故障诊断绪论篇

机械设备故障诊断技术北京科技大学机械工程学院黎敏2020/3/62/63课程介绍课程性质：研究生选修课，2000年停开，2007年新设总学时：32学时，8周，含课堂考试2学时考核方式：平时成绩(20%)：讨论课+平时考勤闭卷考试(80%)：选择、判断、填空、简答、案例分析答疑：机电楼708010-62332329[e-mail]3/63课程介绍主要教学内容绪论(2学时)•故障诊断的概念、意义和主要研究内容•故障诊断的发展与应用传感器原理(2学时)•传感器的选型•传感器的安装位置、安装方式、标定工程信号分析基础(2学时)•信号分析与处理的基本理论：FFT、加窗、滤波•工程信号的幅域分析、频域分析等工程信号精密分析(2学时)•滤波、共振解调•轴心轨迹、全息谱4/63课程介绍旋转机械故障机理与诊断技术(4学时)•不平衡、不对中、油膜涡动、油膜振荡齿轮常见故障与诊断(4学时)•局部磨损、齿根裂纹/断齿滚动轴承常见故障与诊断(4学时)•外圈、内圈、滚动体等故障讨论课(2学时)•旋转机械、齿轮、滚动轴承案例分析油液分析(2学时)•铁谱技术与油液分析、红外技术与温度检测等现代信号处理方法(2学时)•非线性时间序列分析、统计分析、建模分析随堂考试(2学时)5/63教学重点旋转机械故障机理与诊断•不平衡、不对中、油膜涡动、油膜振荡齿轮常见故障与诊断•局部磨损、齿根裂纹、断齿滚动轴承常见故障与诊断•外圈、内圈、滚动体等故障典型零部件的故障诊断1.结构特点？2.常见的故障模式？3.产生故障的原因？4.如何诊断分析？5.如何维护保养？6/63课程介绍主要参考书阳建宏，黎敏.《滚动轴承诊断现场实用技术》盛兆顺，尹琦岭.《设备状态监测与故障诊断技术及应用》沈庆根，郑水英.《设备故障诊断》《故障诊断的基本原理》《失效分析与故障预防》《振动诊断的工程应用》《故障诊断的声学方法》《故障诊断的热象技术》《故障诊断的专家系统》《故障诊断的数学力学基础》《故障诊断的振动理论基础》《故障诊断的振动测试技术》《故障诊断中的振动信号处理》7/63绪论设备故障诊断的概念设备故障诊断技术简介如何开展设备故障诊断工作8/63国内外发展情况在各行业中的应用航空航天等军事领域燃气轮机发电冶金石化风力发电核反应堆绪论国内外发展情况9/63国内外发展情况国外情况美国最早（1961，阿波罗号航天飞机失事）日本、英国、瑞典、挪威、丹麦等紧随其后1967.4，召开美国机械故障预防小组成立大会美国飞行器数据综合系统的研制日本于1971年提出了“TPM”全员生产维修绪论国内外发展情况TotalProductiveMaintenance把企业全体职员培养成专家，消灭一切浪费和不合理，向人员、物料、设备诸方面的极限挑战10/63国内外发展情况国内情况1979年以前，一些大专院校和科研单位开始理论研究1979年到1983年，从初步认识进入到初步实践阶段1984年7月在北京成立中国设备管理协会1985年11月在上海召开了设备诊断技术应用推广会议1986年6月在沈阳召开第一届中国机械设备诊断技术学会年会目前石化、冶金、电力等行业都有相应的诊断中心冶金企业的主要大厂都有专门的诊断部门，如宝钢、武钢、鞍钢、马钢等绪论国内外发展情况11/63国内外发展情况绪论国内外发展情况12/63国内外发展情况工业4.0的基本概念绪论国内外发展情况机械化电气化自动化信息化+网络化工业4.0：通过工业互联网，将设备、人和数据连接起来，形成一个庞大的物理世界，以智能方式进行数据交换，在进行大数据分析的基础上，实现信息物理系统的互通、互联。13/63国内外发展情况工业4.0的提出绪论国内外发展情况2011年德国提出“工业4.0”概念，2013年发表4.0标准化路线图。