故障基本概念-PPT.ppt

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1、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

2、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

3、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

4、 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

5、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

6、。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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、 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、

12、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

13、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

14、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

15、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

16、 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

17、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，

18、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

19、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

20、 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