1、一、機械故障診斷介紹二、機械故障診斷的應用三、機械的故障與維護方式四、機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷五、機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的技術地位六、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的發(fā)展趨勢第一章 概 述一、機械故障診斷介紹機械設備發(fā)展趨勢：由此:性能指標越來越高；設備功能越來越多；機械結(jié)構(gòu)越來越復雜。(1)大型化(2)高速化(3)連續(xù)化(4)自動化結(jié)果：(1)提高了生產(chǎn)率(2)改善了產(chǎn)品質(zhì)量(3)降低了成本(4)改善了勞動條件1）促進了生產(chǎn)的發(fā)展2）潛伏著很大的危機導致機械出現(xiàn)故障，以致降低或失去其預定功能，造成嚴重的甚至災難性事故。結(jié)論:對機械設備進行故障診斷就顯得至關重要。 機械故障診斷: 是一種了解和掌握機器在運行

2、過程的狀態(tài)，確定其整體或局部正?；虍惓＃缙诎l(fā)現(xiàn)故障及其原因，并能預報故障發(fā)展趨勢的技術。 及時、正確地對機械各種異常狀態(tài)或故障狀態(tài)作出診斷，預防或消除故障，提高機械運行的可靠性、安全性和有效性，將機械故障的損失降低到最低水平。2. 保證機械發(fā)揮最大的工作能力，制定合理的檢測維修制度，充分挖掘機械潛力，延長機械服役期限和使用壽命，降低其全壽命周期費用。3. 通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等，為機械結(jié)構(gòu)修改、優(yōu)化設計、合理制造及生產(chǎn)過程提供有效的數(shù)據(jù)和信息。1)及時、正確地對機械各種異?；蚬收蠣顟B(tài)作出診斷，預防或消除故障，提高機械運行的可靠性、安全性和有效性，將機械故障的損失降低到最低水平。2

3、)保證機械發(fā)揮最大的工作能力，制定合理的檢測維修制度，充分挖掘機械潛力，延長機械服役期限和使用壽命，降低其全壽命周期費用。 3)通過檢測監(jiān)視、故障分析、性能評估等，為機械結(jié)構(gòu)修改、優(yōu)化設計、合理制造及生產(chǎn)過程提供有效的數(shù)據(jù)和信息。機械故障診斷的目的: 美國西屋公司的三套人工智能診斷軟件（汽輪機TurbinAID，發(fā)電機GenAID，水化學ChemAID）對其所產(chǎn)機組的安全運行發(fā)揮了巨大的作用。 美國通用電器公司研究的用于內(nèi)燃電力機車故障排除的專家系統(tǒng)DELTA； 美國NASA研制的用于動力系統(tǒng)診斷的專家系統(tǒng)； Delio Products公司研制的用于汽車發(fā)動機冷卻系統(tǒng)噪聲原因診斷的專家系統(tǒng)E

4、NGING COOLING ADCISOR等。二、機械障診斷的應用診斷技術發(fā)展幾十年來，產(chǎn)生巨大的經(jīng)濟效益，成為各國研究熱點。 從診斷技術的各分支技術來看，美國占有領先地位。 美國的一些公司，如Bently，HP等的監(jiān)測產(chǎn)品代表了當今診斷技術的最高水平，具有完善的監(jiān)測功能和較強的診斷功能，在宇宙、軍事、化工等方面具有廣泛的應用。美國: 于70年代初成立了機器保健與狀態(tài)監(jiān)測協(xié)會，到了80年代初在發(fā)展和推廣設備診斷技術方面作了大量的工作，起到了積極促進作用。 曼徹斯特大學創(chuàng)立的沃森工業(yè)維修公司和斯旺西大學的摩擦磨損研究中心在診斷技術研究方面都有很高的聲譽。 英國原子能研究機構(gòu)在核發(fā)電方面，利用噪聲

