機(jī)械故障診斷學(xué)0概要

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.8388574913852477907主要參考書：機(jī)械故障診斷李國(guó)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(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)學(xué)問(wèn)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)中取勝供應(yīng)了有力的工具。一.21世紀(jì)世界各國(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)學(xué)問(wèn)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。學(xué)問(wèn)經(jīng)濟(jì)時(shí)代：以學(xué)問(wèn)、創(chuàng)新為主體。一.21世紀(jì)世界各國(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)學(xué)問(wèn)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)：學(xué)問(wèn)更新越來(lái)越快：近幾年人類擁有的學(xué)問(wèn)量約每五年翻一翻。工科高校畢業(yè)生學(xué)問(wèn)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(shuō)明這一問(wèn)題。學(xué)問(wèn)轉(zhuǎn)化越來(lái)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年提動(dòng)身電機(jī)原理，1872年發(fā)電機(jī)問(wèn)世,經(jīng)過(guò)了41年；從激光原理提出到激光器制成僅經(jīng)過(guò)6年；1974年提出無(wú)線移動(dòng)通訊原理，1978年手機(jī)問(wèn)世，只有4年。一.21世紀(jì)世界各國(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)學(xué)問(wèn)經(jīng)濟(jì)的挑戰(zhàn)：對(duì)經(jīng)濟(jì)的推動(dòng)作用越來(lái)越大科學(xué)技術(shù)對(duì)經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)貢獻(xiàn)率美國(guó)達(dá)80％、中國(guó)為30％學(xué)問(wèn)的資本化美國(guó)微軟公司沒(méi)有很大的廠房，憑借學(xué)問(wèn)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(guó)福特、通用、克萊斯勒三大汽車公司年產(chǎn)值的總和。學(xué)問(wèn)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(guó)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”、“天際若比鄰”已成為現(xiàn)實(shí)。經(jīng)濟(jì)全球化，人才、資金、技術(shù)等已在全球范圍內(nèi)流淌和配置。統(tǒng)計(jì)資料表明：全世界平均每年有1.7萬(wàn)科技專業(yè)人才能脆定居美國(guó)，16.8萬(wàn)臨時(shí)簽證前往美國(guó)工作，18.3萬(wàn)外國(guó)留學(xué)生進(jìn)入美國(guó)學(xué)習(xí)，世界科技移民的40%最終進(jìn)入美國(guó)。發(fā)展中國(guó)家在全球人才爭(zhēng)奪中境況極為不利，以我國(guó)為例1978-2003年間出國(guó)留學(xué)的70.02萬(wàn)人中，回國(guó)率不到30%。世界500強(qiáng)企業(yè)已有300多家進(jìn)入了中國(guó)市場(chǎng)。我國(guó)已加入WTO，機(jī)遇和挑戰(zhàn)并存。一.21世紀(jì)世界各國(guó)面臨的三大挑戰(zhàn)可持續(xù)發(fā)展的挑戰(zhàn)：資源奢侈和漸漸枯竭，環(huán)境污染—疼惜地球。我國(guó)300多座城市缺水，5000多萬(wàn)人飲水困難。能源驚惶，我國(guó)煤、石油枯竭后應(yīng)實(shí)行何種對(duì)策。世界上污染最重10個(gè)城市，我國(guó)占5個(gè)。酸雨現(xiàn)象嚴(yán)峻，一些高硫煤地區(qū)幾乎無(wú)雨不酸。沙塵暴天氣頻頻出現(xiàn)。必需創(chuàng)建資源節(jié)約型、環(huán)境友好型社會(huì)。高新技術(shù)設(shè)備為在激烈的競(jìng)爭(zhēng)中取勝供應(yīng)了有力的工具。緒論二.問(wèn)題的提出2.1修理費(fèi)用昂貴20世紀(jì)70年頭英國(guó)統(tǒng)計(jì)，因設(shè)備帶病工作多消耗能源50%左右。1980年美國(guó)工業(yè)設(shè)備修理費(fèi)用為2465億美元，而當(dāng)年稅收總額為7500億美元。德國(guó)當(dāng)前每年設(shè)備修理費(fèi)用達(dá)4000—5000億馬克，占國(guó)民生產(chǎn)總值的13%—15%左右。我國(guó)某些大型鋼廠每年設(shè)備修理費(fèi)用達(dá)2億元以上。緒論二.問(wèn)題的提出2.2重大事故頻頻出現(xiàn)1979年美國(guó)三里島核電站堆藏?fù)p壞事故，損失幾十億美元，公眾猛烈抗議。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(wàn)人受害。1986年美國(guó)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分前蘇聯(lián)契爾諾貝利核電站核反應(yīng)爐爆炸事故，3萬(wàn)多人死亡，5萬(wàn)多人受輻射損害，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(wèn)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)生猛烈振動(dòng)，三次停機(jī)，損失千萬(wàn)元以上。1985年山西某電廠一臺(tái)20萬(wàn)千瓦汽輪發(fā)電機(jī)組損壞，干脆損失千萬(wàn)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(wàn)元。緒論二.問(wèn)題的提出2.3國(guó)家對(duì)設(shè)備管理極為重視：1987年國(guó)務(wù)院發(fā)布了“全民全部制工交企業(yè)設(shè)備管理?xiàng)l例”。1990年第三次全國(guó)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)裝備素養(yǎng)”。李鵬題詞“工欲善其事，必先利其器，維護(hù)設(shè)備完好，疼惜企業(yè)生產(chǎn)力”。1996年國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“九五全國(guó)設(shè)備管理綱要”。1997年全國(guó)人大28次會(huì)議通過(guò)了“節(jié)約能源法”。1999年3月國(guó)家經(jīng)貿(mào)委發(fā)布“重點(diǎn)用能單位節(jié)能管理方法”。1999年1月和2000年1月國(guó)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)品的書目”。緒論二.