機(jī)械故障診斷學(xué)0概要

1、機(jī)械故障診斷學(xué)〈30學(xué)時(shí)〉,張永忠機(jī)電工程學(xué)院Tel. 83885749 13852477907主要參考書：機(jī)械故障診斷 李國華 張永忠 編著 化學(xué)工業(yè)出版社 2001年,緒 論,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn) 知識(shí)經(jīng)濟(jì)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(shù)設(shè)備為在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取勝提供了 有

2、力的工具。,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn),知識(shí)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn) 經(jīng)濟(jì)的發(fā)展歷史： 農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：以土地、勞動(dòng)力為主體。 工業(yè)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：以工廠、資金為主體。 知識(shí)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：以知識(shí)、創(chuàng)新為主體。,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn),知識(shí)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)： 知識(shí)更新越來越快：近幾年人類擁有的知識(shí)量約每五年翻一翻。工科大學(xué)畢業(yè)生知識(shí)的半衰期只有5—7年。計(jì)算機(jī)軟、硬件的發(fā)展歷史便可說明這一問題。 知識(shí)轉(zhuǎn)化越來

3、越快 ：從提出蒸汽原理到蒸汽機(jī)出現(xiàn)，歷經(jīng)幾代人的努力； 1831年提出發(fā)電機(jī)原理，1872年發(fā)電機(jī)問世,經(jīng)過了41年； 從激光原理提出到激光器制成僅經(jīng)過6年； 1974年提出無線移動(dòng)通訊原理，1978年手機(jī)問世，只有4年。,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn),知識(shí)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)： 對(duì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用越來越大 科學(xué)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長貢獻(xiàn)率美國達(dá)80％、中國為30％ 知識(shí)的資本化

4、 美國微軟公司沒有很大的廠房，憑借知識(shí)躋身于世界500強(qiáng)企業(yè)之首。比爾.蓋茨成為世界首富，公司財(cái)產(chǎn)凈值1998年達(dá)600億美元以上，年產(chǎn)值大于美國福特、通用、克萊斯勒三大汽車公司年產(chǎn)值的總和。 知識(shí)爆炸 從宏觀到微觀，從地球到空間，從地面到地心。,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn),全球化挑戰(zhàn)： 網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，“地球村”、“天涯若比鄰”已成為現(xiàn)實(shí)。 經(jīng)濟(jì)全球化，人才、資金、

5、技術(shù)等已在全球范圍內(nèi)流動(dòng)和 配置。 統(tǒng)計(jì)資料表明：全世界平均每年有1.7萬科技專業(yè)人才直接定居美國，16.8萬臨時(shí)簽證前往美國工作，18.3萬外國留學(xué)生進(jìn)入美國學(xué)習(xí)，世界科技移民的40%最終進(jìn)入美國。 發(fā)展中國家在全球人才爭(zhēng)奪中處境極為不利，以我國為例1978-2003年間出國留學(xué)的70.02萬人中，回國率不到30%。 世界500強(qiáng)企業(yè)已有300多家進(jìn)入了中國市場(chǎng) 。

6、 我國已加入WTO，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。,一. 21世紀(jì)世界各國面臨的三大挑戰(zhàn),可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)：資源浪費(fèi)和逐漸枯竭，環(huán)境污染—保護(hù)地球。 我國300多座城市缺水，5000多萬人飲水困難。 能源緊張，我國煤、石油枯竭后應(yīng)采取何種對(duì)策。 世界上污染最重10個(gè)城市，我國占5個(gè)。 酸雨現(xiàn)象嚴(yán)重，一些高硫煤地區(qū)幾乎無雨不酸。 沙塵暴天氣頻頻出現(xiàn)。 必須創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社

7、會(huì)。 高新技術(shù)設(shè)備為在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取勝提供了有力的工具。,緒 論 二.問題的提出,2.1 維修費(fèi)用昂貴 20世紀(jì)70年代英國統(tǒng)計(jì)，因設(shè)備帶病工作多消耗能源50%左右。 1980年美國工業(yè)設(shè)備維修費(fèi)用為2465億美元，而 當(dāng)年稅收總額為7500億美元。 德國當(dāng)前每年設(shè)備維修費(fèi)用達(dá)4000—5000億馬克， 占國民生產(chǎn)總值的13%—15%左右。 我國某些大型鋼廠每年設(shè)備