5、分析對爐體進行監(jiān)測，以及對鍋爐、壓力容器、管道得無損檢測等，起到了英國故障數(shù)據(jù)中心的作用。 目前英國在摩擦磨損、汽車、飛機發(fā)動機監(jiān)測和診斷方面仍具有領先的地位。 英國: 在鋼鐵、化工等民用工業(yè)中診斷技術占有優(yōu)勢。 東京大學、東京工業(yè)大學、京都大學、早稻田大學等高等學校著重基礎性理論研究； 機械技術研究所、船舶技術研究所等國立研究機構(gòu)重點研究機械基礎件的診斷研究； 三菱重工等企業(yè)在旋轉(zhuǎn)機械故障診斷方面開展了系統(tǒng)的工作，所研制的“機械保健系統(tǒng)”在汽輪發(fā)電機組故障監(jiān)測和診斷方面已經(jīng)起到了有效的作用。 一些國家的診斷技術發(fā)展各具特色。 瑞典SPM公司的軸承監(jiān)測技術，AGEMA公司的紅外熱像技術； 挪威

6、的船舶診斷技術； 丹麥的B&K公司的振動、噪聲監(jiān)測技術等都是各有千秋。歐洲:日本: 診斷技術發(fā)展始于70年代末，而真正起步應該從1983年南京首屆設備診斷技術專題座談會開始。 雖起步較晚，但經(jīng)過近些年的努力，加上政府有關部門多次組織外國診斷技術專家來華講學，已基本跟上了國外在此方面的步伐，在某些理論研究方面已和國外不相上下。 中國: 目前在一些特定設備的診斷研究方面很有特色，形成了一批自己的監(jiān)測診斷產(chǎn)品。 全國各行業(yè)都很重視在關鍵設備上裝備故障診斷系統(tǒng)，特別是智能化的故障診斷專家系統(tǒng)，在電力系統(tǒng)、石化系統(tǒng)、冶金系統(tǒng)、以及高科技產(chǎn)業(yè)中的核動力電站、航空部門和載人航天工程等。 工作比較集中的是大型

7、旋轉(zhuǎn)機械故障診斷系統(tǒng)，已經(jīng)開發(fā)了20種以上的機組故障診斷系統(tǒng)和十余種可用來做現(xiàn)場故障診斷的便攜式現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集器。透平發(fā)電機、壓縮機的診斷技術已列入國家重點攻關項目并受到高度重視。中國: 西安交通大學的“大型旋轉(zhuǎn)機械計算機狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)”； 哈爾濱工業(yè)大學的“機組振動微機監(jiān)測和故障診斷系統(tǒng)”； 東北大學設備診斷工程中心經(jīng)過多年研究，研制成功了“軋鋼機狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”，“風機工作狀態(tài)監(jiān)測診斷系統(tǒng)”，均取得了可喜的成果。 三、機械的故障與維護方式機械的故障：指機械功能的失常。指機械的各項技術指標偏離了它的正常狀態(tài)。簡單地說：具體地說：例如：機械零件損壞，喪失了它的工作能力；發(fā)動機功率降低，

8、傳動系統(tǒng)失去平穩(wěn)，噪聲增大；工作機構(gòu)工作能力降低，燃料、潤滑油消耗增加等統(tǒng)稱為故障。1、機械故障的分類1）按部件損壞程度分類2）按故障持續(xù)時間分類3）按故障是否發(fā)生分類4）按故障發(fā)生時間分類 隨研究的角度不同，機械故障的分類方法也不同。通常有以下分類方法：1）按部件損壞程度分類（1）功能停止型故障 零件或機器損壞，喪失了工作能力。如機器不能啟動，無法運轉(zhuǎn)；汽車發(fā)動機不能發(fā)動、無法開車等。（2）功能降低型故障 機械雖能工作，但運行工程中機械功率降低或油耗增加。如發(fā)動機工作中功率降低，燃油、滑油油耗增加。（3）商品質(zhì)量降低型故障 機械雖能工作，但在工作中出現(xiàn)漏水、漏油、漏電、異常噪聲、喘振、不規(guī)則

