机电设备安装与维修课件：机电设备的故障诊断

机电设备安装与维修

机电设备的故障诊断

机电设备故障的基本概念III机电设备失效的原因与对策机电设备故障诊断及诊断技术III一、机电设备故障的定义：机电设备失去正常工作能力的现象称为故障，在机电设备使用过程中，机电设备的零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机电设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机电设备发生故障后，其经济技术指标就会有部分或全部下降而达不到预定要求（功率下降、精度降低、发生强烈振动、出现不正常的声响等）故障规律曲线设备劣化周期图机电设备故障的基本概念二、故障的分类：1.按照故障存在的程度分类：暂时性故障，永久性故障2.按故障发生、发展的进行分类：突发性故障，渐发性故障3.按故障的严重程度分类：破坏性故障，非破坏性故障4.按故障发生的原因分类：外因故障（人员，环境），内因故障（设计、材料）5.按故障的相关性分类：相关故障（间接），非相关故障（直接）6.按故障发生的时期分类：早期故障（初期），使用期故障，后期故障（耗散期）基本分类：机电设备的故障分为自然故障和事故性故障两类（1）自然故障，指机电设备各部分零件的正常磨损或物理、化学变化造成零件的变形、断裂、蚀损等，是机电设备的零部件失效引起的故障（2）事故性故障，指因维护调试不当，违反操作规程或使用了质量不合格的零件和材料等造成的故障，这类故障是人为造成的，是可以避免的2.机电设备的故障和机械零部件失效密不可分。机电设备的类型很多，运行工况和环境条件的差异很大，机电设备零部件的失效模式也很多，主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四种具有代表性的普通失效模式。1.安装调试未达到设备的质量标准，操作人员不按照规程操作，日常维护不按照计划执行等因素是导致机电设备出现故障的重要原因。3.机电设备的电气系统受环境条件和运行条件以及元器件劣化的影响而出现失效状况。主要的失效模式有接触不良、导体材料性能变化、电气工况变化等。机电设备失效的原因及对策一、概述机械磨损规律图二、机械零部件的磨损及其对策：两个物体相对运动的接触表面（即摩擦表面）有一定的粗糙度，无论怎样精密细致地加工、研磨、抛光，表面总是会存在凹凸不平自然磨损机件在正常的工作条件下，其配合表面不断受到摩擦力的作用，有时由于受周围环境温度或介质的作用，使机件的金属表面逐渐产生的磨损。

事故磨损由于机器设计和制造中的缺陷，以及不正确地使用、操作、维护、修理等人为的原因，而造成过早的、有时甚至是突然发生的剧烈磨损按磨损的原因分为粘着磨损、磨料磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损。1.磨料磨损

其显著特点就是，磨损表面具有与相对运动方向平行的细小沟槽，磨损产物中有螺旋状、环状或弯曲装细小切屑及部分的粉末。减少磨料磨损的措施为：对空气、油料过滤，注意关键部位的密封，经常维护，清洗、换油；提高摩擦副表面的制造精度；进行适当的表面处理，接触表面采用一软一硬的材料，在润滑系统、液压系统中装入吸铁石、集屑房和滤清器堵塞报警装置，及时清理滤清器和更换滤芯。2.粘着磨损

摩擦表面越洁净越可能发生表面的粘着，因此应尽可能使摩擦表面有吸附物、氧化层和润滑剂。摩擦表面的成分和金相组织互溶性越好，粘着倾向越大，同种材料互溶性好，异种材料互溶性差；轻载荷不易发生粘着，重载高速容易发生粘着磨损。减少粘着磨损的措施为：合理润滑，选择互溶性小的材料配对，金属与非金属配对；适当的表面处理，控制摩擦副零件的工作条件。3.疲劳磨损