理念：提出由集中式控制向分散式增强型控制的基本模式转变目标：建立高度灵活的个性化和数字化产品与服务的生产模式策略：利用信息通讯技术和网络空间虚拟系统信息物理系统“工业4.0”分为三大主题，实现制造业向智能化转型“智能工厂”—重点研究智能化生产系统及过程、网络化分布式生产“智能产品”—对产品设计、制造、使用过程实行全生命周期的管理“智能物流”—通过互联网+、物联网，整合物流资源，提高供需效率“工业4.0”4个关键词产品设计“个性化”产销服务“网络化”制造过程“智能化”过程控制“精准化”14/63国内外发展情况工业4.0对机械领域的新要求绪论国内外发展情况(1)产品全生命周期的管控从产品设计研发到生产规划、制造、服役等提供装备和IT系统，为整个价值链提供端到端的支撑。(2)大数据的集成与分析可根据个性化需求定制生产，需对模型、数据、通讯和算法等进行集成，确保不同层次的PLC控制器和传感器的信号传输到ERP层面，实现端到端的数据集成。15/63国内外发展情况工业4.0对机械领域的新要求绪论国内外发展情况(3)市场需求的快速反应信息通信技术与高新技术系统性集成，使得企业能够管理迅速变化的市场需求和日益复杂的全球市场，进而为企业开创新的市场提供了机会。(4)资源的整合利用通过建立不同地域的商务网络及企业间密切的合作，实现产品设计、资源利用、制造流程一体化，对产品质量、时效性、生产成本等进行动态实时优化。16/63国内外发展情况中国制造—2025绪论国内外发展情况三步走战略五项指导方针九大战略任务八项措施四条原则《中国制造—2025》是中国版的“工业4.0”规划，由国务院于2015年5月8日公布第三步：到建国一百年，进入世界制造强国行列前列创新驱动市场主导政府引导深化体制机制改革提高国家制业创新能力自主发展开放合作第一步：力争用十年时间，进入世界制造强国行列第二步：到2035年，进入世界制造强国行列中列立足当前着眼长远整体推进重点突破绿色发展质量为先结构优化人才为本强化工业基础能力推进信息化与工业化深度融合全面推进绿色制造大力推进重点领域突破发展深入推进制造业结构调整提高制造业国际化发展水平加强质量品牌建设积极发展服务型制造和生产性服务营造公平竞争市场环境完善金融扶持政策加大财税政策支持力度健全多层次人才培养体系完善中小企业政策进一步扩大制造业对外开放健全组织实施机制17/63设备故障诊断的概念绪论设备故障诊断的概念2What?1Why?3How?什么是设备故障诊断为什么要进行设备故障诊断如何进行设备故障诊断18/63为什么要进行故障诊断设备的一生规划、设计、制造（前半生）安装、使用、维修、改造、更新、报废（后半生）对现场设备管理者来说，使用和维修阶段是最重要的、经历时间最长的阶段、设备充分发挥其功能和创造财富的阶段。设备的故障会直接影响到设备的使用和维修，甚至会造成巨大的经济损失和严重的安全问题绪论设备故障诊断的概念19/63为什么要进行故障诊断2005年1月19日22点20分，某钢铁厂粗轧机齿轮箱轴承损毁，整条生产线被迫停机，事故检修共用了48小时。轴承保持架断&轴承内圈破裂轴承严重损坏直接经济损失3000多万！绪论设备故障诊断的概念20/63为什么要进行故障诊断在航天、化工、核电等领域中，一些设备故障如果不能及时发现和排除，会酿成重大灾难事故导致巨大经济损失威胁社会公共安全造成严重政治影响绪论设备故障诊断的概念21/63为什么要进行故障诊断实例11986年美国“挑战者”号航天飞机失事，2003年美国“哥伦比亚”号航天飞机失事，航天飞机直接经济损失24亿美元，飞机上所有的航天员全部罹难。绪论设备故障诊断的概念右侧燃料箱的橡胶材料密封环在低温条件下硬化、失效多块隔热瓦的脱落22/63为什么要进行故障诊断绪论设备故障诊断的概念实例21985年12月，印度博帕尔市农药厂发生异氰酸甲酯毒气泄漏事故，造成2000多人死亡，20多万人受害23/63为什么要进行故障诊断美国三里岛核电站绪论设备故障诊断的概念实例31979年3月29日，美国三里岛核电站设备发生故障，放射性物质释放，不仅造成几十亿美元的经济损失，而且核辐射极大危害当地居民的身体健康。