三阶临界转速n临399刚性转子 n 0.75 n临

9、1柔性转子 1.4 n临1 n 0.7 n临 22. 旋转机械故障原因多自由度转子有多个临界转速和相应的振型设计 装配 制造 操作23. 齿轮失效形式与原因 齿轮箱各类零件的故障率 齿轮60% ，轴承19%轴10%， 箱体7%，紧固件 3%，密封 1%。齿轮的故障，主要与齿轮的热处理质量及运行时的润滑条件有关，也与设计不当、制造误差、装配不良等有关。维护、操作不当占最大比重。根据齿轮损伤的形貌和损伤过程与机理，故障形式可以要为五类，发生的概率分别为： 轮齿断裂41%，齿面疲劳（点蚀、剥落、龟裂）31%， 齿面磨损10%，齿面划痕10%其它故障（如塑性变形、化学腐蚀、异物 嵌入等）8%24. 齿

10、轮故障振动分析方法1.功率谱分析法 2.边频带分析法 利用边频带的频率对称性；比较各次测量中边频带幅值的变化趋势。3.倒频谱分析法25. 齿轮故障信号的频域特征1.均匀性磨损 2.不均匀的分布故障 3.齿面剥落、裂纹以及齿的断裂等局部性故障 4.点蚀等分布性故障26. 润滑剂基本功能控制摩擦 减少磨损 冷却降温 密封隔离 阻尼震动清洁防锈27. 油液污染度评定1）称重法 2）计数法 3）光测法 4）电测法 5）淤积法 6）综合法28. 油液污染状态检测仪器1. 油液污染物体积浓度检测仪2.油液中污染物颗粒数目和尺寸检测仪3.油液污染物粒度分布检测仪29. 油样分析技术1.铁谱分析技术：1）在线

11、式铁谱仪2）旋转式铁谱仪3）分析式铁谱仪4）直读（DR）式铁谱仪2.油样光谱分析技术1）.分光光度法2）.原子发射光谱分析法3）.原子吸收光谱分析（原子吸收分光光度法)3.磁塞技术：柱形和探针形30. 通过油样分析，可以取得如下几方面的信息：(1)磨屑的浓度和颗粒大小反映机器磨 损的严重程度；(2)磨屑的大小和形态反映磨屑产生 的原因，即磨损发生的机理；(3)磨屑的化学成分反映磨屑产生的部位，亦即零件磨损的部位。哪些零件受到磨损将以上三方面的信息综合起来，即可对零件摩擦副的工作状况作出切合实际的判断。 31. 铁谱分析由以下四个基本环节组成1.采样 2.制谱 3.观测与分析 4.结论32. 温

12、度检测233.热电偶法测温 测量精度高；测量范围广； 构造简单，使用方便；将温度转换成电信号，便于处理和远传。34.热电阻测温 几乎所有导体与半导体的电阻都会随着温度的变而变化，热电阻法测温就是利用体 的这种特性来进行的。 (1)测温范围宽：可测从272.161100范围内的温度； (2)测温精度高：一般为千分之几或±2左右； (3)灵敏度高，响应速度快：由于可把热电阻做成体积很小，因而其热惯性很小： 响应速度最快可达0.1s，甚至更高，这一点对于温度的测控非常重要； (4) 性能稳定：热电阻一般都是纯度很高的金属制成，其物理和化学稳定性良好，因而制出的热电阻复现性较好，便于互换；

13、(5) 不适于点温的测量：由于热电阻的阻值随温度的改变与整个感温元件有关，尽 管现代工艺可将热电阻做成很小，但其感温元件总是要占据一定的空间，因此，热电阻 所测量的是某一空间的平均温度，这一点与热电偶法测温不同。 （6）测温准确度高，信号便于传送。 材料:铂热电阻 铜热电阻 薄膜铂热电阻35.非接触式测温方法优点: 仪表不破坏被测介质的温度场。 敏感元件不必和被测介质达到平衡，仪表滞后小。 理论上仪表测温上限不受限制。敏感元件不必与被测介质达到同样温度 值，因此测温部件不被高温破坏。 输出信号大，灵敏度高，准确度高类型:光学高温计,光电高温计36.三种辐射测温方法比较亮温法的灵敏度较高，与真实

