機械故障診斷學0概要

機械故障診斷學

〈30學時〉

張永忠機電工程學院Tel.8388574913852477907主要參考書：機械故障診斷李國華張永忠編著化學工業(yè)出版社2001年緒論一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)學問經濟的挑戰(zhàn)全球化的挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)高新技術設備為在激烈的競爭中取勝供應了有力的工具。一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)學問經濟的挑戰(zhàn)經濟的發(fā)展歷史：農業(yè)經濟時代：以土地、勞動力為主體。工業(yè)經濟時代：以工廠、資金為主體。學問經濟時代：以學問、創(chuàng)新為主體。一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)學問經濟的挑戰(zhàn)：學問更新越來越快：近幾年人類擁有的學問量約每五年翻一翻。工科高校畢業(yè)生學問的半衰期只有5—7年。計算機軟、硬件的發(fā)展歷史便可說明這一問題。學問轉化越來越快：從提出蒸汽原理到蒸汽機出現(xiàn)，歷經幾代人的努力；1831年提動身電機原理，1872年發(fā)電機問世,經過了41年；從激光原理提出到激光器制成僅經過6年；1974年提出無線移動通訊原理，1978年手機問世，只有4年。一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)學問經濟的挑戰(zhàn)：對經濟的推動作用越來越大科學技術對經濟增長貢獻率美國達80％、中國為30％學問的資本化美國微軟公司沒有很大的廠房，憑借學問躋身于世界500強企業(yè)之首。比爾.蓋茨成為世界首富，公司財產凈值1998年達600億美元以上，年產值大于美國福特、通用、克萊斯勒三大汽車公司年產值的總和。學問爆炸從宏觀到微觀，從地球到空間，從地面到地心。一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)全球化挑戰(zhàn)：網絡技術的發(fā)展，“地球村”、“天際若比鄰”已成為現(xiàn)實。經濟全球化，人才、資金、技術等已在全球范圍內流淌和配置。統(tǒng)計資料表明：全世界平均每年有1.7萬科技專業(yè)人才能脆定居美國，16.8萬臨時簽證前往美國工作，18.3萬外國留學生進入美國學習，世界科技移民的40%最終進入美國。發(fā)展中國家在全球人才爭奪中境況極為不利，以我國為例1978-2003年間出國留學的70.02萬人中，回國率不到30%。世界500強企業(yè)已有300多家進入了中國市場。我國已加入WTO，機遇和挑戰(zhàn)并存。一.21世紀世界各國面臨的三大挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)：資源奢侈和漸漸枯竭，環(huán)境污染—疼惜地球。我國300多座城市缺水，5000多萬人飲水困難。能源驚惶，我國煤、石油枯竭后應實行何種對策。世界上污染最重10個城市，我國占5個。酸雨現(xiàn)象嚴峻，一些高硫煤地區(qū)幾乎無雨不酸。沙塵暴天氣頻頻出現(xiàn)。必需創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會。高新技術設備為在激烈的競爭中取勝供應了有力的工具。緒論二.問題的提出2.1修理費用昂貴20世紀70年頭英國統(tǒng)計，因設備帶病工作多消耗能源50%左右。1980年美國工業(yè)設備修理費用為2465億美元，而當年稅收總額為7500億美元。德國當前每年設備修理費用達4000—5000億馬克，占國民生產總值的13%—15%左右。我國某些大型鋼廠每年設備修理費用達2億元以上。緒論二.問題的提出2.2重大事故頻頻出現(xiàn)1979年美國三里島核電站堆藏損壞事故，損失幾十億美元，公眾猛烈抗議。1984年印度博帕爾市農藥廠異氰酸甲脂毒氣外泄事故，兩千多人死亡，二十多萬人受害。1986年美國航天飛機“挑戰(zhàn)者號”的墜毀。1986年歐洲萊茵河瑞士化工廠工業(yè)污染事故。1986年4月26日1時23分前蘇聯(lián)契爾諾貝利核電站核反應爐爆炸事故，3萬多人死亡，5萬多人受輻射損害，并影響下一代身心健康，至今方圓30公里因核輻射仍超標10倍以上而封閉。以上事例都是曾經發(fā)生的因設備故障造成的震驚世界的惡性事故。