機(jī)械故障診斷技術(shù)

1、 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù) 第一章第一章 概概 述述 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、識(shí)別理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科成就基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一門嶄新的綜合性橫斷科學(xué)，是醫(yī)學(xué)診斷思想在機(jī)械工程中的應(yīng)用。 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本任務(wù)是運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)獲取某些最能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)并據(jù)以判定設(shè)備正?；蚬收稀?故障診斷則不僅對(duì)狀態(tài)是否正常作出判斷，還需要進(jìn)一步分析、確定故障的性質(zhì)、類別、部位、程度、原因以及發(fā)展趨勢(shì)等等。 由此可見，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備的故障診斷技術(shù)之間既有區(qū)別又有密切的聯(lián)系，二者不可分割。狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的基礎(chǔ)或簡(jiǎn)易的故障診斷，有時(shí)亦將二者統(tǒng)稱為設(shè)備的故障診

2、斷。第一章第一章 概述概述 近些年來，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷逐漸進(jìn)入工程應(yīng)用階段，技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用范圍日趨廣泛，成為現(xiàn)代設(shè)備維護(hù)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。一、實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的意義1.機(jī)械設(shè)備維護(hù)的基本任務(wù)：對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的技術(shù)維護(hù)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和故障、適時(shí)采取檢修措施以最大限度保證其正常運(yùn)行。2.傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備維護(hù)方法一定意義上的經(jīng)驗(yàn)維護(hù)法特點(diǎn)：具有相當(dāng)?shù)木窒扌?，往往依靠人的眼看、耳聽、手摸等感觀手段獲取某種信息繼而憑借過去的經(jīng)驗(yàn)來加以判斷。 2.1 傳統(tǒng)維修體制中的設(shè)備維護(hù)方式： 事后維修 不足維修導(dǎo)致嚴(yán)重事故 定期維修 過剩維修停機(jī)停產(chǎn)、增加檢修費(fèi)用 （大、中、小修 ） 不足維

3、修新故障和潛在的故障因素第一章第一章 概概 述述 2.2重要缺陷傳統(tǒng)的檢修方式對(duì)于故障的尋找往往需要對(duì)設(shè)備的大拆大卸才能實(shí)現(xiàn)，檢修周期長(zhǎng)，且檢修后，設(shè)備其他一些并無故障的零部件間的正常配合或裝配關(guān)系常遭到破壞，又往往引起新的故障或潛在的故障因素。3.視情維修理想的機(jī)械設(shè)備維修方式 視情維修是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行故障狀態(tài)來確定維修時(shí)間、內(nèi)容和方法。亦屬預(yù)防性維修，不同的是，它以設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)、以對(duì)故障診斷和預(yù)測(cè)結(jié)果而采取維護(hù)決策的，因而更具有客觀性、科學(xué)性。 正是由于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的成熟和應(yīng)用，視情維修才成為可能并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，這是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備維護(hù)體制產(chǎn)

4、生的最具有深刻意義的影響，并成為設(shè)備維護(hù)管理工作現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。1.按診斷對(duì)象的類別分類按診斷對(duì)象的類別分類 .旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù) .往復(fù)機(jī)械診斷技術(shù) .工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù) .機(jī)械零件診斷技術(shù) .液壓設(shè)備診斷技術(shù) .電氣設(shè)備診斷技術(shù) .生產(chǎn)過程綜合診斷技術(shù)2.按診斷的目的、要求和條件按診斷的目的、要求和條件 性能診斷和運(yùn)行診斷 定期診斷和連續(xù)診斷 直接診斷和間接診斷 常規(guī)診斷和特殊診斷 在線診斷和離線診斷 簡(jiǎn)易診斷和精密診斷3.從所利用的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)來分從所利用的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)來分振動(dòng)診斷：以平穩(wěn)振動(dòng)、瞬態(tài)振動(dòng)、機(jī)械導(dǎo)納及模態(tài)參數(shù)為檢測(cè)目標(biāo),進(jìn)行特征分析、譜分析和時(shí)域分析，也包括含有相位信息的

5、全息譜診斷法和其他方法。 故障診斷技術(shù)分類強(qiáng)度診斷強(qiáng)度診斷：以力、應(yīng)力、應(yīng)變、扭矩等機(jī)械參數(shù)為檢測(cè)目標(biāo)。進(jìn)行 冷熱強(qiáng)度變形、結(jié)構(gòu)損傷容限與壽命分析。溫度診斷溫度診斷：以溫度、溫差、溫度場(chǎng)、熱相等為檢測(cè)目標(biāo)。進(jìn)行溫度 場(chǎng)、溫變量、紅外熱相識(shí)別與分析。聲學(xué)診斷聲學(xué)診斷：以噪聲、聲阻、超聲、聲發(fā)射等為檢測(cè)目標(biāo)。電參數(shù)診斷：電參數(shù)診斷：以電信號(hào)、功率及磁特性等為檢測(cè)目標(biāo)。光學(xué)診斷：光學(xué)診斷：設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)振動(dòng)、軸心軌跡、扭矩（非接觸式遙測(cè)）、 壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)（數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警及故障診斷）模塊化組態(tài)圖形化的編程語(yǔ)言虛擬儀表顯示故障診斷專家系統(tǒng)具有

6、中試基地機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向信號(hào)分析與處理軟件包設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)FFTFS頻譜細(xì)化技術(shù)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷小波分析在故障診斷中的應(yīng)用應(yīng)用光譜、鐵譜結(jié)合電譜能譜對(duì)潤(rùn)滑油樣進(jìn)行分析設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析信號(hào)分析與處理軟件包在windows或DOS環(huán)境下運(yùn)行信號(hào)采集及分析功能時(shí)域、頻域、倒頻域、幅值域及其它域分析處理功能時(shí)移和頻移功能加窗功能（矩形窗、漢寧窗等8種窗）信號(hào)合成與分解低通、高通、帶通、帶阻四種濾波機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng) 振動(dòng)、軸心軌跡、扭矩（非接觸式遙測(cè)）、 壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號(hào)

