故障基本概念-PPT.ppt

2.1 故障基本概念2.2 故障诊断概述2.3 故障特征参量2.4 故障诊断的思维方法2.5 机车车辆故障诊断技术的应用与发展第2 章 故障诊断的基本原理12.1 故障基本概念 失效(Failure)：产品丧失规定的功能 故 障(Fault)：可 修 复 的 失 效。可 修 复 包 含 可 能 和值得两层意思。故障和失效在工程上常等同。故 障 分 析(失 效 分 析)：分 析 故 障 原 因，提 出 对 策、预防方法。故障诊断：监测、识别设备的状态，做出决策。故障学：研究失效理论、故障诊断技术、预防工程一、术语2二、故障类型(故障模式)1 断裂：韧性、脆性断裂、疲劳断裂2 裂纹：铸造裂纹、锻造裂纹、焊接裂纹、热处理裂纹、机加工裂纹3 磨损：磨粒磨损、粘着磨损、点蚀、气蚀4 畸变：过量变形5 腐蚀：化学腐蚀、电化学腐蚀、冲刷腐蚀6 其它：打滑、松脱(松动)、泄露、烧损等3三、故障产生的原因1 产生原因作 用 于 产 品 的 能 量 足 够 大，使 输 出 参 数 超出允许的极限范围。能量形式：机械能、热能、化学能、电能。能 量 来 源：周 围 环 境 作 用 的 能 量、机 器 工 作过 程 的 能 量、制 造 过 程 在 机 器 中 潜 伏 的 能 量、修理维护时作用时机器的能量。以 表 示 广 义 的 应 力(如 各 种 力、应 力、变形、磨损量)，以 表示广义的许用应力。则故障发生的判据为：42 极限技术状态的确定 总结经验法：工作日记、故障报告、维修记录等 生产试验法(现场试验)实验室研究：通过强化试验规范、减小试件尺寸，节约时间和费用 理论计算：如计算裂纹扩展速率，预测使用寿命。54、故障的分类1 按故障发生、发展的快慢分类 1）突发性故障 这 种 故 障 的 发 生 具 有 偶 然 性，与 使 用 时 间 的 长 短 无关，不 可 预 测，发 生 前 没 有 任 何 可 察 觉 的 征 兆。例如 电 气 系 统 的 断 路，操 作 人 员 的 失 误 等 都 会 引 起 这类故障。2）渐近性故障大 部 分 机 械 故 障 都 是 渐 近 性 故 障，这 种 故 障 是 由 于设 备 的 技 术 指 标 逐 渐 劣 化（磨 损、腐 蚀、疲 劳、老化等因素的影响），最终超出允许限度而引起的。62 按故障的表现分类1）功能故障（实际故障）设 备 丧 失 了 或 明 显 降 低 了 工 作 能 力，叫 功 能 故障。这类故障容易发现，操作者能直接感受出来。2）潜在故障 与 渐 近 性 故 障 相 联 系。虽 然 故 障 在 功 能 方 面 尚未 表 现 出 来，但 已 发 展 到 能 鉴 别 出 来 的 程 度 时，就 认 为 是 一 种 故 障 现 象，并 称 为 潜 在 故 障，例 如疲 劳 裂 纹、密 封 件 老 化、零 件 磨 损 等。及 时 处 理潜 在 故 障，防 止 发 展 成 为 功 能 故 障，在 机 械 使 用过程中有着非常重要的意义。73 按故障发生的原因分类 1）人为故障 设 备 在 制 造 或 大 修 时，使 用 了 不 合 格 的 零 件，运行 时 不 遵 守 操 作 规 程，以 及 运 输、保 管 不 当 等 原 因，都会使设备出现故障，这种故障称为人为故障。2）自然故障 设 备 在 使 用 和 保 存 期 间，由 于 受 到 外 部 和 内 部 各种 自 然 因 素 的 影 响 而 引 起 的 故 障，都 叫 自 然 故 障，如 正 常 情 况 下 的 磨 损、老 化、腐 蚀 等 引 起 的 故 障 都属这个范畴。