緒論二.問題的提出2.2重大事故頻頻出現(xiàn)1982年江蘇某化肥廠壓縮機組發(fā)生猛烈振動，三次停機，損失千萬元以上。1985年山西某電廠一臺20萬千瓦汽輪發(fā)電機組損壞，干脆損失千萬元以上。1993年河南某煤礦井下通風機葉片斷裂，全礦停產，損失達500萬元。緒論二.問題的提出2.3國家對設備管理極為重視：1987年國務院發(fā)布了“全民全部制工交企業(yè)設備管理條例”。1990年第三次全國設備管理優(yōu)秀單位表彰大會上江澤民題詞“加強企業(yè)設備管理，提高企業(yè)裝備素養(yǎng)”。李鵬題詞“工欲善其事，必先利其器，維護設備完好，疼惜企業(yè)生產力”。1996年國家經貿委發(fā)布“九五全國設備管理綱要”。1997年全國人大28次會議通過了“節(jié)約能源法”。1999年3月國家經貿委發(fā)布“重點用能單位節(jié)能管理方法”。1999年1月和2000年1月國家經貿委分別發(fā)布了兩批“淘汰落后生產力、工藝和產品的書目”。緒論二.問題的提出2.3國家對設備管理極為重視：從上世紀80年頭起先，美國、歐盟很多國家為了提高軍事裝備的戰(zhàn)斗力，在裝備的性能指標上除了有火力、速度、射程、功率等方面的要求外，還提出了牢靠性、修理性、和保障性方面的指標要求，并作為性能指標的一部分。我國也特殊重視，大力開展了這方面的工作。緒論二.問題的提出2.4設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的重要性（1）為改進、提高設備的設計、制造水平供應信息—通過實際的運行狀態(tài)與預期的運行狀態(tài)相比較；（2）為保證設備在最優(yōu)狀態(tài)下運行（生產率、質量、能耗、環(huán)保等）供應信息—通過實際的運行狀態(tài)與最優(yōu)的運行狀態(tài)相比較；（3）為設備的故障診斷供應信息—通過實際的運行狀態(tài)與正常的運行狀態(tài)相比較。緒論二.問題的提出2.5設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的必要性（1）高產、高效、自動化、連續(xù)化設備因故障停產所造成的損失巨大。（2）航天、航空、航海、核工業(yè)等對平安牢靠性要求極高，出現(xiàn)事故危及人身平安，甚至環(huán)境污染。（3）現(xiàn)代設備技術先進，結構困難，有的不能解體檢查，故障難以感官和閱歷推斷。（4）修理人員老齡化，青年人閱歷不足。緒論二.問題的提出2.6設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的可能性計算機技術、信息技術、網絡技術、微電子技術的發(fā)展，使研制先進的儀器和系統(tǒng)、快速精確的提取信息、傳輸信息和分析處理信息成為可能。緒論三.設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例1986年美國“挑戰(zhàn)者”號宇航飛機失事后，曾對事故緣由進行了大量分析?！疤魬?zhàn)者”號從升空到爆炸的74s期間，機上電子計算機向地面限制臺發(fā)回了大量數(shù)據(jù)，為調查事故緣由供應關鍵性依據(jù)。“挑戰(zhàn)者”號共有兩千多個監(jiān)測傳感器，能夠將每千分之一秒的壓力、溫度、燃耗乃至宇航員脈搏跳動等數(shù)據(jù)輸人座艙計算機系統(tǒng),該系統(tǒng)又將這些信息傳輸?shù)降孛嫦拗婆_。緒論三.設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例依據(jù)對這些數(shù)據(jù)進行分析發(fā)覺，“挑戰(zhàn)者”號在爆炸前l(fā)0s，右側火箭助推器內部的壓力突然下降，每平方英寸減小了10萬磅，相當于助推器內部壓力降低了5％。進一步分析表明，這是因為兩火箭助推器之間出現(xiàn)裂縫，膨脹的氣體不斷從裂口逸出，因而內部壓力降低。依據(jù)大量的信息判明，“挑戰(zhàn)者”號的事故緣由是火箭助推器的一個環(huán)形密封圈發(fā)生了漏氣，引起局部燃料泄漏、燃燒、導致爆炸。緒論三.設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例現(xiàn)在的民用航空機，都設有工況監(jiān)測系統(tǒng)，隨時檢測發(fā)動機工作中的壓力、溫度、振動、速度等參數(shù)，經過處理后，在駕駛艙中干脆顯示，為機組人員供應駕駛所必需的參數(shù)以及發(fā)動機是否正常運行的狀態(tài)信息。另一方面將檢測參數(shù)輸入磁帶記錄器(即所謂黑匣子)，磁帶上記錄的信息，為地勤人員供應了是否須要檢修以及檢修部位的依據(jù)。