7、的在線監(jiān)測(cè)（數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警及故障診斷） 模塊化組態(tài) 圖形化的編程語(yǔ)言 虛擬儀表顯示 故障診斷專家系統(tǒng) 具有中試基地機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷中試基地機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向李友榮教授給學(xué)生講解設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng) 虛擬儀表 機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng) 故障診斷專家系統(tǒng) 故障診斷系統(tǒng)故障特征參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)圖譜小波分析打印輸出概率密度分析相關(guān)分析功率譜包絡(luò)譜倒頻譜小波-AR譜分析趨勢(shì)分析FFTFS頻譜細(xì)化技術(shù)FFT:頻率分辨率f為采樣頻率fs與采樣點(diǎn) 數(shù)N的比值。要f 小， fs大，則N必 更大，使運(yùn)算速

8、度和分析效率大大降低FFTFS：先進(jìn)行FFT，對(duì)感興趣的頻帶進(jìn)行FS處理，可得連續(xù)的頻譜曲線，頻 率分辨率f 不再受采樣點(diǎn)數(shù)的限制。 機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷R1減速機(jī)轉(zhuǎn)頻7.13HZ，高速級(jí)齒輪嚙合頻率221.13HZ故障：高速級(jí)齒輪軸線不平行，齒面嚴(yán)重?fù)p傷（99年已更換）a. 功率譜圖 機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷b.功率譜細(xì)化圖(200230Hz) c. 功率譜細(xì)化圖(030Hz) 用FFTFS頻譜細(xì)化分析結(jié)果機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷 R1、R4齒輪座咬入、拋出時(shí)振動(dòng)很大，

9、穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)振動(dòng)很小水平方向振動(dòng)鉛垂方向振動(dòng)上軸水平方向下軸水平方向振動(dòng)故障：地腳螺栓預(yù)緊力不足齒輪座受傾翻力矩作用軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向a. 咬入 c.拋出齒輪座振動(dòng)紀(jì)錄曲線小波分析在故障診斷中的應(yīng)用小波具有時(shí)頻“聚焦”特性高斯小波最大熵譜分析小波分析AR譜實(shí)現(xiàn)微弱故障診斷信號(hào)分離和提取，發(fā)現(xiàn)早期故障R1減速機(jī)高速軸工作側(cè)軸承保持架不平衡產(chǎn)生的故障頻率計(jì)算值3.19HZ 故障：該軸承保持架不平衡機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向應(yīng)用光譜、鐵譜結(jié)合電鏡能譜進(jìn)行潤(rùn) 滑油樣分析（冶金部基金課題）鐵譜：對(duì)非鐵磁性磨屑不敏感鐵譜與電鏡能譜結(jié)合：用電鏡能譜儀對(duì)鐵譜片上典型顆粒的材料成分進(jìn)

10、行分析，對(duì)非鐵磁性磨屑（有色金屬，非金屬）也有效，拓寬了潤(rùn)滑油樣分析的應(yīng)用范圍，給故障定性、定量、定位機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向鐵譜片電鏡能譜片左圖為鐵譜譜片上圖為該鐵譜片的 電鏡能譜譜片設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析 灰色馬爾柯夫非等間隔預(yù)測(cè)模型 振動(dòng)烈度海圖分析機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向軋機(jī)機(jī)架三維有限元分析十字軸萬向聯(lián)軸器三維有限元分析卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析鋼包溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真連鑄機(jī)拉矯輥溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真太鋼1000初軋機(jī)機(jī)架上橫梁壓下螺母孔承壓面小圓角處： 按材料力學(xué)計(jì)算：在中性層附近，應(yīng)力很小 有限元計(jì)算：兩向受力，一向受壓，等效應(yīng)力最大

11、實(shí)際檢測(cè)：已出現(xiàn)600mm長(zhǎng)環(huán)形裂紋（12mm深)軋機(jī)機(jī)架三維有限元分析結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向在故障診斷中的應(yīng)用結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向十字軸萬向聯(lián)軸器三維有限元分析2800軋機(jī)主傳動(dòng)十字軸萬向聯(lián)軸器十字軸在軋制30萬噸鋼板后斷裂軋輥端叉頭在軋制90萬噸鋼板后斷裂結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向在故障診斷中的應(yīng)用十字軸萬向聯(lián)軸器三維有限元分析軋輥端叉頭應(yīng)力分布結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向軋輥端叉頭最大應(yīng)力部位應(yīng)力分布十字軸萬向聯(lián)軸器三維有限元分析十字軸十字軸萬向聯(lián)軸器三維有限元分析結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析支臂最大主應(yīng)力分布圖卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析支臂油缸耳軸筋板部位 最大主應(yīng)力分布圖 鋼包溫度場(chǎng)及應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真（與材料學(xué)科聯(lián)合培養(yǎng)博士課題）注入、運(yùn)輸、澆注、冷卻過程溫度場(chǎng)變化注入、運(yùn)輸、澆注、冷卻過程應(yīng)力場(chǎng)變化耐火材料物性對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響耐火材料各種溫度下的物性優(yōu)化耐火磚形狀、尺寸優(yōu)化結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向溫度場(chǎng)分布熱機(jī)械應(yīng)力場(chǎng)連鑄機(jī)拉矯輥溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真拉矯輥斷面溫度場(chǎng)計(jì)及輥系材料物性隨溫度的變化用有限差分