摩擦副表面相对滚动或滑动时，材料受到周期性交变载荷的作用产生重复变形，当超过材料的疲劳强度时，金属表面产生疲劳裂纹并不断扩展，最终引起材料表层脱落，造成点蚀和剥落的现象。其表现是摩擦表面出现大小、深浅不一的麻点、痘斑状凹坑，导致零件在工作中噪声增大，振动增强，温度升高等。提高抗疲劳磨损的措施为：减少材料中的脆性夹杂物，适当的硬度范围，提高表面加工质量，进行表面处理（渗碳、淬火、喷丸、滚压等），合理的润滑，提高装配质量，摩擦表面的清洁。4.腐蚀磨损

摩擦表面发生化学或者电化学反应生成腐蚀物，在随后的摩擦过程中被磨损掉，不断重复的磨损方式。防止腐蚀磨损的措施：控制滑动速度和接触载荷，合理选择润滑油的粘度并添加中性极压添加剂，选用某些特殊截止形成化学结合力较高、较致密的钝化膜；正确选择摩擦副材料等。三、机械零部件的变形及其处理方法：引起零件变形主要原因：1）当外载荷产生的应力超过材料的屈服强度时，零件产生过应力永久变形。

2）温度升高，金属材料抗切变能力下降，容易产生滑移变形，使材料的屈服极限下降；或零件受热不均，各处温差较大，产生较大的热应力，引起零件变形。

3）由于残留的内应力，影响零件的静强度和尺寸的稳定性，不仅使零件的弹性极限降低，还会产生减少内应力的塑性变形。

4）由于材料内部存在缺陷。减少变形的措施：正确选择材料及工艺；合理设计零部件；制造中进行时效处理减小零件的内应力；修理中注意采用新修复工艺；使用中严格按照操作规程，避免超负荷、超速运行。机械在工作过程中，由于受力的作用，机械的尺寸或形态发生改变的现象称为变形。零件变形分为弹性变形和塑性变形和蠕变。四、机械零部件的断裂及其处理方法：断裂是物体在机械力、热、磁、腐蚀等单独或联合作用下，其本身连续性遭到破坏，发生局部开裂或分裂成几部分的现象。按照断裂后断口的形态特征分为韧性断裂和脆性断裂；按照断裂的原因：分为过载断裂、疲劳断裂、氢脆断裂、腐蚀断裂、低应力脆性断裂和蠕变断裂等。脆性断口疲劳断口减轻断裂危害的措施有：

减少局部应力集中；减少残余应力的影响；控制载荷防止超载的发生；正确的选择零件材料；正确的装配，防止产生附加应力和振动；防止腐蚀；早期发现裂纹早期处理，定期进行无损探伤和检测；维修时避免产生零件断裂的影响因素五、机械零部件的腐蚀及其处理方法：金属受周围介质的作用而引起损坏的现象称为腐蚀。腐蚀的分类：（1）化学腐蚀金属与介质直接发生化学作用而引起的损坏称为化学腐蚀。（2）电化学腐蚀金属表面与周围介质发生电化学作用的腐蚀称为电化学腐蚀，属于这类腐蚀的有：金属在酸、碱、盐溶液及海水、潮湿空气中的腐蚀，地下金属管线的腐蚀，埋在地下的机器底座被腐蚀等。减轻腐蚀的方法：正确选材；合理设计；覆盖保护层；电化学保护；添加缓蚀剂；改变环境条件。六、电气接触不良及其处理方法：电接触不良是导致许多电气设备故障的重要原因。（2）电接触表面不平整或接触面发生位移及方向的变化，导致电接触形式的改变也是电接触不良的重要原因。比如面接触、线接触变成了点接触，或点接触变成了面接触、线接触，都可能使电接触不良。（1）温度对电接触的良好性影响极大。温度过高，电接触两导体表面会剧烈氧化，接触电阻明显增加，造成导体及其附件（零部件）温度升高，甚至可能使触头发生熔焊；温度升高会导致弹簧压紧的触头的弹簧压力降低，电接触的稳定性变差，容易造成电气故障。1.造成电接触不良的主要原因有：（3）电接触压力的降低，弹簧变形、传动机构不到位等，使电接触压力降低。（5）电接触安装工艺不符合要求。对不同的电接触类型有不同的安装工艺要求，达不到规定的工艺要求和标准，就会使电接触不良。（4）电接触表面性能不良。机电设备使用环境中的化学腐蚀、电化学腐蚀及其他变化导致电接触表面上覆盖着一层导电性很差的物质（金属的氧化物、硫化物、灰尘、污物或夹在接触面间的油膜、水膜等）形成的表面膜电阻使接触电阻值增大或引起接触电阻不稳定，甚至破坏电接触连接的正常导电。（1）电接触不良导致电路不通

