機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù),第一章 概 述 機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)是在現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)、識(shí)別理論、計(jì)算機(jī)科學(xué)等多學(xué)科成就基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一門嶄新的綜合性橫斷科學(xué)，是醫(yī)學(xué)診斷思想在機(jī)械工程中的應(yīng)用。 設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)的基本任務(wù)是運(yùn)用現(xiàn)代檢測(cè)技術(shù)獲取某些最能反映設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的特征參數(shù)并據(jù)以判定設(shè)備正?；蚬收稀?故障診斷則不僅對(duì)狀態(tài)是否正常作出判斷，還需要進(jìn)一步分析、確定故障的性質(zhì)、類別、部位、程度、原因以及發(fā)展趨勢(shì)等等。 由此可見(jiàn)，設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)與設(shè)備的故障診斷技術(shù)之間既有區(qū)別又有密切的聯(lián)系，二者不可分割。狀態(tài)監(jiān)測(cè)是故障診斷的基礎(chǔ)或簡(jiǎn)易的故障診斷，有時(shí)亦將二者統(tǒng)稱為設(shè)備的故障診斷。,第一章 概述,近些年來(lái)，設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷逐漸進(jìn)入工程應(yīng)用階段，技術(shù)日趨成熟，應(yīng)用范圍日趨廣泛，成為現(xiàn)代設(shè)備維護(hù)技術(shù)的一個(gè)重要組成部分。一、實(shí)施設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的意義1.機(jī)械設(shè)備維護(hù)的基本任務(wù)：對(duì)設(shè)備進(jìn)行合理的技術(shù)維護(hù)、及時(shí)發(fā)現(xiàn)異常和故障、適時(shí)采取檢修措施以最大限度保證其正常運(yùn)行。2.傳統(tǒng)的機(jī)械設(shè)備維護(hù)方法一定意義上的經(jīng)驗(yàn)維護(hù)法特點(diǎn)：具有相當(dāng)?shù)木窒扌裕揽咳说难劭?、耳?tīng)、手摸等感觀手段獲取某種信息繼而憑借過(guò)去的經(jīng)驗(yàn)來(lái)加以判斷。 2.1 傳統(tǒng)維修體制中的設(shè)備維護(hù)方式： 事后維修 不足維修導(dǎo)致嚴(yán)重事故 定期維修 過(guò)剩維修停機(jī)停產(chǎn)、增加檢修費(fèi)用 （大、中、小修 ） 不足維修新故障和潛在的故障因素,第一章 概 述,2.2重要缺陷傳統(tǒng)的檢修方式對(duì)于故障的尋找往往需要對(duì)設(shè)備的大拆大卸才能實(shí)現(xiàn)，檢修周期長(zhǎng)，且檢修后，設(shè)備其他一些并無(wú)故障的零部件間的正常配合或裝配關(guān)系常遭到破壞，又往往引起新的故障或潛在的故障因素。3.視情維修理想的機(jī)械設(shè)備維修方式 視情維修是根據(jù)設(shè)備運(yùn)行故障狀態(tài)來(lái)確定維修時(shí)間、內(nèi)容和方法。亦屬預(yù)防性維修，不同的是，它以設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)為基礎(chǔ)、以對(duì)故障診斷和預(yù)測(cè)結(jié)果而采取維護(hù)決策的，因而更具有客觀性、科學(xué)性。 正是由于設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)和故障診斷技術(shù)的成熟和應(yīng)用，視情維修才成為可能并進(jìn)入實(shí)際應(yīng)用階段，這是設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備維護(hù)體制產(chǎn)生的最具有深刻意義的影響，并成為設(shè)備維護(hù)管理工作現(xiàn)代化的一個(gè)重要標(biāo)志。,二.設(shè)備故障診斷技術(shù)的分類,1.按診斷對(duì)象的類別分類 .旋轉(zhuǎn)機(jī)械診斷技術(shù) .往復(fù)機(jī)械診斷技術(shù) .工程結(jié)構(gòu)診斷技術(shù) .機(jī)械零件診斷技術(shù) .液壓設(shè)備診斷技術(shù) .電氣設(shè)備診斷技術(shù) .生產(chǎn)過(guò)程綜合診斷技術(shù)2.按診斷的目的、要求和條件 性能診斷和運(yùn)行診斷 定期診斷和連續(xù)診斷 直接診斷和間接診斷 常規(guī)診斷和特殊診斷 在線診斷和離線診斷 簡(jiǎn)易診斷和精密診斷3.從所利用的設(shè)備狀態(tài)信號(hào)來(lái)分振動(dòng)診斷：以平穩(wěn)振動(dòng)、瞬態(tài)振動(dòng)、機(jī)械導(dǎo)納及模態(tài)參數(shù)為檢測(cè)目標(biāo),進(jìn)行特征分析、譜分析和時(shí)域分析，也包括含有相位信息的全息譜診斷法和其他方法。