机械故障诊断学0

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。绪论二.问题的提出2.3国家对设备管理极为重视：

1987年国务院发布了“全民所有制工交企业设备管理条例”。

1990年第三次全国设备管理优秀单位表彰大会上江泽民题词“加强企业设备管理，提高企业装备素质”。李鹏题词“工欲善其事，必先利其器，维护设备完好，保护企业生产力”。1996年国家经贸委发布“九五全国设备管理纲要”。

1997年全国人大28次会议通过了“节约能源法”。

1999年3月国家经贸委发布“重点用能单位节能管理办法”。

1999年1月和2000年1月国家经贸委分别发布了两批“淘汰落后生产力、工艺和产品的目录”。

绪论二.问题的提出

2.3国家对设备管理极为重视：

从上世纪80年代开始，美国、欧盟很多国家为了提高军事装备的战斗力，在装备的性能指标上除了有火力、速度、射程、功率等方面的要求外，还提出了可靠性、维修性、和保障性方面的指标要求，并作为性能指标的一部分。我国也非常重视，大力开展了这方面的工作。绪论二.问题的提出

2.4设备状态监测与故障诊断的重要性

（1）为改进、提高设备的设计、制造水平提供信息—通过实际的运行状态与预期的运行状态相比较；（2）为保证设备在最优状态下运行（生产率、质量、能耗、

环保等）提供信息—通过实际的运行状态与最优的运行状态相比较；（3）为设备的故障诊断提供信息—通过实际的运行状态与正常的运行状态相比较。

绪论二.问题的提出

2.5设备状态监测与故障诊断的必要性

（1）高产、高效、自动化、连续化设备因故障停产所造成的损失巨大。（2）航天、航空、航海、核工业等对安全可靠性要求极高，出现事故危及人身安全，甚至环境污染。（3）现代设备技术先进，结构复杂，有的不能解体检查，故障难以感官和经验判断。（4）维修人员老龄化，青年人经验不足。绪论二.问题的提出2.6设备状态监测与故障诊断的可能性计算机技术、信息技术、网络技术、微电子技术的发展，使研制先进的仪器和系统、快速准确的提取信息、传输信息和分析处理信息成为可能。绪论三.设备状态监测与故障诊断的实例1986年美国“挑战者”号宇航飞机失事后，曾对事故原因进行了大量分析。“挑战者”号从升空到爆炸的74s期间，机上电子计算机向地面控制台发回了大量数据，为调查事故原因提供关键性依据。“挑战者”号共有两千多个监测传感器，能够将每千分之一秒的压力、温度、燃耗乃至宇航员脉搏跳动等数据输人座舱计算机系统,该系统又将这些信息传输到地面控制台。绪论三.设备状态监测与故障诊断的实例根据对这些数据进行分析发现，“挑战者”号在爆炸前l0s，右侧火箭助推器内部的压力突然下降，每平方英寸减小了10万磅，相当于助推器内部压力降低了5％。进一步分析表明，这是因为两火箭助推器之间出现裂缝，膨胀的气体不断从裂口逸出，因而内部压力降低。依据大量的信息判明，“挑战者”号的事故原因是火箭助推器的一个环形密封圈发生了漏气，引起局部燃料泄漏、燃烧、导致爆炸。绪论三.设备状态监测与故障诊断的实例

现在的民用航空机，都设有工况监测系统，随时检测发动机工作中的压力、温度、振动、速度等参数，经过处理后，在驾驶舱中直接显示，为机组人员提供驾驶所必须的参数以及发动机是否正常运行的状态信息。另一方面将检测参数输入磁带记录器(即所谓黑匣子)，磁带上记录的信息，为地勤人员提供了是否需要检修以及检修部位的依据。

绪论

三.设备状态监测与故障诊断的实例现代大型旋转机械，如蒸汽透平、燃汽透平、发电机、离心机、压缩机等，都普遍设有完善的保护与诊断系统。传感系统可同时检测数十乃至数百个参数，可监测轴的振动、轴心轨迹、轴承温度、转速、相位等，一旦超限，可自动报警。随着诊断理论与方法的深入研究，计算机软件的开发，已发展到在线实时监测与诊断机组状态。随着人工智能科学向实用化发展，已开始了机器诊断专家系统的研究，这是工况监测与诊断技术的新动向。绪论四.设备维修发展的三个阶段

