机械故障诊断学2

机械故障诊断学

〈30学时〉

张永忠机电工程学院Tel.8388574913852477907主要参考书：机械故障诊断李国华张永忠编著化学工业出版社2001年绪论

一.21世纪世界各国面临的三大挑战知识经济的挑战全球化的挑战可持续发展的挑战高新技术设备为在激烈的竞争中取胜提供了有力的工具。一.21世纪世界各国面临的三大挑战知识经济的挑战经济的发展历史：

农业经济时代：以土地、劳动力为主体。工业经济时代：以工厂、资金为主体。知识经济时代：以知识、创新为主体。一.21世纪世界各国面临的三大挑战知识经济的挑战：知识更新越来越快：近几年人类拥有的知识量约每五年翻一翻。工科大学毕业生知识的半衰期只有5—7年。计算机软、硬件的发展历史便可说明这一问题。知识转化越来越快：从提出蒸汽原理到蒸汽机出现，历经几代人的努力；

1831年提出发电机原理，1872年发电机问世,经过了41年；从激光原理提出到激光器制成仅经过6年；1974年提出无线移动通讯原理，1978年手机问世，只有4年。一.21世纪世界各国面临的三大挑战知识经济的挑战：

对经济的推动作用越来越大

科学技术对经济增长贡献率美国达80％、中国为30％

知识的资本化

美国微软公司没有很大的厂房，凭借知识跻身于世界500强企业之首。比尔.盖茨成为世界首富，公司财产净值1998年达600亿美元以上，年产值大于美国福特、通用、克莱斯勒三大汽车公司年产值的总和。

知识爆炸

从宏观到微观，从地球到空间，从地面到地心。一.21世纪世界各国面临的三大挑战全球化挑战：网络技术的发展，“地球村”、“天涯若比邻”已成为现实。经济全球化，人才、资金、技术等已在全球范围内流动和配置。

统计资料表明：全世界平均每年有1.7万科技专业人才直接定居美国，16.8万临时签证前往美国工作，18.3万外国留学生进入美国学习，世界科技移民的40%最终进入美国。发展中国家在全球人才争夺中处境极为不利，以我国为例1978-2003年间出国留学的70.02万人中，回国率不到30%。世界500强企业已有300多家进入了中国市场。我国已加入WTO，机遇和挑战并存。一.21世纪世界各国面临的三大挑战可持续发展的挑战：资源浪费和逐渐枯竭，环境污染—保护地球。我国300多座城市缺水，5000多万人饮水困难。能源紧张，我国煤、石油枯竭后应采取何种对策。世界上污染最重10个城市，我国占5个。酸雨现象严重，一些高硫煤地区几乎无雨不酸。沙尘暴天气频频出现。

必须创建资源节约型、环境友好型社会。高新技术设备为在激烈的竞争中取胜提供了有力的工具。绪论二.问题的提出2.1维修费用昂贵

20世纪70年代英国统计，因设备带病工作多消耗能源50%左右。

1980年美国工业设备维修费用为2465亿美元，而当年税收总额为7500亿美元。德国当前每年设备维修费用达4000—5000亿马克，占国民生产总值的13%—15%左右。我国某些大型钢厂每年设备维修费用达2亿元以上。绪论二.问题的提出2.2重大事故频频出现

1979年美国三里岛核电站堆藏损坏事故，损失几十亿美元，公众强烈抗议。

1984年印度博帕尔市农药厂异氰酸甲脂毒气外泄事故，两千多人死亡，二十多万人受害。

1986年美国航天飞机“挑战者号”的坠毁。

1986年欧洲莱茵河瑞士化工厂工业污染事故。1986年4月26日1时23分前苏联契尔诺贝利核电站核反应炉爆炸事故，3万多人死亡，5万多人受辐射伤害，并影响下一代身心健康，至今方圆30公里因核辐射仍超标10倍以上而封闭。以上事例都是曾经发生的因设备故障造成的震惊世界的恶性事故。绪论二.问题的提出2.2重大事故频频出现

