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1、LOGO工程机械状态检测与故障诊断工程机械状态检测与故障诊断第一页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。课程类型：考试课。成绩分布：1.平时成绩60%：作业35%，书写于作业本，字迹工整，完成良好。由老师根据完成次数，正确度，工整度三个方面评分。书本笔记10%，PPT上的重点类容转抄到书上。由同学们根据次数、工整度互相打分。课堂纪律15%，不迟到，旷课。2.考查成绩40%：期末考试。第二页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。第一章第一章 概述概述机械设备故障诊断的意义、目的和任务机械设备故障诊断的意义、目的和任务1设备故障诊断技术的定义、内容和类型设备故障诊断技术的定义、内容和类型2机械设备故障
2、诊断的基本方法机械设备故障诊断的基本方法3机械设备故障的信息获取和检测方法机械设备故障的信息获取和检测方法4第三页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。第一部分第一部分 机械设备故障诊断的意义、目的和任务机械设备故障诊断的意义、目的和任务一 工程机械故障诊断的意义工程机械故障诊断的意义 随着现代科学技术在设备上的应用，设备的故障日趋频繁，日趋复杂，带来极大的经济损失和人员伤亡。第四页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。故障诊断带来重大的经济效益故障诊断带来重大的经济效益31对生产单位，配对生产单位，配置故障诊断系统置故障诊断系统能减少事故停机能减少事故停机率，具有很高的率，具有很高的收益收益/投
3、资比。投资比。2对生产单位，配置对生产单位，配置故障诊断系统能延故障诊断系统能延长设备检修周期，长设备检修周期，缩短维修时间缩短维修时间,为制为制定合理的检测维修定合理的检测维修制度提供基础，可制度提供基础，可极大地提高经济效极大地提高经济效益。益。宏观上从全社会生宏观上从全社会生产的角度看，花费产的角度看，花费的设备维修费用是的设备维修费用是一笔巨大的数目，一笔巨大的数目，而实施故障诊断带而实施故障诊断带来的经济效益是巨来的经济效益是巨大的。大的。第五页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。二二 工程机械故障诊断的目的工程机械故障诊断的目的能及时、正确地对各种异常状态或故障做出诊断，预防能及时
4、、正确地对各种异常状态或故障做出诊断，预防或消除故障或消除故障。保证设备发挥最大的设计能力。保证设备发挥最大的设计能力。延长设备服役期限延长设备服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用和使用寿命，降低设备全寿命周期费用为设备结构改造设计、合理制造及生产过程提供数为设备结构改造设计、合理制造及生产过程提供数据和信息据和信息第六页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。三三 机械设备故障诊断的任务机械设备故障诊断的任务任务：任务：（1 1）监视设备的状态，判断其是否正常；）监视设备的状态，判断其是否正常；（2 2）预测和诊断设备的故障并消除故障；）预测和诊断设备的故障并消除故障；（3 3）指导设备的
5、管理和维修）指导设备的管理和维修第七页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。第二部分、第二部分、机械故障诊断技术的定义、内容和类型机械故障诊断技术的定义、内容和类型 1.定义2.内容在设备运行中或基本不拆卸的情况在设备运行中或基本不拆卸的情况下下，掌握设备运行状况，判断产，掌握设备运行状况，判断产生故障的部位和原因，以及预测生故障的部位和原因，以及预测预报设备状态的技术预报设备状态的技术三个方面：状态检测三个方面：状态检测、分析诊断和故障预分析诊断和故障预测。测。具体实施过程具体实施过程：a a 信号采集信号采集，使用传感器的得到的振动，压力，使用传感器的得到的振动，压力，温度等信息温度等信息b