9、跳動、傳動系失穩(wěn)等。2）按故障持續(xù)時間分類（1）臨時性故障 機械在很短時間內(nèi)發(fā)生的機械喪失某些局部功能的故障。 這種故障發(fā)生后不需要修復或更換零部件，只需對故障部位進行調(diào)整即可恢復其喪失的功能。（2）持久性故障 造成機械功能的喪失一直持續(xù)到更換或修復故障零部件后，才能恢復機械工作能力的故障。3）按故障是否發(fā)生分類（1）實際故障 機械已經(jīng)發(fā)生的故障。（2）潛在故障 機械自身可能存在故障的隱患。在生產(chǎn)過程中，如果嚴格執(zhí)行機械的使用和維修規(guī)程，采取有效的故障診斷措施，將能防止?jié)撛诠收习l(fā)展成為實際故障。4）按故障發(fā)生時間分類（1）突發(fā)性故障 故障的發(fā)生與機械的狀態(tài)變化及機械已使用過多長時間無關，一般是

10、在無明顯故障預兆的情況下突然發(fā)生。因此，故障的發(fā)生具有偶然性和突發(fā)性。 這類故障一般在實際工作中難以預測-不可監(jiān)測故障。 （2）漸進性故障 是由于機械質(zhì)量的劣化，如磨損、腐蝕、疲勞、老化等逐漸發(fā)展而成，故障發(fā)生的概率與機械使用時間有關。 這類故障是可預測的-可監(jiān)測故障。 對于這類故障，可用定期維修或預知維修方式來預防。 對于這類故障，如果故障發(fā)生后易于排除，則可采用事后維修； 如果不易排除，則需采用連續(xù)監(jiān)測的方式來發(fā)現(xiàn)故障。2、故障維修方式 很多年來一直沒有進行狀態(tài)監(jiān)測和預知維修的概念，如果機器出現(xiàn)故障，就對它進行維修或啟用備用設備, 導致了維修部門的巨大經(jīng)費開支。介紹幾種常用的機械故障維修方

11、式：1）事后維修2）定期維修3）預知維修1）事后維修 即故障發(fā)生后再維修-最早、最常用的維修方式。 維修費用高：零件壞了無法再用。 要承擔一定的風險：若某些重要機械的關鍵零部件壞了會產(chǎn)生重大事故；會導致管理失控其維修理念:任其損壞（壞了再修）。 1）優(yōu)點 不必將資金投入到狀態(tài)監(jiān)測和預防性維修上； 設備不會出現(xiàn)過度維修。2）缺點 無法預測的故障停工； 繼發(fā)損壞以及災難性的故障； 會導致生產(chǎn)損失； 將產(chǎn)生高額維修費用； 缺乏有效管理。 2）定期維修 指按企業(yè)的維修計劃，一定的時間間隔進行的維修。 維修理念:維修觀點:機器的壽命是有限的，它發(fā)生故障的機率與其使用的時間成正比，如圖示，停工前進行檢修。

12、 在實際生產(chǎn)中，由于潤滑不良、零部件安裝不當、以及不平衡和不對中等其它大量的原因?qū)е麓笮藓笕匀挥休^高的故障概率。 現(xiàn)在對曲線進行調(diào)整以反映“概率壽命”與“估計壽命”的關系。 在估計的故障“應該”發(fā)生的位置之前其故障概率已經(jīng)開始增加，因此不得不縮短平直段的長度。 然而不幸的是，我們對于該周期以及進入磨損階段后的故障發(fā)展速度都無法進行準確的估計。 幾年前聯(lián)合航空公司曾經(jīng)做了一項研究，實際調(diào)查了故障概率隨時間的變化情況。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)了兩個重要的規(guī)律。(1)符合浴盆曲線形狀的僅占所調(diào)查機器的6。 在大多數(shù)情下（68）經(jīng)過“磨合期”后曲線一直是保持平直。(2)只有11的故障與設備的年齡相關，而其余的89都

