机械设备故障诊断(3).ppt

1、机械设备故障诊断,郝志军 孔永正 李盼德,机械设备故障诊断,第一种： 机械系统偏 离正常功能,故障,第二种： 功能失效,机械设备故障诊断,设备故障诊断技术：是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定某整体或局部是正常运转还是发生了异常现象，早期发现故障及其原因，并预报故障发展趋势的技术。通俗的说法，它是一种给机器“看病”的技术。这当中包含“监测”和“诊断”两层意思。设备故障诊断技术，又称机械设备状态监测和故障诊断技术，通常简称为设备诊断技术。,机械设备故障诊断,信息采集,信息的 分析处理,状态识别,故障诊断技术的基本环节：,机械设备故障诊断,设备故障诊断方法： （1）振动诊断 （6）性能趋向

2、诊断 （2）声学诊断 （7）强度诊断 （3）温度诊断 （8）压力诊断 （4）污染物诊断 （9）电参数诊断 （5）光学诊断 （10）表面形貌诊断,机械设备故障诊断,柴油机故障的振动诊断 柴油机是常用的动力机械之一，其机构复杂，构建精密，长期工作在高温、高压情况下，故障发生率较高。对于以柴油机为主要动力的机械来说：若柴油机发生故障，后果将是十分严重的。因而及时准确的诊断出柴油机的故障就变得极为重要。 柴油机故障诊断方法有前面所介绍的各种方法。但在检测异常的诸因素中振动信号是一种测取方便、简单实用的动态信号，所以振动诊断方法引起了广泛关注。,机械设备故障诊断,以6160柴油机为研究对象，研究活塞环失

3、效和缸熄火两种故障工况时的振动特性及与正常工况的区别，以用于对这两种故障的诊断,机械设备故障诊断,1.活塞环失效及其对振动的影响 活塞环是内燃机的关键零件之一,它主要起防止燃气从活塞与气缸的间隙中泄漏的密封作用,也使气缸壁上能经常地保持适量润滑的调节机油作用和使热量从活塞向缸壁传递的导热作用。由于活塞环在工作时受到了气体压力、环自身弹力(径向压力)、环往复运动时的惯性力、环与气缸及环槽的摩擦力、活塞左右摆动时的侧压力等多种力的作用,同时活塞环又是工作在高温条件下,所以活塞环容易产生失效现象,如气环胶结、活塞环磨损、环弹力丧失等。,机械设备故障诊断,柴油机缸盖的振动主要由燃烧气体力引起,而柴油机

4、机体的结构振动可分为两大类。一类是由燃烧气体力引起的,主要通过活塞、连杆、曲轴、主轴承传到机体的振动,为燃烧激振。另一类为由于气体力和往复惯性力的作用,活塞侧压力变换方向时引起活塞敲击缸套,激起缸套和气缸体的振动,为活塞敲击激振。即柴油机机体的振动包括燃烧激振和活塞敲击激振。,机械设备故障诊断,决定敲击激振强度的基本因素是活塞对缸套的敲击力,它是由原始激振力活塞侧压力引起的二次激振力。 根据Lalor的关系式,不考虑活塞裙部润滑因素时,由活塞侧压力N引起的作用在缸套上的敲击力 可由下式给出：,机械设备故障诊断,式中 mj往复运动质量; 1活塞与缸套之间的间隙; n柴油机转速; 0= (dN/d

5、) = (r/l)F上止点处 侧压力的变化率(按曲轴转角); 曲柄转角; r曲柄半径; l连杆长度; F = Fg+Fj作用在活塞上的垂直力; 曲轴角速度。,机械设备故障诊断,此式表明,活塞环与气缸之间间隙的增加,将使得作用在缸套上的敲击力F0增大,从而使得活塞敲击激振的强度变大,机械设备故障诊断,图1为燃烧激振力学模型。从图中可见燃烧激振的强度主要取决于缸内气体压力Fg,它不仅激振气缸盖,而且与往复惯性力一起组成合力(Fg+Fj)激振活塞等零件。 当发生活塞环磨损等失效现象时,活塞环的漏气量将会增加。有时当发动机超过某一临界转速的界限时,活塞环漏气量将会急剧增大。图2所示为某发动机的活塞环漏

6、气量与曲轴转速的关系曲线。,图2活塞环漏气量与曲轴转速的关系曲线,综合上述分析,可以发现活塞环失效将使活塞敲击激振增大,同时又使燃烧激振减小;当缸熄火时,气缸内气体压力和活塞对缸套的敲击力都将受到影响,因而不仅影响到缸盖的振动,而且影响到柴油机机体的振动。,机械设备故障诊断,2.振动测试工况及测试分析系统 活塞环失效可以通过性能参数如气缸压力、排气温度等反映出来。通常第道环和第道环接近燃烧室,热负荷高,工作条件恶劣而最易发生失效,如胶结等。因此试验时用拆掉第1缸和第2缸的第、道气环的方法模拟气环的失效,考察此时机体和缸盖振动响应的变化情况。 对于多缸发动机,在稳定着火的状况下,当某个气缸的喷油

7、系统或点火系统发生故障时就会发生停缸故障,即缸熄火故障。试验时,采用第一缸断油的方法来模拟该故障。,机械设备故障诊断,所以测试工况共为三种即正常工况、活塞环失效工况和一缸熄火工况。 测试分析系统框图如图3所示,测点布置图如图4所示。,图3,图4,机械设备故障诊断,3.试验结果分析 如上所述,试验是在三种工况下进行的,一种为正常工况,两种为故障工况。第一缸熄火工况,定为故障工况1,活塞环失效工况则为故障工况2。对每一种工况都在四个转速下进行测量。图5a)5c)为转速650 r/min时测点1和2处在不同工况下的振动功率谱图。图5d)则为测点3和4处的振动功率谱图。,机械设备故障诊断,a)正常工况

8、，转速650RPM,机械设备故障诊断,b）第一缸熄火，转速650RPM,机械设备故障诊断,c)第一、二缸均拆除两道活塞环,转速650RPM,机械设备故障诊断,d)图8正常工况,转速650RPM,机械设备故障诊断,综合上述分析可见,一缸熄火和活塞环失效两种故障对于整个发动机的振动都有影响,但仅在故障缸附近的机体和缸盖的振动变化才具有一定的规律性。,机械设备故障诊断,参考文献：,1谭达明.柴油机工作过程故障振动诊断的基础研究J.内燃机学报,1992, 10(4):341346. 2黄德中.柴油机振动分析及故障诊断J.振动工程学报,1995, 8(2):144149. 3耿遵敏. 190柴油机故障振动诊断的研究与应用J.振动工程学报,1995, 8(1) :3745. 4张雨.利用机体表面振动信号诊断活塞环失效的研究J.振动工程学报,1997, 10(4):4