問(wèn)題的提出2.3國(guó)家對(duì)設(shè)備管理極為重視：從上世紀(jì)80年頭起先，美國(guó)、歐盟很多國(guó)家為了提高軍事裝備的戰(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，還提出了牢靠性、修理性、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(guó)也特殊重視，大力開(kāi)展了這方面的工作。緒論二.問(wèn)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)、制造水平供應(yīng)信息—通過(guò)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)下運(yùn)行（生產(chǎn)率、質(zhì)量、能耗、環(huán)保等）供應(yīng)信息—通過(guò)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)備的故障診斷供應(yīng)信息—通過(guò)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(wèn)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)平安牢靠性要求極高，出現(xiàn)事故危及人身平安，甚至環(huán)境污染。（3）現(xiàn)代設(shè)備技術(shù)先進(jìn)，結(jié)構(gòu)困難，有的不能解體檢查，故障難以感官和閱歷推斷。（4）修理人員老齡化，青年人閱歷不足。緒論二.問(wèn)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)、快速精確的提取信息、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年美國(guó)“挑戰(zhàn)者”號(hào)宇航飛機(jī)失事后，曾對(duì)事故緣由進(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)向地面限制臺(tái)發(fā)回了大量數(shù)據(jù)，為調(diào)查事故緣由供應(yīng)關(guān)鍵性依據(jù)?！疤魬?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)降孛嫦拗婆_(tái)。緒論三.設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的實(shí)例依據(jù)對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行分析發(fā)覺(jué)，“挑戰(zhàn)者”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(wàn)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)的事故緣由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)，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(guò)處理后，在駕駛艙中干脆顯示，為機(jī)組人員供應(yīng)駕駛所必需的參數(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，為地勤人員供應(yīng)了是否須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)有完善的疼惜與診斷系統(tǒng)。傳感系統(tǒng)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化探討，計(jì)算機(jī)軟件的開(kāi)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)嵱没l(fā)展，已起先了機(jī)器診斷專家系統(tǒng)的探討，這是工況監(jiān)測(cè)與診斷技術(shù)的新動(dòng)向。緒論四.設(shè)備修理發(fā)展的三個(gè)階段(1)事后修理18、19世紀(jì)，蒸汽機(jī)、電機(jī)出現(xiàn)，完成手工向機(jī)器生產(chǎn)轉(zhuǎn)化，由于規(guī)模小、生產(chǎn)力低、費(fèi)用低，修理接受不壞不修、壞了才修。(2)定期修理進(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)器困難性增加，生產(chǎn)力提高，停產(chǎn)損失加大，出現(xiàn)定期修理，分小修、中修、大修。缺點(diǎn)：可能出現(xiàn)過(guò)失修理和過(guò)剩修理。緒論四.設(shè)備修理發(fā)展的三個(gè)階段(3)狀態(tài)修理背景：美國(guó)1961年起先執(zhí)行具有劃時(shí)代意義的阿波羅支配；1964年日本建成地鐵新干線和東京奧林匹克體育場(chǎng)；英國(guó)從節(jié)約能源和降低成本動(dòng)身，1970年提出設(shè)備綜合工程和壽命周期費(fèi)用的問(wèn)題。內(nèi)涵：對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，推斷運(yùn)行是否正常，查出故障，找尋緣由，預(yù)報(bào)發(fā)展趨勢(shì)，制定支配，進(jìn)行修理。效益：接受狀態(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(guó)對(duì)2000家工廠調(diào)查表明，每年設(shè)備修理費(fèi)可節(jié)約3億英鎊；日本有關(guān)資料指出，每年設(shè)備修理費(fèi)可削減25—50%；美國(guó)Pekrul發(fā)電廠每年設(shè)備修理費(fèi)節(jié)約了120萬(wàn)美元。我國(guó)某石化企業(yè)每年削減修理停產(chǎn)時(shí)間，增加產(chǎn)值超過(guò)千萬(wàn)元；某機(jī)械施工單位擁有工程機(jī)械232臺(tái)，每年修理材料費(fèi)降低30%、修理工作量降低47%；某港口15噸帶斗門機(jī)每年平均停機(jī)修理時(shí)間從45天降至9天。緒論四.設(shè)備修理發(fā)展的三個(gè)階段(3)狀態(tài)修理緒論設(shè)備修理費(fèi)可削減25—50%；投入產(chǎn)出比1:15。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)試中醫(yī)：望、聞、問(wèn)、切聽(tīng)、摸、看、聞西醫(yī)：望、觸、扣、聽(tīng)、嗅目的：干脆視察，通過(guò)形貌、聲音、溫度、顏色、氣味的變更進(jìn)行推斷。聽(tīng)心音、做心電圖振動(dòng)、噪聲測(cè)試目的：探討振動(dòng)、噪聲的大小及其變更規(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：探討分析溫度的變更量血壓應(yīng)力應(yīng)變、液壓氣壓測(cè)試目的：探討分析力、應(yīng)力、應(yīng)變的變更化驗(yàn)（血、尿）油液分析目的：探討分析油液中磨粒的化學(xué)成分、形貌、數(shù)量，推斷機(jī)件的磨損狀況。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(wèn)病史查閱機(jī)器運(yùn)行技術(shù)擋案目的：找規(guī)律、查緣由、作推斷緒論六.狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷的內(nèi)容（1）依據(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）正確選用傳感器、二次儀表、記錄儀器