8大家应该也有点累了，稍作休息大家有疑问的，可以询问和交流 大家有疑问的，可以询问和交流9 故 障 规 律 指 设 备 投 入 使 用 后，设 备 故 障 率 与 使 用 时间的关系。呈浴盆曲线。设 备 故 障 率：机 械 设 备 工 作 到t 时 刻 不 发 生 故 障，而在下一个单位时间内发生故障的概率。五、故障规律10六、故障的影响因素1 设计2 材质3 制造工艺4 装配调试：装配完成后进行跑合可明显提高寿命。5 运转维修：运转工况参数(载荷、速度、润滑条件等)，维修制度是否合理11一、故障诊断的作用1)保障设备安全，防止突发性故障。2)保证设备精度，提高产品质量。3)实施状态维修，节约维修费用。维修方式分为：事后维修和预防维修(包括计划维修和状态维修)4）防止故障重复发生。5）提供技术改造、指定技术文件的依据。2.2 故障诊断概述12二、故障诊断基本过程1 状 态 监 测：通 过 传 感 器 采 集 机 器 运 行 中 的各 种 信 息，在 信 号 处 理 系 统 中 进 行 处 理，得 到 能 反 映 机 器 运 行 状 态 的 参 数，实 现 对机器运行状态的监测。2 状 态 识 别：根 据 状 态 监 测 提 供 的 特 征 参 数，识别机器是否运转正常。3 决 策 预 防：对 故 障 原 因、部 位 和 危 害 程 度进行评价，决定修正和预防的方法。1314三、故障诊断类型 功能诊断与运行诊断：功能诊断指对新安装或维修的设备进行检测诊断。运行诊断是对正在服役 的设备进行检测诊断。直接诊断与间接诊断：间接诊断是利用二次诊断信息，如利用轴承的支承油压来判断轴的对中状况。简易诊断与精密诊断：简易诊断判断是否失效，精密诊断还需要确定故障的模式、严重程度、产生部位、原因等。定期诊断与连续监测 在线诊断与离线诊断 常规工况诊断与特殊工况诊断：常规工况诊断在常规运行状况下监测，特殊工况指机器启动、停机等工况。15 按监测手段分：振 动 监 测 诊 断 法、噪 声 监 测 诊 断 法、温 度监 测 诊 断 法、声 发 射 监 测 诊 断 法、压 力 监测诊断法、油液监测诊断法等。按诊断原理分：频 域 诊 断 法、时 域 诊 断 法、统 计 分 析 法、信 息 理 论 分 析 法、模 式 识 别 法、人 工 神 经网络、专家系统等。四、故障诊断方法161 以监测仪表为主体的监测装置由传感器和指示仪表构成，主要用于测振动。缺点：幅值监测不能动态过程特征；强烈振动前，故障征兆不明显；仪表无分析功能，靠人工经验判断。2 监测仪表配备软硬件装置由传感器+频谱分析仪构成，具有频谱分析、轴心轨迹图等功能。缺点：不能自动判断，诊断依赖于领域专家；不能预防突发性故障。3 计算机辅助监测与诊断系统：由传感器+接口装置+计算机(含人工智能技术)组成。可实时监测和自动诊断，是机械工况监测与故障诊断的主要发展领域。五、故障诊断设备172.3 故障特征参量 在机械故障诊断学领域，将对故障灵敏、稳定可靠的物理参量称为故障特征参量。机械系统的故障类型是千差万别的，与每一种故障类型相对应，机械系统必定会通过一个或多个物理参量将其表征出来，每一种故障类型也必须由一种或多种原因所引起。也就是说，故障表现与其特征参量和故障原因之间存在如下的对应关系：一、故障特征参量的定义18式中 F 某种故障类型；1、2 各特征参量或故障原因。故 障 诊 断 就 是 要 确 定F 与1、2，之 间 的 某 种 对应 关 系，以 便 通 过1、2，来 判 断 故 障 类 型F是 否 发 生 或 在 已 知F 发 生 的 情 况 下 去 查 明 造 成F的原因1、2，等。