XXXX年版设备故障诊断技术0

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1、设备故障诊断技术设备故障诊断技术潘紫微教授潘紫微教授1引言引言2事件事件1:1:1485年在波斯沃斯战役中，英国国王理查三世战败，莎士比亚的名句“马，马，一马失社稷！”使这一战役永载史册。国王理查三世准备拼死一战了。里奇蒙德伯爵亨利带领的军队正迎面扑来，这场战斗将决定谁统治英国。战斗进行前的早上，理查派马夫去备好自己喜欢的战马。“快给它钉掌！”马夫对铁匠说，“国王要骑着它打头阵呢！”“你得等等，”铁匠回答，“前几天我给国王全军的马都钉了掌，现在我得准备马蹄铁。”“我等不及了！”马夫不耐烦地叫道：“国王的敌人正在推进，我们必须在战场上迎击敌兵，有什么你就用什么吧。”铁匠埋头干活，制作了四个马掌，

2、固定在马蹄上，然后开始钉钉子。钉了三个掌后，他发现没有钉子来钉第四个马掌了。“我需要一两个钉子。”他说，“需要点时间打出两个。”“告诉你等不及了，”马夫急切地说，“我听见军号声了，你能不能凑合？”“我能把马掌钉上，但不能象其他几个那么牢实。”“能不能挂住？”马夫问。“应该能，”铁匠回答：“但我没有把握。”“好吧，就这样！”马夫叫道：“快点，要不国王会怪罪我们俩的。”两军交上了锋，理查国王冲锋陷阵鞭策士兵迎战敌人。“冲啊！冲啊！”他喊着，率领部队冲向敌阵。远远地，他看见战场另一头几个自己的士兵退却了。如果其他人看他们这样，也会后退的，必须制止退却。理查策马扬鞭冲向那个缺口，召唤士兵掉头战斗。还没

3、跑到一半，一只马掌掉了，战马跌翻在地，理查也被掀到地上。国王来不及重新抓住缰绳，惊恐的畜生就跳起来逃走了。理查环顾四周，他的士兵纷纷撤退，敌人的军队包围上来了。他在空中挥舞宝剑，“马！”他喊道：“一匹马，我的国家倾覆就因为这匹马！”他没有马骑了，他的军队分崩离析，士兵们自顾不暇。不一会儿，敌军俘获了理查，战斗结束了。3从那时起，人们就说：少了一个铁钉，丢了一个马掌，少了一个马掌，丢了一匹战马。少了一匹战马，败了一场战役，败了一场战役，失了一个国家。所有的损失都是因为少了一个马掌钉。4事件事件2 2：5事件3：6事件事件4 4：切尔诺贝利核电站核泄漏 切切尔诺贝利核利核电站是前站是前苏联时期在期

4、在乌克克兰境内修建的第一座境内修建的第一座核核电站。曾被站。曾被认为是世界上最安是世界上最安全、最可靠的核全、最可靠的核电站。但站。但1986年年4月月26日日，核，核电站的第站的第4号核反号核反应堆堆在在进行半烘烤行半烘烤实验中突然中突然发生失生失火，引起爆炸，据估算，核泄漏火，引起爆炸，据估算，核泄漏事故后事故后产生的放射生的放射污染相当于日染相当于日本广本广岛原子原子弹爆炸爆炸产生的放射生的放射污染的染的100倍。爆炸使机倍。爆炸使机组被完全被完全损坏，坏，8吨多吨多强辐射物射物质泄露，泄露，尘埃埃随随风飘散，致使散，致使俄俄罗斯、白俄斯、白俄罗斯和斯和乌克克兰许多地区遭到核多地区遭到核

5、辐射射的的污染。染。2011年年4月月26日，切日，切尔诺贝利事故迎来利事故迎来25周年周年纪念。念。7事件事件5 5：8事件事件6 6：马钢三钢轧倾动机构案例直接损失全套设备制造安装大约600万元间接损失15天炼钢产值1亿零80万元，10%利润：1008万。9 设备故障诊断技术是一种在设备运行中或在基本不拆卸的情况下，了解和掌握设备工作状态，确定设备的整体或局部是否正常,发现早期故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。定义包括三个层次的任务：一是设备运行状态监测；二是设备状态异常时的故障诊断，三是设备故障的早期诊断与早期预报。1、什么是设备故障诊断技术1011122、为什么要进行设备故障诊

6、断133、如何进行设备故障诊断（三个阶段）144 4、设备故障诊断技术为什么获得、设备故障诊断技术为什么获得重视与发展重视与发展机械设备工作强度不断增大，生产效率、自动化程度越来越高；（高速、重载、连续、自动化）设备更加复杂，各部分的关联愈加密切，从而往往某处微小故障就爆发链锁反应，导致整个设备乃至与设备有关的环境遭受灾难性的毁坏。这不仅会造成巨大的经济损失，而且会危及人身安全，后果极为严重。机电液光一体化程度越来越高，机电液（多参数、非线性）耦合程度越来越强，分析难度加大。155、设备故障诊断的支撑技术在设备故障机理方面，需要设备动力学及相关数学、力学、物理、化学等理论基础的支持；在信号感知