14、温度的偏差较小，适用于较高精度的测量；比色法受物体发射率变化的影响小。全辐射测温法在测量高温时有其优越性.37.非接触式测温计类型 光学高温计: 光电高温计: 光学元件互换性很差，更换元件时，整个仪表要进行重新调整和分度。 辐射温度计:可用于测量40020000°C的高温，多为现场安装式结构。 比色高温计:准确度高，响应快，可观察小目标(最小可到2mm)。 红外热像仪:38.无损检测技术 超声波检测射线检测 磁粉检测 渗透检测 涡流检测声发射检测 工业CT 优点1.不破坏被检对象；2.可实现100%的检验；3.发现缺陷并做出评价，从而评定被检对象的质量；4.可对缺陷形成原因及发展规律

15、做出判断，以促进有关部门改进生产工艺和产品质量；5.对关键部件和部位在运行中作定期检查，甚至长期监控以保证运行安全，防止事故发生。作用: 1.无损探伤对产品质量做出评价，以探测被检物的各种宏观的内部和表面缺陷，并判断其位置、大小、形状和种类，是无损检测的一个重要组成部分。2.材料检查用无损检测技术测定材料的物理性能和组织结构，能判断材料的品种和热处理状态，进行材料分选。3.几何定量产品的几何尺寸、涂层和镀层厚度、表面腐蚀状态、硬化层深度和应力状态都能无损检测技术测定 ；4.现场监控对在役设备或生产中的产品进行现场的或动态的检测，将产品中的缺陷变化信息连续地提供给运行和生产部门实行监控三阶段:无

16、损探伤,无损检测,无损评价39.射线检测的特点1.检测结果有直接记录底片2.可以获得缺陷的投影图象，缺陷定性定量准确3.体积型缺陷检出率很高4.适宜检验厚度较薄的工件5.对缺陷在工件中厚度方向的位置、尺寸（高度）的确定比较困难6.有些试件结构和现场条件不适合射线照相7.检测成本高8.射线照相检测速度慢9.射线对人体有伤害 40.磁粉检测预处理 磁化 施加磁粉 观察 记录后处理1.磁粉检测特别适用于检测（铁）磁性材料（如钢铁材料）工件表面或近表面的各种裂纹、夹渣、气孔等缺陷，如铸件、锻件、焊缝和机械加工零件等。 2.对于在表面没有开口但深度很浅的裂纹也可以探测出来；能直观地显示出缺陷的位置、形状

17、、大小和严重程度 3.具有很高的检测灵敏度，可检测微米级宽度的缺陷；检验速度快，工艺简单，成本低，污染轻；41.渗透检测渗透清洗 显象观察42.声发射检测特点1.能够检测出活动的缺陷，即材料的断裂和裂纹的扩展，从而为使用安全性评价提供依据；2.可远距离操作，长期监控设备允许状态和缺陷扩展情况；3.无法探测静态缺陷； 4.设备价格昂贵； 5.检测过程中干扰因素较多； 6.声发射检测完成后，一般需要常规无损检测方法复验。43.工业CT的特点1.被检物体的全三维成像，直观准确地再现物体内部的三维立体结构。2.任何方向上的非破坏切片和断面成像3.三维测量(逆向工程：对实物模型数据化处理，成为设计概念模

18、型，在此基础上分析进行、修改和优化技术）4.取代传统的破坏性切片检测和分析5.扩大了传统的二维X射线检测能力6.成本高、设备复杂。44.液压系统故障原因内因：1.液压元件结构设计存在潜在缺陷，或液压元件结构特性不佳，如滑阀在往复运动中易发生泄漏的液压系统故障等；2.液压元件材质不佳，制造质量低，留下隐患，易导致液压系统故障；3.液压系统设计不合理或不完善，使用时由于液压功能不全，导致液压系统故障；4.液压设备运输、系统安装调试不当或错误，导致液压系统故障等。外因：1.液压系统的运行条件：即环境条件与使用条件，如温度过高，水和灰尘的污染等，易导致液压故障；2.液压系统的维护保养不当和管理不善：如未能按时保养、未能按期换油、未能按时向蓄能器补充氮等易导致液压系统故障；3.自然因素和人为因素突变：如密封圈老化失效、运行规范不合理、操作失误等，易出现液压系统故障。45.油缸爬行的原因1.滑块