2011年3月11日，日本福岛核电站由于9.0级地震及随后引起的海啸，摧毁了正在运行的1-2-3号机组；于2013年7月22日，再次发生泄漏。日本福岛核电站24/63为什么要进行故障诊断①可以早发现、早预防，保证生产正常运行，减少经济损失，防止安全事故发生。②掌握设备过去和现在的运行状态，预测设备未来的工作状态，可以为设备管理和维修决策提供技术根据设计、制造、安装、使用长期运行中，设备故障难以避免及时发现设备的异常和故障，尽早采取防治措施绪论设备故障诊断的概念25/63设备故障诊断的概念绪论设备故障诊断的概念2What?1Why?3How?什么是设备故障诊断为什么要进行设备故障诊断如何进行设备故障诊断保障设备安全26/63什么是设备故障诊断绪论设备故障诊断的概念医生工程师机器人看病设备故障诊断的思想来源于医学诊断27/63什么是设备故障诊断绪论设备故障诊断的概念医学诊断方法设备故障诊断方法听、摸、看、闻振动与噪声监测温度测量油液分析应力应变测量无损检测技术（裂纹）望、闻、问、切听心音、做心电图量体温验血验尿量血压X射线、超声检查问病史查阅设备档案资料28/63基本概念利用多种检测手段，测量设备运行状态的特征参数，将测量值与设定的正常值进行比较，判断设备的工作状态是否正常，预测设备状态的变化趋势，并提供维修决策支持。需要注意的地方在设备运行中或在基本不拆卸的情况下对设备工作状态进行综合评价确定设备的整体或局部是否工作正常发现早期故障及其原因掌握设备状态的变化历史，预报状态发展趋势什么是设备故障诊断29/63设备故障诊断的概念绪论设备故障诊断的概念2What?1Why?3How?什么是设备故障诊断为什么要进行设备故障诊断如何进行设备故障诊断保障设备安全给机器看病30/63如何进行设备故障诊断三个阶段状态监测分析诊断决策处理绪论设备故障诊断的概念信号采集、数据显示设备传感器分析处理、状态识别故障诊断、决策治理防治监护运行停机检修参考图谱状态监测分析诊断决策处理巡回监测31/63如何进行设备故障诊断状态监测传感器（物理信号→电压信号）信号调理（功放、滤波）数据采集/存储（A/D采样）状态数据显示绪论设备故障诊断的概念电机轴承座压缩机传感器如何进行设备故障诊断分析诊断状态信号分析设备故障判断与定位设备状态预测绪论设备故障诊断的概念信号处理轴承外圈故障如何进行设备故障诊断分析诊断状态信号分析设备故障判断与定位设备状态预测报警值危险值停机日期报警日期绪论设备故障诊断的概念趋势预测图如何进行设备故障诊断决策处理在确保安全的前提下，将不采用故障诊断技术时的立即停机检修，转化为采用故障诊断技术后的维持运行，延长设备运行周期•巡回监测•监护运行•停机检修设备管理与维修策略绪论设备故障诊断的概念35/63绪论设备故障诊断的概念设备故障诊断技术简介如何开展设备故障诊断工作36/63设备故障诊断技术简介设备故障的分类设备故障的特点常用的故障诊断技术故障诊断技术与状态监测技术的关系故障诊断技术与维修方式的关系故障诊断技术的主要研究内容绪论设备故障诊断技术简介设备故障的概念与分类故障的概念设备故障是指“设备功能失常”，即设备不能达到预期的工作状态，无法满足应有的性能、功能故障的分类按故障的性质分类•人为故障、自然故障按故障发展速度分类•突发性故障、渐进性故障按故障发生时期分类•早期故障、使用期故障、后期故障按故障的表现形式分类•结构损伤性故障、运动状态劣化性故障绪论设备故障诊断技术简介早期（磨合期）正常使用期后期（损坏期）设备故障率设备设用时间38/63结构损伤性故障设备结构内外产生与原始设计、加工状态不一致的缺陷和损伤。主要形式有：磨损：摩擦磨损、粘着磨损、磨粒磨损、腐蚀磨损、微动磨损、表面疲