1982年江苏某化肥厂压缩机组发生强烈振动，三次停机，损失千万元以上。

1985年山西某电厂一台20万千瓦汽轮发电机组损坏，直接损失千万元以上。

1993年河南某煤矿井下通风机叶片断裂，全矿停产，损失达500万元。绪论论二.问题的提提出2.3国家对设设备管理理极为重重视：1987年国务院院发布了了“全民民所有制制工交企企业设备备管理理条例””。1990年第三次次全国设设备管理理优秀单单位表彰彰大会上上江泽民民题词“加强企企业设备备管理，，提高企企业装备备素质””。李鹏鹏题词““工欲善善其事，必先先利其器器，维护护设备完完好，保保护企业业生产力力”。1996年国家经经贸委发发布“九九五全国国设备管管理纲要要”。1997年全国人人大28次会议通通过了““节约能能源法””。1999年3月国家经经贸委发发布“重重点用能能单位节节能管管理办法法”。1999年1月和2000年1月国家经经贸委分分别发布布了两批批“淘汰汰落后后生产力、、工艺和和产品的的目录””。绪论论二.问题的提提出2.3国家对设设备管理理极为重重视：从上世纪纪80年代开始始，美国国、欧盟盟很多国国家为了了提高军军事装备备的战斗斗力，在在装备的的性能指指标上除除了有火火力、速速度、射射程、功功率等方方面的要要求外，，还提出出了可靠靠性、维维修性、、和保障障性方面面的指标标要求，，并作为为性能指指标的一一部分。。我国也非非常重视视，大力力开展了了这方面面的工作作。绪论论二.问题的提提出2.4设备状态态监测与与故障诊诊断的重重要性（1）为改进进、提高高设备的的设计、、制造水水平提供供信息—通过实际的运运行状态态与预期期的运行行状态相相比较；；（2）为保证证设备在在最优状状态下运运行（生生产率、、质量、、能耗、、环保等））提供信信息—通过实际际的运行行状态与与最优的的运行状态相比比较；（3）为设备备的故障障诊断提提供信息息—通过实际际的运行行状态与与正常的运运行状态态相比较较。绪论论二.问题的提提出2.5设备状态态监测与与故障诊诊断的必必要性（1）高产产、高效效、自动动化、连连续化设设备因故故障停产产所造成成的损失失巨大。。（2）航航天、航航空、航航海、核核工业等等对安全全可靠性性要求极极高，出出现事故故危及人人身安全全，甚至至环境污污染。（3）现现代设备备技术先先进，结结构复杂杂，有的的不能解解体检查查，故障障难以感感官和经经验判断断。（4）维维修人员员老龄化化，青年年人经验验不足。。绪论论二.问题的提提出2.6设备状态态监测与与故障诊诊断的可可能性计算机技技术、信信息技术术、网络络技术、、微电子子技术的的发展，，使研制制先进的的仪器和和系统、、快速准准确的提提取信息息、传输输信息和和分析处处理信息息成为可可能。绪论论三.设备状态态监测与与故障诊诊断的实实例1986年美国““挑战者者”号宇宇航飞机机失事后后，曾对对事故原原因进行了大大量分析析。“挑挑战者””号从升升空到爆爆炸的74s期间，机机上电子计算算机向地地面控制制台发回回了大量量数据，，为调查查事故原原因提供关键键性依据据。“挑挑战者””号共有有两千多多个监测测传感器器，能够将每千千分之一一秒的压压力、温温度、燃燃耗乃至至宇航员员脉搏跳跳动等数据输输人座舱舱计算机机系统,该系统又又将这些些信息传传输到地地面控制台台。绪论论三.设备状态态监测与与故障诊诊断的实实例根据对这这些数据据进行分分析发现现，“挑挑战者””号在爆爆炸前l0s，右侧火箭箭助推器器内部的的压力突突然下降降，每平平方英寸寸减小了了10万磅，相当当于助推推器内部部压力降降低了5％。。进进一一步步分分析析表表明明，，这这是因因为为两两火火箭箭助助推推器器之之间间出出现现裂裂缝缝，，膨膨胀胀的的气气体体不不断断从从裂裂口口逸逸出，，因因而而内内部部压压力力降降低低。。依依据据大大量量的的信信息息判判明明，，““挑挑战战者者””号号的的事故故原原因因是是火火箭箭助助推推器器的的一一个个环环形形密密封封圈圈发发生生了了漏漏气气，，引引起起局局部燃燃料料泄泄漏漏、、燃燃烧烧、、导导致致爆爆炸炸。。绪论论三.设备备状状态态监监测测与与故故障障诊诊断断的的实实例例现在在的的民民用用航航空空机机，，都都设设有有工工况况监监测测系系统统，，随随时时检检测测发发动动机机工工作作中中的的压压力力、、温温度度、、振振动动、、速速度度等等参参数数，，经经过过处处理理后后，，在在驾驾驶驶舱舱中中直直接接显显示示，，为为机机组组人人员员提提供供驾驾驶驶所所必必须须的的参参数数以以及及发发动动机机是是否否正正常常运运行行的的状状态态信信息息。。另另一一方方面面将将检检测测参参数数输输入入磁磁带带记记录录器器(即所所谓谓黑黑匣匣子子)，磁磁带带上上记记录录的的信信息息，，为为地地勤勤人人员员提提供供了了是是否否需需要要检检修修以以及及检检修修部部位位的的依依据据。。