13、是隨機產(chǎn)生的。 維修以可控制的方式在方便的時間進行； 減少機械故障的意外發(fā)生；能有效的避免災難性故障和生產(chǎn)中斷；可以更好的控制貯存的配件，節(jié)省資金。定期維修的優(yōu)缺點：優(yōu)點：缺點：狀態(tài)良好的設備也會被頻繁的檢修（過剩維修）；維修引起的損傷可能比益處更多；仍然存在計劃外故障停工； 所有設備都采用相同的維修計劃，沒有針對每個機器單獨進行優(yōu)化和壽命分析。3）預知性維修 對機械進行監(jiān)測，根據(jù)有無故障及機械性能的惡化程度決定是否需要維修。也稱為視情維修。 如果沒有出現(xiàn)故障，就不檢修。維修理念: 機械在故障前通常會有一些特殊的征兆，如果能夠通過這些征兆對機器進行監(jiān)測，當機器故障概率達到一定水平時才進行維修，

14、這樣，機器的使用壽命就能得到最大的保證，同時減少了維修費用。 然而，事實上對所有的機器進行監(jiān)測是非常困難和昂貴的。并且機器并不一定能在故障前為你提供足夠的警告信息。避免過剩維修，防止因不必要拆卸使機械精度降低；減少意外停工；降低費用；減少和避免重大事故；預知維修的優(yōu)缺點：優(yōu)點：缺點：監(jiān)測花費大。四、機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷 機械在不拆卸情況下，用儀器獲取有關輸出參數(shù)和信息，并據(jù)此判斷機械運行狀態(tài)的一種技術手段。1、過程2、機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷內(nèi)容3、機械診斷信息及獲取方法4、機械故障診斷的類型主要內(nèi)容1、過程 與看病過程相似，通過它來了解設備的健康狀況，判斷設備是處于穩(wěn)定狀態(tài)或正在惡化。1）狀

15、態(tài)信號采集2）故障特征提取3）故障識別2、機械狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的內(nèi)容4）狀態(tài)預測1）狀態(tài)信號采集 對運行中機械的狀態(tài)進行正確的測試，獲取合理的信號-狀態(tài)信號。 狀態(tài)信號是設備故障信息的載體，能夠真實、充分地采集到足夠數(shù)量，客觀反映診斷對象-機械的狀態(tài)信號，是故障診斷成功的關鍵。2）故障特征提取 采集的信號是表征機械運行過程中的原始狀態(tài)信號。 一般故障信息混雜在大量背景噪聲、干擾中，為提高故障診斷的靈敏度和可靠性，必須采用信號處理技術。排除噪聲、干擾影響，提取有用故障信息，以突出故障特征。3）故障識別 對提取反映機械故障特征的信息進行分析、比較、識別，判斷機械運行中有無異常征兆，進行早期診斷。

16、 若發(fā)現(xiàn)故障，則判明故障位置和故障原因。4）狀態(tài)預測 識別出故障后，要進一步對故障原因、部位、危險程度進行評估。即根據(jù)所得信息，預測機械運行狀態(tài)和發(fā)展趨勢。3、機械診斷信息及獲取方法1）機械的狀態(tài)信息和診斷信息 以發(fā)動機為例，它有3種信息參數(shù)：輸入信息、輸出信息、二次效應信息。輸入信息：燃油量、空燃比等。輸出信息：輸出扭矩、轉(zhuǎn)速、廢氣成分等。二次效應信息：二次效應信息-機械振動、溫升、磨損物、聲響等。狀態(tài)信息： 其中，輸入信息、輸出信息、二次效應信息都反映了機械的運行狀態(tài)，統(tǒng)稱為狀態(tài)信息。診斷信息：能反映機械某種故障特征的狀態(tài)參數(shù)又稱為診斷信息。2）機械診斷信息的獲取 在機械狀態(tài)檢測和故障診斷