19二、直接特征参量与间接特征参量 可以用直接特征参量或间接特征参量来描述故障。直 接 特 征 参 量 包 括 设 备 或 部 件 的 输 出 参 数、设 备 零 部 件的 损 伤 量。以 设 备 或 部 件 输 出 参 数 作 为 故 障 特 征 参 量 一般 难 以 发 现 早 期 故 障；另 外，这 类 故 障 特 征 参 量 只 能 用以 判 断 设 备 工 作 能 力 的 强 弱，只 表 明 有 无 故 障，而 无 法判断故障部位、故障形式及故障原因。引 起 设 备 故 障 的 各 种 损 伤 量，如 变 形 量、磨 损 量、裂 纹大 小、锈 蚀 程 度 等 都 是 判 断 设 备 技 术 状 态 的 特 征 参 量。这 类 特 征 参 量 都 是 引 起 故 障 的 直 接 原 因，它 们 不 仅 可 以表 示 故 障 的 存 在、原 因、部 位，而 且 其 数 量 值 可 以 表 示故障的严重程度及发展趋势。20 间接特征参量即二次效应参数，主要有设备在运转过程中产生的振动、声音、温度、电量等等。作为故障信号的二次效应参数比较多，而且对于不同的故障和频率范围，二次效应参数与故障判断之间的灵敏度和有效性也不完全相同。因而在故障诊断中，就存在一个合理选择特征参量的问题。用间接特征参量进行故障诊断的主要优点是可以在设备运行中以及不做任何拆卸的条件下进行诊断。其缺点是间接特征参量与故障间常存在某种随机性。21三、故障特征参量的选取 机 械 系 统 的 故 障 类 型 是 千 差 万 别 的，与 每 一 种 故 障 类 型相 对 应，机 械 系 统 必 定 会 通 过 一 个 或 多 个 物 理 参 量 将 其表 征 出 来，每 一 种 故 障 类 型 也 必 须 由 一 种 或 多 种 原 因 所引起。对 于 同 一 种 故 障 类 型，当 它 们 发 生 在 不 同 的 机 械 系 统 上时，其 故 障 特 征 参 量 也 不 同，因 此，在 确 定 某 种 故 障 的特征参量时，应结合具体的系统进行。例 如，一 般 机 器 的 轴 承 发 生 故 障 时，其 温 度 会 升 高，此时 温 度 可 选 为 故 障 特 征 参 量。然 而，对 于 矿 山 井 下 的 通风 机，其 转 子 轴 承 处 于 风 道 内，受 到 强 风 冷 却，即 使 出现 故 障 温 度 也 未 必 明 显 升 高，此 时 就 不 宜 选 用 温 度 作 为轴承故障的特征参量。22故 障 特 征 参 量 一 般 通 过 经 验、理 论 分 析 和 实 验 的 方 法来确定。故障特征参量的选取原则有：1）高 度 敏 感 性：机 械 系 统 状 态 的 微 弱 变 化 应 引 起 故 障 特 征 参量的较大变化；2）高 度 可 靠 性：故 障 特 征 参 量 是 依 赖 于 机 械 系 统 的 状 态 变 化而 变 化 的，如 果 把 故 障 特 征 参 量 取 作 应 变 量，系 统 状 态 取作 自 变 量，则 故 障 特 征 参 量 应 是 系 统 状 态 这 个 自 变 量 的 单值函数；3）实 用 性(或 可 实 现 性)：故 障 特 征 参 量 应 是 便 于 检 测 的，如果 某 个 物 理 参 量 虽 对 某 种 故 障 足 够 灵 敏，但 这 个 参 量 不 易获 得(经 济 的、技 术 方 面 的 考 虑)，那 么 这 个 物 理 参 量 也 不便用作故障特征参量。232.4 故障诊断的思维方法当 系 统 的 故 障 影 响 因 素 复 杂，各 影 响 因素 之 间 存 在 各 种 复 杂 逻 辑 关 系 时，需 要 采 用系 统 工 程 方 法 进 行 分 析。