,故障診斷技術(shù)分類,強(qiáng)度診斷：以力、應(yīng)力、應(yīng)變、扭矩等機(jī)械參數(shù)為檢測(cè)目標(biāo)。進(jìn)行 冷熱強(qiáng)度變形、結(jié)構(gòu)損傷容限與壽命分析。溫度診斷：以溫度、溫差、溫度場(chǎng)、熱相等為檢測(cè)目標(biāo)。進(jìn)行溫度 場(chǎng)、溫變量、紅外熱相識(shí)別與分析。聲學(xué)診斷：以噪聲、聲阻、超聲、聲發(fā)射等為檢測(cè)目標(biāo)。電參數(shù)診斷：以電信號(hào)、功率及磁特性等為檢測(cè)目標(biāo)。光學(xué)診斷：,設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)振動(dòng)、軸心軌跡、扭矩（非接觸式遙測(cè)）、 壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)（數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警及故障診斷）模塊化組態(tài)圖形化的編程語(yǔ)言虛擬儀表顯示故障診斷專家系統(tǒng)具有中試基地,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,信號(hào)分析與處理軟件包設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng)FFTFS頻譜細(xì)化技術(shù)軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷小波分析在故障診斷中的應(yīng)用應(yīng)用光譜、鐵譜結(jié)合電譜能譜對(duì)潤(rùn)滑油樣進(jìn)行分析設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析,信號(hào)分析與處理軟件包,在windows或DOS環(huán)境下運(yùn)行信號(hào)采集及分析功能時(shí)域、頻域、倒頻域、幅值域及其它域分析處理功能時(shí)移和頻移功能加窗功能（矩形窗、漢寧窗等8種窗）信號(hào)合成與分解低通、高通、帶通、帶阻四種濾波,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng),振動(dòng)、軸心軌跡、扭矩（非接觸式遙測(cè)）、 壓力、溫度、轉(zhuǎn)速、電流、電壓等信號(hào)的在線監(jiān)測(cè)（數(shù)據(jù)采集，運(yùn)算、存儲(chǔ)、顯示、報(bào)警及故障診斷）模塊化組態(tài)圖形化的編程語(yǔ)言虛擬儀表顯示故障診斷專家系統(tǒng)具有中試基地,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷中試基地,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,李友榮教授給學(xué)生講解設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng),虛擬儀表,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,設(shè)備在線監(jiān)測(cè)及故障診斷系統(tǒng) 故障診斷專家系統(tǒng),FFTFS頻譜細(xì)化技術(shù),FFT:頻率分辨率f為采樣頻率fs與采樣點(diǎn) 數(shù)N的比值。要f 小， fs大，則N必 更大，使運(yùn)算速度和分析效率大大降低FFTFS：先進(jìn)行FFT，對(duì)感興趣的頻帶進(jìn)行FS處理，可得連續(xù)的頻譜曲線，頻 率分辨率f 不再受采樣點(diǎn)數(shù)的限制。,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷,R1減速機(jī)轉(zhuǎn)頻7.13HZ，高速級(jí)齒輪嚙合頻率221.13HZ故障：高速級(jí)齒輪軸線不平行，齒面嚴(yán)重?fù)p傷（99年已更換）,a. 功率譜圖,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷,b.功率譜細(xì)化圖(200230Hz),c. 功率譜細(xì)化圖(030Hz),用FFTFS頻譜細(xì)化分析結(jié)果,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷,R1、R4齒輪座咬入、拋出時(shí)振動(dòng)很大，穩(wěn)態(tài)軋制時(shí)振動(dòng)很小水平方向振動(dòng)>鉛垂方向振動(dòng)上軸水平方向>下軸水平方向振動(dòng)故障：地腳螺栓預(yù)緊力不足,齒輪座受傾翻力矩作用,軋機(jī)主傳動(dòng)系統(tǒng)故障診斷,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,a. 咬入,c.