机械故障诊断学1-2

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'机械故障诊断学1-2'
l 机械故障诊断学包括机械故障诊断的 原理与技术两大部分。l 本章首先讨论几个与机械故障诊断有关 的基本问题,主要包括: 机械故障诊断概述 ; 故障特征参量; 故障诊断的一般思维方法。l一、机械故障及其分类l二、故障诊断及其分类l三、机械故障诊断的基本环节l 定义: 机械故障(Fault异常/Failure失效), 是指机械系统(零件、组件、部件或整台设备 乃至一系列的设备组合)因偏离其设计状态而 丧失部分或全部功能的现象。l 例: 发动机发动不起来、汽车刹车不灵、机床 运转不平稳、机床加工精度超标、机器运行时 振动噪声过大、齿轮轮齿折断等等现象。l 分类的目的: (1)便于信息交流; (2)便于处理故障时更有针对性。l 分类方法: 机械故障可以从不同的角度来进行分类 (1)按其发生的原因分 (2)按其造成的后果分 (3)按其发生的快慢分 (4)按其发生的范围(程度)分 (5)按其发生的频次分 (6)其他角度来进行分类(所采用的技术手段)1. 按其发生的原因分 (1) 磨损性故障:是指机械系统因使用过程中的 正常磨损而引发的一类故障,对这类故障形式, 一般只进行寿命预测。 (2) 错用性故障:是因使用不当而引发的故障。 (3) 先天性故障:是由于设计或制造不当而造成 机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。2.按造成的后果分(1) 危害性故障:故障发生后会对人身、生产和环境 造成危险或危害的一类故障,如机床保护系统不 能进行有效地工作而造成损害工件或操作者的故 障、毒气泄漏、高压罐爆炸等。(2)安全性故障:故障的发生不会对人身、生产和环 境造成危害的一类故障,如保护系统在不需保护 时动作的故障等。3. 按其发生的快慢分(1) 突发性故障:不能靠早期测试探测出来的一类故 障。即此类故障是不可预测的,对这类故障只能 进行预防,如过载造成机件损坏。(2) 渐发性故障:故障的发展有一个过程,因而可对 其进行预测和监视,如疲劳裂纹的产生和扩展。 4. 按其发生的范围分 (1) 部分性故障:设计功能部分丧失的一类故障。 (2) 完全性故障:设计功能完全丧失的一类故障。5. 按其发生的频次分 (1) 偶发性故障:发生频率很低的一类故障,即“意外现 象”,如齿轮断齿。 (2) 多发性故障:经常发生的一类故障,如齿轮磨损。 机械故障还有其它分类方法,如单一故障/复杂故障等, 可参考有关文献。l 定义:所谓机械故障诊断,就是对机械系统所处的状态进 行监测,判断其是否正常,当出现异常时分析其产生的原因、 部位和严重程度,并预报其发展趋势。l 分类的目的: 主要是为了便于信息分析和处理。l 分类方法: 机械故障诊断可以分类如下: (1) 按其目的分; (2) 按其方式分; (3) 按其提取信息的方式分; (4) 按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5) 按功能分。l 定义:所谓机械故障诊断,就是对机械系统所处的状态进 行监测,判断其是否正常,当出现异常时分析其产生的原因、 部位和严重程度,并预报其发展趋势。l 分类的目的: 主要是为了便于信息交流l 分类方法: 机械故障诊断可以分类如下: (1)按其目的分; (2)按其方式分 (3)按其提取信息的方式分; (4)按诊断时所要求的机械运行工况条件分; (5)按功能分。1. 按目的分(1) 功能诊断:即对新安装或刚维修过的机械系统诊 断其功能是否正常,也就是投入运行前的诊断。(2) 运行诊断:即对服役中的机械系统进行的诊断。2. 按方式分(1) 在线监测:就是连续地对服役中的机械系统进行 监测,测试传感器及二次仪表等安装在设备现场, 随机械系统一起工作。(2) 巡回检测:就是每隔一定的时间对服役中的机械 系统进行检查和诊断;3. 按提取信息的方式分 (1) 直接诊断:诊断对象与诊断信息来源直接对应的一种诊断方法,即一 次信息诊断。如通过检测齿轮的安装偏心和运动偏心等参数来判断齿轮运 转是否正常即属此类; (2) 间接诊断:诊断对象与诊断信息来源不直接对应的一种诊断方法,即 二次、三次等非一次信息的诊断。如通过测箱体的振动来判断齿轮箱中齿 轮是否存在偏心等。 通常所谓的诊断主要是指间接诊断。4. 按诊断时所要求的机械运行工况条件分 (1)常规工况诊断:在机械的正常运行条件下进行的一种故障诊断方式; (2)特殊工况诊断:对某些机械,需为其创造特殊的工作条件才能对其进 行诊断。如动力机组的升降速过程诊断、提升机启、停过程诊断。5. 按功能分 (1) 简易诊断:对机械系统的状态作出相对粗略的判断。 一般只回答“正常与否”、“有无故障”等问题,而不 分析故障原因、故障部位及故障程度等。又称“状态监 测”。 (2) 精密诊断:是在简易诊断基础上更为细致的一种诊断 过程,它不仅要回答“正常与否”、“有无故障”的问 题,而且还要详细地分析出故障原因、故障部位、故障 程度及其发展趋势等一系列的问题。