6、 b 信号处理信号处理，转化为可识别的参数转化为可识别的参数 c c 状态识别状态识别 ，测得参数与标准参数对比测得参数与标准参数对比。d d 诊断决策诊断决策，根据参数判断，采取措施根据参数判断，采取措施第八页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。被测设备信 号采 集获取检测信号信号处理设备特征信息状态识别对比设备允许参数故障确定趋势分析诊断决策图1-1 设备诊断过程框图第九页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。3.3.机械设备诊断技术的分类机械设备诊断技术的分类v按诊断对象分：1 1 旋转机械诊断技术旋转机械诊断技术 ，比如风机，水泵。，比如风机，水泵。2 2 往复机械诊断技术往复机械诊断技
7、术 ，比如翻转机械，比如翻转机械 3 3 工程结构诊断技术工程结构诊断技术 4 4 运载器和装置诊断技术运载器和装置诊断技术 5 5 通信系统诊断技术通信系统诊断技术 第十页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。3.3.机械设备诊断技术的分类机械设备诊断技术的分类v 按诊断目的和要求分类1 1 功能诊断与运行诊断：功能诊断与运行诊断：功能诊断是指对新的设备或刚维修过的设备检查其功能是否正常。功能诊断是指对新的设备或刚维修过的设备检查其功能是否正常。运运行行诊诊断断是是对对正正在在运运行行的的设设备备进进行行状状态态诊诊断断，了了解解故故障障原原因因，对对设设备备使使用用寿寿命命预预估估2 2 定
8、期诊断和连续诊断定期诊断和连续诊断 ；3 3 直接诊断和间接诊断直接诊断和间接诊断 ；直接诊断是直接根据设备零件信息确定设备状态。直接诊断是直接根据设备零件信息确定设备状态。简简接接诊诊断断是是通通过过与与设设备备运运行行状状况况相相关关的的压压力力，温温度度，耗耗油油量量等等数数据据确确定定设设备备状态。例如利用轴承支撑油压判断两根转子的对中情况。状态。例如利用轴承支撑油压判断两根转子的对中情况。4 4 常规工况与特殊工况诊断；常规工况与特殊工况诊断；5 5 在线诊断和离线诊断在线诊断和离线诊断第十一页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。第三部分第三部分 、设备故障诊断的基本方法、设备故障诊
9、断的基本方法（一）（一）传统的故障的故障诊断方法断方法v原理原理:是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴是利用各种物理的和化学的原理和手段，通过伴随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。随故障出现的各种物理和化学现象，直接检测故障。v优点：利用故障所对应的征兆来诊断故障是最优点：利用故障所对应的征兆来诊断故障是最常用、最成熟的方法，以旋转机械为例，振动及常用、最成熟的方法，以旋转机械为例，振动及其频谱特性的征兆是最能反映故障特点。其频谱特性的征兆是最能反映故障特点。v缺点：征兆与故障并不是一一对应，所以需要较缺点：征兆与故障并不是一一对应，所以需要较长时间积累经验。长时间积累经验。第
10、十二页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。（二）、故障的智能诊断方法1.1.定义：以传统的诊断方法为基础，将人工智能定义：以传统的诊断方法为基础，将人工智能的理论和方法用于故障诊断，目前已广泛应用，成的理论和方法用于故障诊断，目前已广泛应用，成为设备故障诊断的主要方向。为设备故障诊断的主要方向。2.2.原理原理:用计算机去做原来只有人才能做的智能任用计算机去做原来只有人才能做的智能任务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等务，包括推理、理解、规划、决策、抽象、学习等功能。专家系统（功能。专家系统（Expert SystemExpert System）是实现人工智能）是实现人工智能的重要形式
11、的重要形式.专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间专家系统由知识库、推理机以及工作存储空间（包括数据库）组成。（包括数据库）组成。专家系统的核心问题是知识专家系统的核心问题是知识的获取和知识的表示。的获取和知识的表示。第十三页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。第四部分、机械设备故障信息获取和检测方法第四部分、机械设备故障信息获取和检测方法一、故障信息的获取方法(一一)直接观测法直接观测法应用这种方法对机器状态做出判断主要应用这种方法对机器状态做出判断主要靠靠人的经验和感官人的经验和感官，且限于能观测到的，且限于能观测到的或接触到的机器零部件。或接触到的机器零部件。有时借助简单工具仪器来延伸