拋出,齒輪座振動(dòng)紀(jì)錄曲線,小波分析在故障診斷中的應(yīng)用,小波具有時(shí)頻“聚焦”特性高斯小波最大熵譜分析小波分析AR譜實(shí)現(xiàn)微弱故障診斷信號(hào)分離和提取，發(fā)現(xiàn)早期故障R1減速機(jī)高速軸工作側(cè)軸承保持架不平衡產(chǎn)生的故障頻率計(jì)算值3.19HZ 故障：該軸承保持架不平衡,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,應(yīng)用光譜、鐵譜結(jié)合電鏡能譜進(jìn)行潤(rùn) 滑油樣分析（冶金部基金課題）,鐵譜：對(duì)非鐵磁性磨屑不敏感鐵譜與電鏡能譜結(jié)合：用電鏡能譜儀對(duì)鐵譜片上典型顆粒的材料成分進(jìn)行分析，對(duì)非鐵磁性磨屑（有色金屬，非金屬）也有效，拓寬了潤(rùn)滑油樣分析的應(yīng)用范圍，給故障定性、定量、定位,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,鐵譜片,電鏡能譜片,左圖為鐵譜譜片,上圖為該鐵譜片的 電鏡能譜譜片,設(shè)備狀態(tài)趨勢(shì)分析,灰色馬爾柯夫非等間隔預(yù)測(cè)模型振動(dòng)烈度海圖分析,機(jī)械振動(dòng)及設(shè)備故障診斷方向,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,軋機(jī)機(jī)架三維有限元分析十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器三維有限元分析卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析鋼包溫度場(chǎng)及應(yīng)力場(chǎng)計(jì)算機(jī)仿真連鑄機(jī)拉矯輥溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真,太鋼1000初軋機(jī)機(jī)架上橫梁壓下螺母孔承壓面小圓角處：按材料力學(xué)計(jì)算：在中性層附近，應(yīng)力很小有限元計(jì)算：兩向受力，一向受壓，等效應(yīng)力最大實(shí)際檢測(cè)：已出現(xiàn)600mm長(zhǎng)環(huán)形裂紋（12mm深),軋機(jī)機(jī)架三維有限元分析,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向在故障診斷中的應(yīng)用,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器三維有限元分析,2800軋機(jī)主傳動(dòng)十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器十字軸在軋制30萬(wàn)噸鋼板后斷裂軋輥端叉頭在軋制90萬(wàn)噸鋼板后斷裂,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向在故障診斷中的應(yīng)用,十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器三維有限元分析,軋輥端叉頭應(yīng)力分布,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,軋輥端叉頭最大應(yīng)力部位應(yīng)力分布,十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器三維有限元分析,十字軸,十字軸萬(wàn)向聯(lián)軸器三維有限元分析,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析,支臂最大主應(yīng)力分布圖,卷取機(jī)助卷輥支臂三維有限元分析,支臂油缸耳軸筋板部位 最大主應(yīng)力分布圖,鋼包溫度場(chǎng)及應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真（與材料學(xué)科聯(lián)合培養(yǎng)博士課題）,注入、運(yùn)輸、澆注、冷卻過(guò)程溫度場(chǎng)變化注入、運(yùn)輸、澆注、冷卻過(guò)程應(yīng)力場(chǎng)變化耐火材料物性對(duì)溫度場(chǎng)、應(yīng)力場(chǎng)的影響耐火材料各種溫度下的物性優(yōu)化耐火磚形狀、尺寸優(yōu)化,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,溫度場(chǎng)分布,熱機(jī)械應(yīng)力場(chǎng),連鑄機(jī)拉矯輥溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真,拉矯輥斷面溫度場(chǎng)計(jì)及輥系材料物性隨溫度的變化用有限差分法計(jì)算溫度場(chǎng),結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,拉矯輥斷面等溫線,連鑄機(jī)拉矯輥溫度場(chǎng)及熱應(yīng)力計(jì)算機(jī)仿真,表面熱應(yīng)力已超過(guò)屈服極限用有限元法進(jìn)行彈塑性分析殘余應(yīng)力導(dǎo)致輥系表面出現(xiàn)交替的拉、壓應(yīng)力，產(chǎn)生疲勞破壞軸向殘余應(yīng)力過(guò)大（表面裂紋多為環(huán)狀）改進(jìn)措施：提高冷卻水溫度加大內(nèi)孔（冷卻水道）直徑修復(fù)時(shí)采用沿軸線方向的條形堆焊（不用環(huán)焊）,結(jié)構(gòu)計(jì)算機(jī)仿真方向,