又称“故障诊断”。 机械故障诊断还可根据所采用的技术手段不同而分为 振动诊断、油样分析、温度监测、无损检测等l 一个完整的诊断过程一般由以下四个基 本环节组成:l 1. 确立运行状态监测的内容;l 2. 建立测试系统;l 3. 测试、分析及信息提取;l 4. 状态监测、判断及预报l 基本环节1:确立运行状态监测的内容l 主要包括确立监测参数、监测部位及监测方式 (在线/巡检)等方面的内容,这主要取决于故障形 式,同时也要考虑被监测对象的结构、工作环境 等因素以及现有的测试设备条件,这是整个诊断 工作的基础。 状态监测的内容确立得当,不仅能极大地提高 诊断效率,有时甚至决定着诊断工作的成败。如 矿用风机轴承的温度、振动监测。l 基本环节2: 建立测试系统l 根据步骤1的要求选取传感器及其配套仪器,组成 测试系统,用以收集故障诊断所需的信息。l 在建造测试系统时,不仅要注意有用信号的获取 (灵敏度和精度等性能),同时还要考虑测试系 统的环境适应性以及如何在测试阶段进行降噪除 噪等,以便简化后续的信号分析处理过程。l 正确、有效信号的取得是准确诊断的先决条件, 偏离了这个前提,诊断工作就无从谈起。 基本环节3: 测试、分析及信息提取 主要内容:对测试系统所获得的信号进行加工,包括滤波、异常数据剔除、各种分析算法(如时域、频域)等。 主要目的: 从有限的信号中获得尽可能多的关于被诊断对象状态的有用信息,这是机械故障诊断的核心。 基本环节4:状态诊断、监测及预报 主要内容:构造或选定判据,确定划分设备状态的各有关参量的门槛值等内容。 主要目的:判定被诊断对象的运行状态,并对其未来发展趋势进行预测。l 一、故障特征参量的定义l 二、故障特征参量的选取原则l 三、故障特征参量的选定方法对于某一具体的故障类型,我们所关心的问题是: l (1)这种故障通过哪些物理参量表现出来? l (2)这种故障与各物理参量间的关系强弱情况如何? 一般而言,对于前一个问题,只要机械系统的状态发生了变化,就必定会影响到与之相联系的各个动态物理参量,牵涉面较广。而故障类型与物理参量的关系强弱是我们最感兴趣的。 。 故障特征参量的定义:对故障敏感、稳定可靠的物理量(原始/运算后)称为故障特征参量。l 说明1:机械系统的故障类型千差万别,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 (一因多果);每一种故障类型也必须由一种或多种原因所 引起 (一果多因)。如齿轮齿面点蚀。 故障表现与其特征参量和故障原因之间存在的对应关系:  F = f (α1 ,α2 ,α3 ,…...) F — 某种故障类型; α1 ,α2 ,α3 — 各特征参量或故障原因。 故障诊断就是要确定F与α1 ,α2 ,α3…..之间的某种对应关系 f,以便通过检测α1 ,α2 ,α3… 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 产生的原因α1 ,α2 ,α3… 等。 l 说明2: 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,对于矿用通风 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。l 1. 高度敏感性:机械系统状态的微弱变化应引起故障特 征参量较大的变化;l 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,如果把系统状态取作自变量,故障特征参 量取作因变量,则故障特征参量应是系统状态这个自变量 的单值函数;l 3. 实用性(或可实现性):故障特征参量应便于检测,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、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。如齿面温度。l 理论分析 + 实验l 原因: (1)故障的复杂性及多因多果性; (2)故障类型不同,其故障特征不同,其故障特征 参量也不同; (3)即使是同一种故障类型,当其环境条件(包括 故障主体)发生变化时,其故障特征参量也不同。 l 故障识别理论与思维科学以及故障诊断技术的发展 密不可分。从传统诊断技术向现代诊断技术发展。l 传统诊断技术:识别理论主要借助形式逻辑进行一 些简单的推理。l 现代诊断技术:有故障树分析、模式识别、模糊诊 断等多种识别理论。l 本节讨论形式逻辑推理与故障树分析的基本原理。 l 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。l 故障诊断过程可分为五个步骤: – (1) 调研考察,得出故障现象; – (2) 假设原因; – (3) 由假设原因推断出应有的结果; – (4) 将推断结果与考察所得的现象进行比较; – (5) 得出假设成立与否的结论,如
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