8、維修費(fèi)用達(dá)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?fù)p壞事故，損失幾十億美元，公眾強(qiáng)烈抗議。 1984年印度博帕爾市農(nóng)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(jī)“挑戰(zhàn)者號(hào)”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(shí)23

9、分前蘇聯(lián)契爾諾貝利核電站核反應(yīng)爐爆炸事故，3萬多人死亡，5萬多人受輻射傷害，并影響下一代身心健康，至今方圓30公里因核輻射仍超標(biāo)10倍以上而封閉。 以上事例都是曾經(jīng)發(fā)生的因設(shè)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(jī)組發(fā)生強(qiáng)烈振動(dòng)，三次停機(jī)，損失千萬元以上。 1985年山西某電廠一臺(tái)20萬千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組損

10、壞，直接損失千萬元以上。 1993年河南某煤礦井下通風(fēng)機(jī)葉片斷裂，全礦停產(chǎn)，損失達(dá)500萬元。,緒 論 二.問題的提出,2.3 國家對(duì)設(shè)備管理極為重視： 1987年國務(wù)院發(fā)布了“全民所有制工交企業(yè)設(shè)備 管理?xiàng)l例”。 1990年第三次全國設(shè)備管理優(yōu)秀單位表彰大會(huì)上江澤民題詞“加強(qiáng)企業(yè)設(shè)備管理，提高企業(yè)裝備素質(zhì)”。李鵬題詞“工欲善其事，必先利其器，維護(hù)設(shè)備完好，保護(hù)企業(yè)生產(chǎn)力”。

11、 1996年國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“九五全國設(shè)備管理綱要”。 1997年全國人大28次會(huì)議通過了“節(jié)約能源法”。 1999年3月國家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“重點(diǎn)用能單位節(jié)能 管理辦法”。 1999年1月和2000年1月國家經(jīng)貿(mào)委分別發(fā)布了兩批“淘汰 落后生產(chǎn)力、工藝和產(chǎn)品的目錄”。,緒 論 二.問題的提出,2.3 國家對(duì)設(shè)備管理極為重視： 從上世紀(jì)80年代開始，美國、歐盟很多國家為了

12、提高軍事裝備的戰(zhàn)斗力，在裝備的性能指標(biāo)上除了有火力、速度、射程、功率等方面的要求外，還提出了可靠性、維修性、和保障性方面的指標(biāo)要求，并作為性能指標(biāo)的一部分。 我國也非常重視，大力開展了這方面的工作。,緒 論 二.問題的提出,2.4 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的重要性 （1）為改進(jìn)、提高設(shè)備的設(shè)計(jì)、制造水平提供信息 — 通過 實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)與預(yù)期的運(yùn)行狀態(tài)相比較； （2）為保證設(shè)備在最優(yōu)狀態(tài)下

13、運(yùn)行（生產(chǎn)率、質(zhì)量、能耗、 環(huán)保等）提供信息 — 通過實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)與最優(yōu)的運(yùn)行 狀態(tài)相比較； （3）為設(shè)備的故障診斷提供信息 —通過實(shí)際的運(yùn)行狀態(tài)與 正常的運(yùn)行狀態(tài)相比較。,緒 論 二.問題的提出,2.5 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的必要性 （1） 高產(chǎn)、高效、自動(dòng)化、連續(xù)化設(shè)備因故障停產(chǎn)所造成的損失巨大。（2）航天、航空、航海、核工業(yè)等對(duì)安全可靠性要求極高，出現(xiàn)

14、事故危及人身安全，甚至環(huán)境污染。（3）現(xiàn)代設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，有的不能解體檢查，故障難以感官和經(jīng)驗(yàn)判斷。（4）維修人員老齡化，青年人經(jīng)驗(yàn)不足。,緒 論 二.問題的提出,2.6 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的可能性 計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展，使研制先進(jìn)的儀器和系統(tǒng)、快速準(zhǔn)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(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)例 1986

15、年美國“挑戰(zhàn)者”號(hào)宇航飛機(jī)失事后，曾對(duì)事故原因進(jìn)行了大量分析。“挑戰(zhàn)者”號(hào)從升空到爆炸的74s 期間，機(jī)上電子計(jì)算機(jī)向地面控制臺(tái)發(fā)回了大量數(shù)據(jù)，為調(diào)查事故原因提供關(guān)鍵性依據(jù)。“挑戰(zhàn)者”號(hào)共有兩千多個(gè)監(jiān)測(cè)傳感器，能夠?qū)⒚壳Х种幻氲膲毫?、溫度、燃耗乃至宇航員脈搏跳動(dòng)等數(shù)據(jù)輸人座艙計(jì)算機(jī)系統(tǒng), 該系統(tǒng)又將這些信息傳輸?shù)降孛婵刂婆_(tái)。,緒 論,三. 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)例 根據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)，“挑戰(zhàn)者