緒論三.設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的實例現(xiàn)代大型旋轉機械，如蒸汽透平、燃汽透平、發(fā)電機、離心機、壓縮機等，都普遍設有完善的疼惜與診斷系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)可同時檢測數(shù)十乃至數(shù)百個參數(shù)，可監(jiān)測軸的振動、軸心軌跡、軸承溫度、轉速、相位等，一旦超限，可自動報警。隨著診斷理論與方法的深化探討，計算機軟件的開發(fā)，已發(fā)展到在線實時監(jiān)測與診斷機組狀態(tài)。隨著人工智能科學向實用化發(fā)展，已起先了機器診斷專家系統(tǒng)的探討，這是工況監(jiān)測與診斷技術的新動向。緒論四.設備修理發(fā)展的三個階段(1)事后修理18、19世紀，蒸汽機、電機出現(xiàn)，完成手工向機器生產轉化，由于規(guī)模小、生產力低、費用低，修理接受不壞不修、壞了才修。(2)定期修理進入20世紀，出現(xiàn)了以福特汽車裝配線為代表的流水線生產方式，機器困難性增加，生產力提高，停產損失加大，出現(xiàn)定期修理，分小修、中修、大修。缺點：可能出現(xiàn)過失修理和過剩修理。緒論四.設備修理發(fā)展的三個階段(3)狀態(tài)修理背景：美國1961年起先執(zhí)行具有劃時代意義的阿波羅支配；1964年日本建成地鐵新干線和東京奧林匹克體育場；英國從節(jié)約能源和降低成本動身，1970年提出設備綜合工程和壽命周期費用的問題。內涵：對設備運行狀態(tài)進行監(jiān)測，推斷運行是否正常，查出故障，找尋緣由，預報發(fā)展趨勢，制定支配，進行修理。效益：接受狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術后，取得明顯的經濟效益。英國對2000家工廠調查表明，每年設備修理費可節(jié)約3億英鎊；日本有關資料指出，每年設備修理費可削減25—50%；美國Pekrul發(fā)電廠每年設備修理費節(jié)約了120萬美元。我國某石化企業(yè)每年削減修理停產時間，增加產值超過千萬元；某機械施工單位擁有工程機械232臺，每年修理材料費降低30%、修理工作量降低47%；某港口15噸帶斗門機每年平均停機修理時間從45天降至9天。緒論四.設備修理發(fā)展的三個階段(3)狀態(tài)修理緒論設備修理費可削減25—50%；投入產出比1:15。緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法機械與醫(yī)學診斷測試的比較醫(yī)學診斷測試機械診斷測試中醫(yī)：望、聞、問、切聽、摸、看、聞西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅目的：干脆視察，通過形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變更進行推斷。聽心音、做心電圖振動、噪聲測試目的：探討振動、噪聲的大小及其變更規(guī)律。緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法機械與醫(yī)學診斷測試的比較醫(yī)學診斷測試機械診斷測試量體溫溫度測試目的：探討分析溫度的變更量血壓應力應變、液壓氣壓測試目的：探討分析力、應力、應變的變更化驗（血、尿）油液分析目的：探討分析油液中磨粒的化學成分、形貌、數(shù)量，推斷機件的磨損狀況。緒論五.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷方法機械與醫(yī)學診斷測試的比較醫(yī)學診斷測試機械診斷測試總體體能測試：如耐力整機性能測試：如能耗肺活量、摸高、拉力等生產效率、工作精度等目的：對整體性能進行評價查病歷、問病史查閱機器運行技術擋案目的：找規(guī)律、查緣由、作推斷緒論六.狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的內容（1）依據(jù)設備的類型和工況，確定監(jiān)測與設備狀態(tài)有關的特征信號；（2）正確選用傳感器、二次儀表、記錄儀器