12、扩展人的观测能力，有时借助简单工具仪器来延伸扩展人的观测能力，例如：听棒，光学内窥镜，磁性涂料，着色剂例如：听棒，光学内窥镜，磁性涂料，着色剂第十四页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。(二二)参数测定法参数测定法 根据设备运动的各种参数的变化来获取根据设备运动的各种参数的变化来获取故障信息是广泛应用的一种方法。故障信息是广泛应用的一种方法。如振动噪声、温度、压力、变形、阻值如振动噪声、温度、压力、变形、阻值等参数。等参数。其中振动是信息的最重要来源。其中振动是信息的最重要来源。原因：（原因：（1 1）任何设备运行中必然产生振动信号）任何设备运行中必然产生振动信号 （2 2）从当前测试手段上来
13、讲，利用振动信号测试最方）从当前测试手段上来讲，利用振动信号测试最方便，实用便，实用处理方法：频谱分析，即从振动频率分布来判断故障处理方法：频谱分析，即从振动频率分布来判断故障第十五页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。(三三)磨损残渣磨损残渣测定法测定法根据磨损残渣在润滑油中含量及颗粒根据磨损残渣在润滑油中含量及颗粒分布可以掌握零件磨损情况，并可预分布可以掌握零件磨损情况，并可预防机器故障的发生。例如：有关这方防机器故障的发生。例如：有关这方面的详细内容将在后续叙述。面的详细内容将在后续叙述。第十六页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。(四四)设备性能指设备性能指标的测定标的测定 设备性能指
14、标包括整机及零部件性设备性能指标包括整机及零部件性能指标能指标整机性能的测试：整机性能的测试：主要通过输入、输出量的变化信息来判主要通过输入、输出量的变化信息来判断机器的工作状态。断机器的工作状态。例如，柴油机耗油量与功率的变化，例如，柴油机耗油量与功率的变化，机床加工零件精度的变化，风机效率的机床加工零件精度的变化，风机效率的变化等均包含着故障信息。变化等均包含着故障信息。机器零部件性能的测定：机器零部件性能的测定：主要通过强度测试，这对预测机器设备主要通过强度测试，这对预测机器设备的可靠性，预报设备破坏性故障具有重的可靠性，预报设备破坏性故障具有重要意义。要意义。第十七页，编辑于星期六：二
15、十三点 五十八分。二、机械设备故障的检测方法 机器设备有各种类型，因而出现的故障也多种多样，不同的机器设备有各种类型，因而出现的故障也多种多样，不同的故障需要采用不同的方法来诊断。故障需要采用不同的方法来诊断。一）振动和噪声的故障检测的方法一）振动和噪声的故障检测的方法这是大部分机器所共有的故障表现形式，一般采用以下方法进行诊断，这是大部分机器所共有的故障表现形式，一般采用以下方法进行诊断，后续章节将详细介绍：阅读后续章节将详细介绍：阅读P12 5声学法声学法4冲击能量与冲击脉冲测定法冲击能量与冲击脉冲测定法 3模态分析与参数识别法模态分析与参数识别法2特征分析法特征分析法1、振动法振动法 第
16、十八页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。二二)材料裂材料裂纹及缺陷及缺陷损伤的故障的故障检测方法方法4 4磁粉探伤法磁粉探伤法1 1超声波探伤法超声波探伤法3 3渗透探伤法渗透探伤法2 2射线探伤法射线探伤法5 5涡流探伤法涡流探伤法6 6激光全息检测法激光全息检测法7 7微波检测技术微波检测技术 8 8声发射技术声发射技术 第十九页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。三）三）设备零部件材料的磨零部件材料的磨损及腐及腐蚀故障故障检测方法方法(1)超声探超声探伤法法(2)光纤内窥技术：采用特质光纤内窥镜直接观测材料表面磨损及腐蚀情况(3)油液分析技术：1）是油液本身的物理化学性能分析 2）是对
17、油液中残渣的分析第二十页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。四）温度、四）温度、压力、流量力、流量变化引起的故障化引起的故障检测的方法的方法 机机器器设设备备系系统统的的有有些些故故障障往往往往反反映映在在一一些些工工艺艺参参数数，如如温温度度、压压力力、流流量量的的变变化化中中。主主要要利利用用相相关关传传感感器器测测量量。例例如如：在在温温度度测测量量中中常常用用接接触触式式测测温温仪仪（热热电电阻阻、电电热热偶偶）和和非接触式测温仪非接触式测温仪（红外测温仪，红外热像仪）。（红外测温仪，红外热像仪）。第二十一页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。三、诊断参数的选择和判断标准一）诊断参数的