电接触点是电路中最薄弱的环节，如隔离开关触头松动、触头未接触、导线连接点未搭接好、导线与设备接线端子连接螺钉松动、锡焊点断开等，常常导致电路不通。以及电气设备维修中常见的虚连接点”。查找“虚连接点”是查找电气设备故障的难点之一。2.电气接触不良导致的后果与对策：（3）电接触不良导致电弧的产生

电接触处的一层绝缘薄膜(如水分、灰尘、氧化膜等)。在一定电压下，在接通电路瞬间，可能被击穿，因而会产生火花和电弧，从而导致更严重故障的发生。（2）电接触不良导致电接触处严重发热

电接触不良导致的发热，一是由于接触电阻上的发热，二是接触不良发生电弧产生的热。电接触发热将进一步导致电接触不良的恶化，使电路不通。（5）避免电接触不良的方法：严格控制施工质量；定期进行设备的紧固与测温；确保设备绝缘安全。（4）电接触电阻的增加可能使某些电路不能正常工作

电接触电阻虽然很小（通常为毫欧、微欧级），但对于某些电路则是不可忽视的因素，如电流互感器二次回路，正常运行状态是短路运行状态。如果该回路接触电阻过大，将导致正常短路运行状态被破坏，造成电测仪表误差增大、继电器误动作等故障的发生。（1）温度升高，金属材料软化，机械强度将明显下降。如铜金属材料长期工作温度超过200℃时，机械强度明显下降。铝金属材料的机械强度也与温度密切相关，通常铝的长期工作温度不宜超过90℃，短时工作温度不宜超过120℃。温度过高，有机绝缘材料将会变脆老化，绝缘性能下降，甚至击穿。3.导体材料发生变化引起的故障及其对策（3）通常当载流导体截面沿导体长度(轴向)发生变化时，在截面变小处会产生轴向电动力。这种电动力称为收缩电动力。触头接触处的电动力有使触头受到排斥的趋势，也就是说，收缩电动力使触头接触紧密程度变小，甚至断开，使触头烧损。有时，也可利用导体形状的改变而产生的电动力使触头压紧。（2）电接触材料，尤其是做开关触头的材料，对其导电性、硬度等有着较严格的要求，如果不适当地更换了原有的电接触材料，势必影响到电接触的性能。其次，为了弥补某些电接触材料的缺陷，常常在电接触材料表面镀上一层其他的金属，如银、锡、金等。在修理过程中或经过长时间的磨损，使镀层损伤或消失，必然使电接触性能变差。（4）避免导体材料变化引起故障的对策：提高设备的设计负荷能力，避免电气线路元件长期处于过载或大负荷的状态，注重日常维护和状态监测，定期更换老化的元器件和导线，确保设备的绝缘安全。无论是三相电源不对称、三相负载不对称以及中性点偏移都是由于电源或负载没有按规定运行或配置引起的系统电能偏离正常状况，当偏离值较小时对电气设备的影响比较小，当偏离值较大时，就可能引起电气故障，如部分电气设备电压过高导致烧毁等。4.电气工况变化引起的电气故障及其对策电动力与电流大小密切相关。在小电流情况下，电动力对电气装置的正常工作没有什么影响，然而，在大电流情况下，尤其在短路电流作用下，所产生的电动力是很大的。因此，电气装置必须具备在短路电流作用下不致损坏的稳定性，这种稳定性称为电动稳定性。超过了这种稳定性，电气装置将会产生故障。因此在选择设备参数时要进行动稳定校验。