绪论论三.设备备状状态态监监测测与与故故障障诊诊断断的的实实例例现代代大大型型旋旋转转机机械械，，如如蒸蒸汽汽透透平平、、燃燃汽汽透透平平、、发发电电机机、、离离心心机机、、压压缩缩机机等等，，都都普普遍遍设设有有完完善善的的保保护护与与诊诊断断系系统统。。传传感感系系统统可可同同时时检检测测数数十十乃乃至至数数百百个个参参数数，，可可监监测测轴轴的的振振动动、、轴轴心心轨轨迹迹、、轴轴承承温温度度、、转转速速、、相相位位等等，，一一旦旦超超限限，，可可自自动动报报警警。。随着着诊诊断断理理论论与与方方法法的的深深入入研研究究，，计计算算机机软软件件的的开开发发，，已已发发展展到到在在线线实实时时监监测测与与诊诊断断机机组组状状态态。。随随着着人人工工智智能能科科学学向向实实用用化化发发展展，，已已开开始始了了机机器器诊诊断断专专家家系系统统的的研研究究，，这这是是工工况况监监测测与与诊诊断断技技术术的的新新动动向向。。绪论论四.设备备维维修修发发展展的的三三个个阶阶段段(1)事后后维维修修18、、19世世纪纪，，蒸蒸汽汽机机、、电电机机出出现现，，完完成成手手工工向向机机器器生生产产转转化化，，由由于于规规模模小小、、生生产产力力低低、、费费用用低低，，维维修修采采用用不不坏坏不不修修、、坏坏了了才才修修。。(2)定期期维维修修进入入20世世纪纪，，出出现现了了以以福福特特汽汽车车装装配配线线为为代代表表的的流流水水线线生生产产方方式式，，机机器器复复杂杂性性增增加加，，生生产产力力提提高高，，停停产产损损失失加加大大，，出出现现定定期期维维修修，，分分小小修修、、中中修修、、大大修修。。缺点点：：可可能能出出现现过过失失维维修修和和过过剩剩维维修修。。绪论论四.设备备维维修修发发展展的的三三个个阶阶段段(3)状态态维维修修背景景：：美国国1961年年开开始始执执行行具具有有划划时时代代意意义义的的阿阿波波罗罗计计划划；；1964年年日日本本建建成地地铁铁新新干干线线和和东东京京奥奥林林匹匹克克体体育育场场；；英英国国从从节节省省能能源源和和降降低低成成本本出出发发，，1970年年提提出出设设备备综综合合工工程程和和寿寿命命周周期期费费用用的的问问题题。。内涵涵：：对设设备备运运行行状状态态进进行行监监测测，，判判断断运运行行是是否否正正常常，，查查出出故故障障，，寻寻找找原因因，，预预报报发发展展趋趋势势，，制制定定计计划划，，进进行行维维修修。。效益益：：采用用状状态态监监测测与与故故障障诊诊断断技技术术后后，，取取得得明明显显的的经经济济效效益益。。英国国对对2000家家工工厂厂调调查查表表明明，，每每年年设设备备维维修修费费可可节节约约3亿亿英英镑镑；；日日本本有有关资资料料指指出出，，每每年年设设备备维维修修费费可可减减少少25——50%；；美美国国Pekrul发电电厂厂每每年年设设备备维修修费费节节约约了了120万万美美元元。。我国国某某石石化化企企业业每每年年减减少少维维修修停停产产时时间间，，增增加加产产值值超超过过千千万万元元；；某某机机械械施工工单单位位拥拥有有工工程程机机械械232台台，，每每年年维维修修材材料料费费降降低低30%、、维维修修工工作作量量降降低低47%；；某港口口15吨吨带斗门门机每年年平均停停机维修修时间从从45天天降至9天。绪论论四.设备维修修发展的的三个阶阶段(3)状态维修修绪论论设备维修修费可减减少25—50%；投入产产出比1:15。绪论论五.状态监测测与故障障诊断方方法机械与医医学诊断断测试的的比较医学诊断断测试机机械诊断断测试中医：望望、闻、、问、切切听听、、摸、看看、闻西医：望望、触、、扣、听听、嗅目的：直接观察察，通过过形貌、、声音、、温度、、颜色、、气味的变变化进行行判断。。听心音、、做心电电图振振动、、噪声测测试目的：研究振动动、噪声声的大小小及其变变化规律律。绪论论五.状态监测测与故障障诊断方方法机械与医医学诊断断测试的的比较医学诊断断测试机机械诊断断测试量体温温温度测测试目的：研究分析析温度的的变化量血压应应力应应变、液液压气压压测试目的：研究分析析力、应应力、应应变的变变化化验（血血、尿））油油液液分析目的：研究分析析油液中中磨粒的的化学成成分、形形貌、数量，，判断机机件的磨磨损情况况。绪论论五.状态监测测与故障障诊断方方法机械与医医学诊断断测试的的比较医学诊断断测试机机械诊诊断测试试总体体能能测试：：如耐力力整整机性能能测试：：如能耗耗肺活量、、摸高、、拉力等等生生产效效率、工工作精度度等目的：对整体性性能进行行评价查病历、问问病史查查阅阅机器运行行技术挡案案目的：找规律、查查原因、作作判断绪论论六.状态监测与与故障诊断断的内容（1）根据设备的的类型和工工况，确定定监测与