(1)事后维修

18、19世纪，蒸汽机、电机出现，完成手工向机器生产转化，由于规模小、生产力低、费用低，维修采用不坏不修、坏了才修。

(2)定期维修进入20世纪，出现了以福特汽车装配线为代表的流水线生产方式，机器复杂性增加，生产力提高，停产损失加大，出现定期维修，分小修、中修、大修。缺点：可能出现过失维修和过剩维修。绪论四.设备维修发展的三个阶段

(3)状态维修

背景：美国1961年开始执行具有划时代意义的阿波罗计划；1964年日本建成地铁新干线和东京奥林匹克体育场；英国从节省能源和降低成本出发，1970年提出设备综合工程和寿命周期费用的问题。

内涵：对设备运行状态进行监测，判断运行是否正常，查出故障，寻找原因，预报发展趋势，制定计划，进行维修。效益：采用状态监测与故障诊断技术后，取得明显的经济效益。英国对2000家工厂调查表明，每年设备维修费可节约3亿英镑；日本有关资料指出，每年设备维修费可减少25—50%；美国Pekrul发电厂每年设备维修费节约了120万美元。我国某石化企业每年减少维修停产时间，增加产值超过千万元；某机械施工单位拥有工程机械232台，每年维修材料费降低30%、维修工作量降低47%；某港口15吨带斗门机每年平均停机维修时间从45天降至9天。绪论四.设备维修发展的三个阶段

(3)状态维修

绪论设备维修费可减少25—50%

；投入产出比1:15。绪论五.状态监测与故障诊断方法

机械与医学诊断测试的比较医学诊断测试机械诊断测试中医：望、闻、问、切听、摸、看、闻西医：望、触、扣、听、嗅目的：直接观察，通过形貌、声音、温度、颜色、气味的变化进行判断。听心音、做心电图振动、噪声测试目的：研究振动、噪声的大小及其变化规律。绪论五.状态监测与故障诊断方法

机械与医学诊断测试的比较医学诊断测试机械诊断测试

量体温温度测试

目的：研究分析温度的变化量血压应力应变、液压气压测试

目的：研究分析力、应力、应变的变化化验（血、尿）油液分析

目的：研究分析油液中磨粒的化学成分、形貌、数量，判断机件的磨损情况。

绪论五.状态监测与故障诊断方法

机械与医学诊断测试的比较医学诊断测试机械诊断测试

总体体能测试：如耐力整机性能测试：如能耗肺活量、摸高、拉力等生产效率、工作精度等

目的：对整体性能进行评价查病历、问病史查阅机器运行技术挡案

目的：找规律、查原因、作判断绪论六.状态监测与故障诊断的内容

（1）根据设备的类型和工况，确定监测与设备状态有关的特征信号；（2）正确选用传感器、二次仪表、记录仪器，组成测试系统。综合考虑测量精度、灵敏度、响应时间、测量范围等因素；（3）确定对所测信号进行处理和分析的方法，去粗取精，去伪存真，提取与设备运行状态和故障相对应的特征信息(征兆)；（4）根据设备的征兆，识别设备的状态和故障(故障诊断)；（5）如果发现设备存在故障，进一步分析故障的程度、部位、类型、原因和趋势等；（6）根据设备的故障及其趋势，做出评价和决策，包括控制、自诊治、调整、维修、继续监测等措施。绪论七.状态判断的方法

识别设备运行状态是否正常，可按照下列方法进行判断：

1.绝对标准判断法：按ISO、国家标准、行业标准等判断。

2.相对标准判断法：与正常工作状态的有关数据对比判断。3.相同设备类比法：对多个同类型设备的有关数据相互比较，进行判断。

4.时间序列分析法：根据按时间顺序所测得的一系列数据的变化趋势，进行判断。

绪论八.状态监测与故障诊断的发展方向

1.在线监测；2.计算机管理和网络化；3.监测和诊断智能化；4.高精度、高可靠性传感器及微型化；5.现代信号分析方法的研究；6.信息融合和分离技术。（结束）

9、春去春又回，新桃换旧符。在那桃花盛开的地方，在这醉人芬芳的季节，愿你生活像春天一样阳光，心情像桃花一样美丽，日子像桃子一样甜蜜。2月-252月-25Saturday,February22,202510、人的志向通常和他们的能力成正比例。19:44:0519:44:0519:442/22/20257:44:05PM11、夫学须志