18、选择原则1 1诊诊断断参参数数的的多多能能性性 多多能能性性是是指指参参数数能能全全面面地地表表征征诊诊断断对对象象状状态态的的能能力力。选选择择参参数数应应该该选选择择包包含含最最多多诊诊断断信信息息、的的诊诊断参数。断参数。2 2诊诊断断参参数数的的灵灵敏敏性性 是是指指随随故故障障的的变变化化，所所选选择择参参数数的的变变化化较较其其他他参参数数更更为为明明显显。例例如如，发发动动机机活活塞塞副副磨磨损损之之后后，功功率率的的输输出出和和压压缩缩空空气气泄泄漏漏率率都都会会发发生生变变化化，但但是是功功率率下下降降范范围围只只有有5%-7%5%-7%，而而后者达后者达40%-50%40%
19、-50%。第二十二页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。3 3诊诊断断参参数数应应呈呈单单值值性性 随随着着故故障障的的发发展展，诊诊断断参参数数的的变变化化应应该该是是单单值值递递增增或或递递减减，即即诊诊断断参参数数值值的的大大小小与与故故障障的的严严重重程程度度有有较较确确定定的的关关系系.例例如如零零部部件件磨磨损损状状况况与与润润滑滑油油中中残残渣渣的的含含量。量。4 4诊诊断断参参数数的的稳稳定定性性 在在相相同同的的测测试试条条件件下下，所所测测得得的的诊诊断断参参数值离散度要小，即重复性好。数值离散度要小，即重复性好。5 5诊诊断断参参数数的的物物理理意意义义 诊诊断断参参数数
20、应应具具有有一一定定的的物物理理意意义义，且且能能量量化化，即即可可以以用用数数字字表表示示且且便便于于测测量量。比比如如温温度度的的高高低低，振振动动频频率的大小。率的大小。第二十三页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。二）诊断的周期1.1.定定义义：对对需需要要定定期期诊诊断断的的机机器器，需需要要确确定定诊诊断断周周期期，即即两两次次诊断的间隔时间。诊断的间隔时间。2.2.诊诊断断周周期期的的确确定定方方法法：“适适时时检检测测”法法：根根据据当当前前的的测测定定值值和和过过去去测定值确定下一次检测时间。测定值确定下一次检测时间。第二十四页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。（三）诊断标
21、准的确定（三）诊断标准的确定 在在测测得得检检测测参参数数后后，就就需需要要判判断断所所测测出出的的值值是是正正常常还还是是异异常常。其其方方法法是是将将实实测测数数据与标准值进行比较。判断标准共有三种，需按诊断对象来确定采用哪一种。据与标准值进行比较。判断标准共有三种，需按诊断对象来确定采用哪一种。（1 1）绝绝对对判判断断标标准准：针针对对某某类类机机械械根根据据大大量量实实践践经经验验总总结结出出来来，并并由由行行业，国家颁布的标准值。适用情况，生产工艺成熟，使用环境单一。业，国家颁布的标准值。适用情况，生产工艺成熟，使用环境单一。（2 2）相相对对判判断断标标准准：定定期期测测量量机机
22、械械某某一一参参数数多多次次，总总结结得得到到正正常常情情况况下下的的平平均均值值，作作为为初初始始值值，再再用用实实际际测测得得值值与与初初始始值值相相比比，来来判判断断的的方方法法。例例如如例例如如某某一一机机械械在在某某一一时时间间段段的的冷冷却却液液正正常常平平均均值值为为7070，取取其其1.51.5倍倍作作为为极极限限温温度度，当当实实际际温温度度超超过过极极限限温温度度时时，我我们们认认为为需需要要维维修。修。（3 3）类类比比判判断断标标准准。指指数数台台同同规规格格的的机机械械在在相相同同条条件件下下，对对同同一一部部位位进进行行测测定定，通通过过相相互互类类比比判判断断优优劣劣的的方方法法。例例如如：对对数数台台数数控控机机床床，相相同同情情况况下下，测测得得各各自自冷冷却却液液温温度度，其其中中有有一一台台温温度度明明显显比比其其他他几几台台高高，那么我们认为这台设备需要维修。那么我们认为这台设备需要维修。第二十五页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。作业：1.设备故障检测与诊断能为企业带来哪些经济效益？2.工程机械故障检测与诊断的目的？3.获取设备故障信号有哪些方法？第二十六页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。LOGO27第二十七页，编辑于星期六：二十三点 五十八分。