17、中，可通過直接觀察、振動和噪聲測量、磨損殘余物測量和機械性能指標測量等，獲取機械機械運行過程中的診斷信息。(1)振動和噪聲診斷技術常用的幾種診斷技術(2)油樣分析(3)溫度檢測與診斷技術(4)超聲波和聲發(fā)射診斷技術(1)振動和噪聲診斷技術 機械設備，如泵、風扇、渦輪和壓縮機等在運行過程中都會發(fā)生振動?？梢愿鶕?jù)振動和噪聲的檢測分析，了解機械的運行情況并尋找故障源。(2)油樣分析 通過分析油液中磨損微粒和其它污染物質(zhì)，了解系統(tǒng)內(nèi)部的磨損狀態(tài)，判斷機械內(nèi)部故障的一種方法。(3)溫度檢測與診斷技術 溫度與機械運行狀態(tài)密切相關，用于機械設備的故障診斷。(4)超聲波和聲發(fā)射診斷技術 利用超聲波對機械構(gòu)件進

18、行探傷或測厚達到診斷機械故障的目的。 指固體受力時，由于微觀結(jié)構(gòu)的不均勻或內(nèi)部缺陷的存在，導致局部應力集中，塑性變形加大或裂紋形成與擴展過程中釋放出彈性波的現(xiàn)象。 可用于連續(xù)監(jiān)控材料或工件、構(gòu)件中裂紋的產(chǎn)生與發(fā)展，了解物體的摩擦與磨損，研究固體的塑性形變、金屬的微觀組織變化等。 聲發(fā)射技術是一種快速、動態(tài)、整體性的無損檢測手段，可在設備運行過程中實行監(jiān)測。超聲波診斷：聲發(fā)射現(xiàn)象：聲發(fā)射技術：1）功能診斷和運行診斷2）定期診斷和連續(xù)診斷3）直接診斷和間接診斷4、機械故障診斷的類型4）簡易診斷和精密診斷5）在線診斷和離線診斷6）常規(guī)診斷和特殊診斷 按診斷目的、要求對故障診斷的方法進行分類：1）功能

19、診斷和運行診斷功能診斷： 針對新安裝或剛維修后的機械、檢查它們的運行狀況和功能是否正常，并根據(jù)檢測和判斷的結(jié)果對其進行調(diào)整。 主要目的是觀察機械能否達到規(guī)定的功能。運行診斷： 針對正常運行中的機械，監(jiān)視其故障的發(fā)生和發(fā)展而進行的診斷。 主要目的是為了發(fā)現(xiàn)正常工作中的機械是否發(fā)生異常現(xiàn)象，以便及早發(fā)現(xiàn)和排除故障。2）定期診斷和連續(xù)診斷定期診斷： 每隔一定時間間隔對工作狀態(tài)下的機械進行常規(guī)檢查和測量診斷。 定期診斷不同于定期維修，它是若診斷中發(fā)現(xiàn)故障時才進行修理。連續(xù)診斷： 采用儀器及計算機信號處理系統(tǒng)對機械的運行狀態(tài)進行連續(xù)的監(jiān)視或檢測，因此，連續(xù)診斷又稱連續(xù)監(jiān)測、實時監(jiān)測、實時診斷。直接診斷：

20、 直接確定關鍵零部件的狀態(tài)，如軸承間隙、齒輪齒面磨損、軸或葉片的裂紋、腐蝕環(huán)境下管道的壁厚等。3）直接診斷和間接診斷 直接診斷迅速可靠，但往往受機械結(jié)構(gòu)和工作條件限制而無法實現(xiàn)。 一般僅用于易于測量的部位。間接診斷： 利用機械產(chǎn)生的二次信息來間接判斷機械中關鍵零部件的狀態(tài)，如用潤滑油的溫升反映主軸承的磨損狀態(tài)，用振動、噪聲反映機械的工作狀態(tài)等。 二次信息屬于綜合診斷信息，可能出現(xiàn)偽警或漏檢。4）簡易診斷和精密診斷簡易診斷： 用較簡單的儀器、方法對機械總的運行狀態(tài)進行診斷，給出正?；虍惓５呐袛啵喈斢谌说某跫壗】翟\斷。 簡單易行、方法較成熟，目前較為普及。 主要由于機械性能的監(jiān)測、故障劣化趨勢分