16、”號(hào)在爆炸前l(fā)0s，右側(cè)火箭助推器內(nèi)部的壓力突然下降，每平方英寸減小了10萬磅，相當(dāng)于助推器內(nèi)部壓力降低了5％。進(jìn)一步分析表明，這是因?yàn)閮苫鸺破髦g出現(xiàn)裂縫，膨脹的氣體不斷從裂口逸出，因而內(nèi)部壓力降低。依據(jù)大量的信息判明，“挑戰(zhàn)者”號(hào)的事故原因是火箭助推器的一個(gè)環(huán)形密封圈發(fā)生了漏氣，引起局部燃料泄漏、燃燒、導(dǎo)致爆炸。,緒 論,三. 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)例 現(xiàn)在的民用航空機(jī)，都設(shè)有工況監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，

17、隨時(shí)檢測(cè)發(fā)動(dòng)機(jī)工作中的壓力、溫度、振動(dòng)、速度等參數(shù)，經(jīng)過處理后，在駕駛艙中直接顯示，為機(jī)組人員提供駕駛所必須的參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)是否正常運(yùn)行的狀態(tài)信息。另一方面將檢測(cè)參數(shù)輸入磁帶記錄器(即所謂黑匣子)，磁帶上記錄的信息，為地勤人員提供了是否 需要檢修以及檢修部位的依據(jù)。,緒 論,三. 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)例 現(xiàn)代大型旋轉(zhuǎn)機(jī)械，如蒸汽透平、燃汽透平、發(fā)電機(jī)、離心機(jī)、壓縮機(jī)等，都普遍設(shè)有完善的保護(hù)與診斷系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)

18、可同時(shí)檢測(cè)數(shù)十乃至數(shù)百個(gè)參數(shù)，可監(jiān)測(cè)軸的振動(dòng)、軸心軌跡、軸承溫度、轉(zhuǎn)速、相位等，一旦超限，可自動(dòng)報(bào)警。 隨著診斷理論與方法的深入研究，計(jì)算機(jī)軟件的開發(fā)，已發(fā)展到在線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)與診斷機(jī)組狀態(tài)。隨著人工智能科學(xué)向?qū)?用化發(fā)展，已開始了機(jī)器診斷專家系統(tǒng)的研究，這是工況監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的新動(dòng)向。,緒 論,四. 設(shè)備維修發(fā)展的三個(gè)階段 (1)事后維修 18、19世紀(jì)，蒸汽機(jī)、電機(jī)出現(xiàn)，完成手工向機(jī)器

19、生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，由于規(guī)模小、生產(chǎn)力低、費(fèi)用低，維修采用不壞不修、壞了才修。 (2)定期維修 進(jìn)入20世紀(jì)，出現(xiàn)了以福特汽車裝配線為代表的流水線生產(chǎn)方式，機(jī)器復(fù)雜性增加，生產(chǎn)力提高，停產(chǎn)損失加大，出現(xiàn)定期維修，分小修、中修、大修。 缺點(diǎn)：可能出現(xiàn)過失維修和過剩維修。,緒 論,四. 設(shè)備維修發(fā)展的三個(gè)階段 (3) 狀態(tài)維修 背景：美國1961年開始執(zhí)行具有劃時(shí)代意義的阿波羅計(jì)劃；

20、1964年日本建成地鐵新干線和東京奧林匹克體育場(chǎng)；英國從節(jié)省能源和降低成本出發(fā)，1970年提出設(shè)備綜合工程和壽命周期費(fèi)用的問題。 內(nèi)涵：對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，判斷運(yùn)行是否正常，查出故障，尋找原因，預(yù)報(bào)發(fā)展趨勢(shì)，制定計(jì)劃，進(jìn)行維修。 效益：采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)后，取得明顯的經(jīng)濟(jì)效益。 英國對(duì)2000家工廠調(diào)查表明，每年設(shè)備維修費(fèi)可節(jié)約3 億英鎊；日本有關(guān)資料指出，每年設(shè)備維修費(fèi)可減少25—50