当设备的运行参数与额定值差别较大，或设备本身的运行工况（机械状态）与出厂工况差别较大，运行条件和运行工况对设备正常运行状况影响比较大，其中由于电流过大引起的电动力、电网运行工况变化（三相电源不对称、三相负载不对称、中性点偏移等）占的比例较大。电动力可能使隔离开关误动作，当流过隔离开关的电流很大（如短路）时，其电动力可能使隔离开关自动打开。在电弧作用下，触头可能被烧毁，甚至发生火灾。为了防止这类事故的发生，隔离开关的触头必须夹紧，不应有松脱现象，必要时还应设置联锁装置。两根或三根平行导体在短路电流作用下，导体受到吸引力或排斥力。当这种作用力超过某一程度时，就会使导体变形、接头松脱、支撑固定件损坏等。设备出现故障后，使某些特性发生改变，产生机械的、温度的、噪声的以及电磁的各种物理和化学参数的变化，发出不同的信息。利用现代科学技术和仪器、检测信号变化的规律，并根据这些外部信息的变化来判定故障发生的部位、性质和严重程度，分析异常情况和故障发生的原因，预测发展趋势，判别损坏的程度，作出决策，消除故障隐患，防止事故的发生。机电设备故障诊断及诊断技术1.故障诊断技术包含的内容：（1）机械状态量（力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量）和电气状态量（电流、电压、频率、阻抗，开关状态等）的监测；（2）状态特征参数变化的辨识和故障原因分析；（3）可靠性分析和剩余寿命估计等。2.具体实施过程可归纳为四个方面:（1）信号采集：直接观察，性能测定（2）信号处理：幅值分析、时域分析、频域分析（3）状态识别：统计模式识别，结构模式识别，模糊诊断（4）诊断决策：经验诊断，专家诊断系统一、故障诊断的概念：二、故障诊断的基本方法：2、精密诊断技术：更多用于设备的使用维护阶段。（1）使用复杂诊断分析仪器或专用诊断设备；（2）需要有一定经验的技术人员或专家在现场；（3）对设备故障的部位、原因、类型作出定量的诊断；（4）涉及的技术知识比较复杂；（5）进行深入的信号处理，根据需要预测设备寿命。1、简易诊断技术：适用于安装调试阶段和维护阶段进行状态的监测。（1）使用各种简便并易于携带的诊断仪器及检测仪表；（2）设备维护人员在现场进行检测分析；（3）仅对设备有无故障，故障严重程度就行初判；（4）涉及的技术知识和经验比较简单；（5）需要把采集到的故障信号信息储存建档。3.机电设备故障诊断采用的常用技术手段：（1）直接观察法：听、摸、看、闻、问（传统型/高新技术型）（2）振动噪声测定法：幅值、频率（时域/频域）（3）温度测量法：温升，温降（接触式/非接触式）（4）回路分析法：电流、电压、阻抗，接口，元件（短路/断路/过载）（5）无损检测法：超声波，红外线、电涡流、磁粉、各类射线（设备内部缺陷/静态检测）（6）油样分析法：润滑油或油路成分分析（磁塞/光谱/铁谱）（7）设备性能参数测定法：仪表，显示器输出（状态监测）（2）故障后的诊断：机电设备发生故障后，需要根据设备的状态和故障的表现确定故障的性质和程度、属性以及类别等，综合、高效地用云多种故障诊断技术判断机电设备故障发生的原因，从而更好地完成调整和维护工作4.机电设备故障诊断流程：机电设备一般包括机械本体、动力部分、检测部分、执行机构、控制器与接口五大功能模块，具有综