21、析及早期發(fā)現(xiàn)故障。精密診斷： 針對簡易診斷中判斷大概有異常的機械進行專門的診斷，以進一步了解機械故障發(fā)生的部位、程度、原因、預測發(fā)展趨勢。 需要較精密的儀器才能進行。 目的：分析機械異常的類型、原因、危險程度，預測其今后發(fā)展。5）在線診斷和離線診斷在線診斷： 對現(xiàn)場正在運行中的機械進行的自動實時診斷。離線診斷： 通過記錄儀或計算機將現(xiàn)場測量的狀態(tài)信號記下，帶回實驗室再結(jié)合診斷對象的歷史檔案作進一步分析和診斷。 機械的轉(zhuǎn)軸在起動和停機過程需通過轉(zhuǎn)軸的幾個臨界轉(zhuǎn)速，采集機械轉(zhuǎn)軸在起動和制動過程中的振動信號是診斷故障所必須的，而這些信號在機械的常規(guī)診斷中是采集不到的，因此需要進行特殊診斷。6）常規(guī)診

22、斷和特殊診斷 常規(guī)診斷： 在機械正常工作條件下采集信息進行的診斷。特殊診斷： 創(chuàng)造特殊的工作條件采集信號進行的診斷。例如： 某些測試能夠告訴我們是否存在可能導致機器故障的狀態(tài)。例如： 共振本身并不是故障，所有設備上都有共振。但是如果共振頻率與機器運轉(zhuǎn)速度頻率相等時，就會導致軸承損壞，從而成為了故障。值得注意： 必須應用多種監(jiān)測方法和技術，才能得到設備健康狀態(tài)的全面信息，以及不同的監(jiān)測信息之間的相關關系。僅僅采用某一種監(jiān)測方法所得到的結(jié)果可能會引起誤導，或者只能提供部分狀態(tài)信息。 必須與歷史數(shù)據(jù)以及參考數(shù)據(jù)的比較，才能得到最佳的診斷結(jié)果。五、機械狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的技術地位1、提高經(jīng)濟效益和社會

23、效益，生產(chǎn)者追求的根本目標。 故障診斷與預知維修技術研究的目的就是更準確、更及時地發(fā)現(xiàn)故障，使零部件的壽命得到充分的應用，延長檢測周期，提高維修的精度和速度，降低維修費用，獲得最佳經(jīng)濟效益。 對英國2000個工廠的調(diào)查表明，采用設備故障診斷技術后維修費用每年節(jié)約3億英鎊。 我國鐵路系統(tǒng)內(nèi)燃機車采用故障診斷技術后，每年運行事故大幅度下降，增加運輸收入數(shù)億元人民幣。2、預防機械設備運行事故，保證參與者及設備安全，提高機械設備使用的社會效益。 防患于未然是生產(chǎn)者安全生產(chǎn)的根本保證，尤其在一些比較重要的部門或企業(yè)中，如航空、航天、航海及核工業(yè)等，機械動力設備一旦發(fā)生故障不僅會造成巨大的經(jīng)濟損失，而且會

24、帶來嚴重的社會公害和人員傷亡。 為了避免這些惡性事故的發(fā)生，僅靠提高其設計的可靠性是遠遠不夠的，必須輔以有效的故障診斷。3、推動機械設備維修制度的變革。 預知維修方式是一種動態(tài)維修制度，是一種理想的維修模式，是維修制度變革的最終結(jié)果。 不過真正意義上的預知維修應該建立在設備故障診斷技術成熟和完備的基礎上，即在不拆卸、破壞設備的條件下，能對設備的工作性能、狀態(tài)變化及故障趨勢進行定量的描述與掌握，并且能正確的預測機械設備的壽命和可靠性，同時能決定對其修復的方法和手段。 因此，設備故障診斷技術的發(fā)展狀況決定著預知維修制度實現(xiàn)程度，它的研究、推廣和應用，改變了機械設備原有的維修制度，也是生產(chǎn)者提高設備綜合管理水平的標志之一。六、狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的發(fā)展趨勢診斷技術與診斷系統(tǒng)緊密結(jié)合；機器狀態(tài)監(jiān)測和工業(yè)過程監(jiān)測將融為一體；自動診斷和在線系統(tǒng)的應用將日趨增加最新的IT技術、In