7、方面，需要新型传感器与信号拾取技术的支持；在信号转换分析方面，需要经典信号处理与现代信号处理技术的支持；16 在状态的判别方面，需要辨识与决策技术的支持；在信息的传递方面，需要通讯网络技术的支持；在信息存贮、查询与管理方面，需要数据库管理与人机交互技术的支持；在监测与诊断的实时性方面，需要硬件实现技术、快速诊断与决策策略的支持。176、设备故障诊断技术的现状及发展设备故障诊断作为一门新兴的综合性边缘学科，经过30多年的发展，已初步形成了比较完整的学科体系。就其技术手段而言，已逐步形成以振动诊断、油液分析、红外检测和无损检测探伤为主，其他技术或方法为辅的局面。这其中又以振动诊断涉及的领域最广、理

8、论基础最为雄厚、研究得最为充分而最具生机与活力。18 19991999、20002000年，年，ISO ISO 公布的两份关公布的两份关于于“机器状态监测和诊断机器状态监测和诊断”的文件中把的文件中把油液分析、性能分析、红外热分析、振油液分析、性能分析、红外热分析、振动分析、电机电流动分析、电机电流分析列为机器状态描分析列为机器状态描述的五大技术手段，适用于大多数工业述的五大技术手段，适用于大多数工业的预知检修。的预知检修。19上篇上篇 诊断技术手段诊断技术手段20 振振动动诊诊断断法法：平平稳稳振振动动、瞬瞬态态振振动动、机机械械导导纳纳及及模模态态参参数数为为检检测测目目标标，进进行行特特

9、征征分分析析、谱谱分分析析和和时时频频域域分分析析，也也包包括括含含有有相位信息的全息谱诊断法和其他方法。相位信息的全息谱诊断法和其他方法。第一章第一章 振动诊断振动诊断211.1 振动诊断的基本知识振动诊断的基本知识 振动是物体运动的一种形式，通常是指物体经过其平衡位置而往复变化的过程。振动有时对人类是有害的，但有时人们可以利用振动来为我们服务。只要是运转的机器，都或多或少地发生振动，因此，振动诊断在各种诊断方法中所占的比例最大，一般可达60%-70%。221.1.1 按振动频率分类 机械振动低频振动：f 1000 Hz231.1.21.1.21.1.21.1.2振振动动的的一一般般分分类类

10、241.1.31.1.3振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅d、频率f和相位。当然，振幅不仅用位移，还可以用速度和加速度。要特别说明一个与振动有关的量就是速度有效值，也常被称为速度均方根值。这是一个经常用到的振动测量参数。目前许多振动标准都是采用速度有效值作为判别参数，因为它最能够反映振动的烈度。2526振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用振动三要素及其在振动诊断中的应用n幅值反映振动的强度，振幅的平方常

11、与物质振动的能量成正比，振动诊断标准都是用振幅来表示的。n同样的振幅其频率越高，对机组损坏程度越大，因此不同转速的机组定义的振动标准值不同。n当频率和频率一定时，相位的大幅偏移就是故障（异常）的征兆。271.2 振动信号处理所谓振动信号处理，就是对振动波形进行加工处理，抽取与设备运行状态有关的特征，以便对设备状态实施有效的判别。28 目前，在振动信号的处理方面，除了经典的统计分析、时域、频域分析、参数辨识、频率细化技术、倒频谱分析、共振解调分析、三维全息谱分析、轴心轨迹分析、基于非平稳信号假设的短时付里叶变换、以及现代发展的Wigner分布、现代谱分析、小波分析、经验模态分解（EMD)和形态学

12、分析等-。峭度指标：用于诊断滚动轴承和齿轮故障非常有效，且与转速、负荷无关；波峰因数：峰值与有效值的比值，可以辅助确定局部故障或磨损型故障。291.2.1时域分析最基本的分析工具时间-位移、时间-速度、时间-加速度30常见时间波形特征取自不同测试部位的不平衡故障信号轴振壳振31不对中故障波形具有明显的M型和W型特征不对中故障表现出的时间波形32冲击信号，当滚动轴承或齿轮存在局部故障时这种信号就会出现33调制波形，在齿轮故障时可能出现341.2.2频域分析换个角度看问题频率-幅值,频率-相位,频率-功率35频谱分析原理36频谱特征（1）37频谱特征（2）38频谱特征（3）39频谱分析的必要性401.3时域和频域的理论基础见2012版故障诊断信号分析-141