它 把 复 杂 设 备 和 人的 因 素 作 为 一 个 整 体 系 统，运 用 数 学 方 法 和现 代 化 工 具 来 研 究 故 障 的 因 果 之 间 的 各 种 逻辑 关 系，并 计 算 出 系 统 故 障 与 其 组 成 部 分 之间的定量关系。24故 障 诊 断 过 程 是 一 个 观 察、假 设、验 证、修 正 假设、再 验 证，直 至 找 到 故 障 的 真 正 原 因 的 过程。即可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：调研考察，得出故障现象；假设原因 由假设原因推断出应有的结果：将推断结果与考察所得的现象进行比较；得 出 假 设 成 立 与 否 的 结 论，如 果 原 假 设 不 成 立，则需另立假设。一、形式逻辑推理25逻辑推理方法有：求同法求异法求同求异法共变法剩余法26二、主次图法（Pareto 图）主次图是为寻找故障主要原因所使用的图。Pareto 图 来 自 于Pareto 定 律，该 定 律 认 为 绝 大 多 数 的 问 题 或 缺 陷 产 生 于 相对有限的起因。就是常说的80/20 定律，即20%的原因造成80%的问题。Pareto 图 又 称 排 列 图，是 一 种 柱 状 图，按 事 件 发 生 的 频 率 排 序 而 成，它 显示 由 于 各 种 原 因 引 起 的 缺 陷 数 量 或 不 一 致 的 排 列 顺 序，是 找 出 影 响 项 目产品或服务质量的主要因素的方法。只 有 找 到 影 响 项 目 质 量 的 主 要 因 素，才 能 有 的 放 矢，取 得 良 好 的 经 济 效益。pareto 图 中 根 据 柱 图 顶 端 生 成 的 曲 线 为Pareto 曲 线，说 明 了 项 目 实 施失败的各种原因。其 中，各 影 响 因 素 的 排 列 顺 序 用 于 指 导 纠 正 措 施，即 项 目 组 应 该 首 先 解决引起更多缺陷的问题。影响质量的主要因素通常分为3 类：A 类为累计百分数在70%-80%范围内的因素，它是主要的影响因素。B 类是除A 类之外累计百分数在80%-90%范围内的因素，是次要因素。C 类为除A、B 两类之外百分比在90%-100%范围的因素。因此Pareto 图又叫ABC 分析图法。27B23 型机械保温车主电机的故障主次图28应用介绍 在一定期间收集数据 收集数据时区分不同的原因 按照出现次数大小依次排列 计算累计和 将这些数据用直方图的形式表达出来，并画出累计和曲线。29三、因果图法（鱼骨图）因 果 图 是 一 种 发 现 故 障“根 本 原 因”的 方 法,又 称 为 鱼骨图。故 障 标 在“鱼 头”外，在 鱼 骨 上 长 出 鱼 刺，上 面 按 出 现机会多寡列出产生故障的可能原因。30失效结果工况不稳不平衡 联结件松脱 叶片折断轴承工作不良 装配不良疲劳断裂冲击变形配合不良 平衡不好操作不当转子平衡破坏 技 术 条 件 不当疏忽大意 间隙变大烧蚀磨损发动机转子振动量过大的因果图31四、故障树分析FTA故障树是一种倒立的逻辑因果关系图，它用事件符号、逻辑门符号和转移符号描述系统中各种事件之间的因果关系，确定系统失效原因的各种可能组合方式。根据事件的概率和重要度还可作定量分析。32逻辑符号事件符号：（a）结果事件：中间事件与顶事件（b）底事件：不能再分解的基本故障事件（c）省略事件：未探明的事件（d）条件事件：给定一定条件才能发生的事件33