21、%；美國Pekrul發(fā)電廠每年設(shè)備維修費(fèi)節(jié)約了120萬美元。 我國某石化企業(yè)每年減少維修停產(chǎn)時(shí)間，增加產(chǎn)值超過千萬元；某機(jī)械施工單位擁有工程機(jī)械232臺(tái)，每年維修材料費(fèi)降低30%、維修工作量降低47%；某港口15噸帶斗門機(jī)每年平均停機(jī)維修時(shí)間從45天降至9天。,緒 論,四. 設(shè)備維修發(fā)展的三個(gè)階段 (3) 狀態(tài)維修,緒 論,設(shè)備維修費(fèi)可減少25—50% ；投入產(chǎn)出比 1:15 。,緒 論,五. 狀

22、態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法 機(jī)械與醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試的比較 醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試 機(jī)械診斷測(cè)試 中醫(yī)：望、聞、問、切 聽、摸、看、聞西醫(yī)：望、觸、扣、聽、嗅目的：直接觀察，通過形貌、聲音、溫度、顏色、 氣味的變化進(jìn)行判斷。聽心音、做心電圖 振動(dòng)、噪聲測(cè)試目的：研究振動(dòng)、噪聲的大

23、小及其變化規(guī)律。,,,,,,,,緒 論,五. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法 機(jī)械與醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試的比較 醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試 機(jī)械診斷測(cè)試 量體溫 溫度測(cè)試 目的：研究分析溫度的變化 量血壓 應(yīng)力應(yīng)變、液壓氣壓測(cè)試 目的：研究

24、分析力、應(yīng)力、應(yīng)變的變化 化驗(yàn)（血、尿） 油液分析 目的：研究分析油液中磨粒的化學(xué)成分、形貌、 數(shù)量 ，判斷機(jī)件的磨損情況。,,,,,,,,,,,緒 論,五. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷方法 機(jī)械與醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試的比較 醫(yī)學(xué)診斷測(cè)試 機(jī)械診斷測(cè)試 總體體能測(cè)試：如耐力 整機(jī)性

25、能測(cè)試：如能耗肺活量、摸高、拉力等 生產(chǎn)效率、工作精度等 目的：對(duì)整體性能進(jìn)行評(píng)價(jià) 查病歷、問病史 查閱機(jī)器運(yùn)行技術(shù)擋案 目的：找規(guī)律、查原因、作判斷,,,,,,,,,,緒 論,六. 狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的內(nèi)容 （1）根據(jù)設(shè)備的類型和工況，確定監(jiān)測(cè)與設(shè)備狀態(tài)有關(guān)的特征信號(hào)； （2）正確選用傳感

26、器、二次儀表、記錄儀器，組成測(cè)試系統(tǒng)。綜合考慮測(cè)量精度、靈敏度、響應(yīng)時(shí)間、測(cè)量范圍等因素； （3）確定對(duì)所測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理和分析的方法，去粗取精，去偽存真，提取與設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障相對(duì)應(yīng)的特征信息(征兆) ； （4）根據(jù)設(shè)備的征兆，識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)和故障(故障診斷)； （5）如果發(fā)現(xiàn)設(shè)備存在故障，進(jìn)一步分析故障的程度、部位、類型、原因和趨勢(shì)等； （6）根據(jù)設(shè)備的故障及其趨勢(shì)，做出評(píng)價(jià)和決策，包括控制、自診治、

27、調(diào)整、維修、繼續(xù)監(jiān)測(cè)等措施。,,,,,緒 論,七. 狀態(tài)判斷的方法 識(shí)別設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)是否正常，可按照下列方法進(jìn)行判斷： 1. 絕對(duì)標(biāo)準(zhǔn)判斷法：按ISO、國家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)等判斷。 2. 相對(duì)標(biāo)準(zhǔn)判斷法：與正常工作狀態(tài)的有關(guān)數(shù)據(jù)對(duì)比判斷。 3. 相同設(shè)備類比法：對(duì)多個(gè)同類型設(shè)備的有關(guān)數(shù)據(jù)相互比較，進(jìn)行判斷。 4. 時(shí)間序列分析法：根據(jù)按時(shí)間順序所測(cè)得的一系列數(shù)據(jù)的變化趨勢(shì)，進(jìn)行判斷。,,,,