機電設(shè)備安裝與維修課件：機電設(shè)備的故障診斷

機電設(shè)備安裝與維修

機電設(shè)備的故障診斷

機電設(shè)備故障的基本概念I(lǐng)II機電設(shè)備失效的原因與對策機電設(shè)備故障診斷及診斷技術(shù)III一、機電設(shè)備故障的定義：機電設(shè)備失去正常工作能力的現(xiàn)象稱為故障，在機電設(shè)備使用過程中，機電設(shè)備的零件由于設(shè)計、材料、工藝及裝配等各種原因喪失規(guī)定的功能，無法繼續(xù)工作的現(xiàn)象稱為失效。當機電設(shè)備的關(guān)鍵零部件失效時，就意味著設(shè)備處于故障狀態(tài)。機電設(shè)備發(fā)生故障后，其經(jīng)濟技術(shù)指標就會有部分或全部下降而達不到預(yù)定要求（功率下降、精度降低、發(fā)生強烈振動、出現(xiàn)不正常的聲響等）故障規(guī)律曲線設(shè)備劣化周期圖機電設(shè)備故障的基本概念二、故障的分類：1.按照故障存在的程度分類：暫時性故障，永久性故障2.按故障發(fā)生、發(fā)展的進行分類：突發(fā)性故障，漸發(fā)性故障3.按故障的嚴重程度分類：破壞性故障，非破壞性故障4.按故障發(fā)生的原因分類：外因故障（人員，環(huán)境），內(nèi)因故障（設(shè)計、材料）5.按故障的相關(guān)性分類：相關(guān)故障（間接），非相關(guān)故障（直接）6.按故障發(fā)生的時期分類：早期故障（初期），使用期故障，后期故障（耗散期）基本分類：機電設(shè)備的故障分為自然故障和事故性故障兩類（1）自然故障，指機電設(shè)備各部分零件的正常磨損或物理、化學變化造成零件的變形、斷裂、蝕損等，是機電設(shè)備的零部件失效引起的故障（2）事故性故障，指因維護調(diào)試不當，違反操作規(guī)程或使用了質(zhì)量不合格的零件和材料等造成的故障，這類故障是人為造成的，是可以避免的2.機電設(shè)備的故障和機械零部件失效密不可分。機電設(shè)備的類型很多，運行工況和環(huán)境條件的差異很大，機電設(shè)備零部件的失效模式也很多，主要有磨損、變形、斷裂、蝕損等四種具有代表性的普通失效模式。1.安裝調(diào)試未達到設(shè)備的質(zhì)量標準，操作人員不按照規(guī)程操作，日常維護不按照計劃執(zhí)行等因素是導致機電設(shè)備出現(xiàn)故障的重要原因。3.機電設(shè)備的電氣系統(tǒng)受環(huán)境條件和運行條件以及元器件劣化的影響而出現(xiàn)失效狀況。主要的失效模式有接觸不良、導體材料性能變化、電氣工況變化等。機電設(shè)備失效的原因及對策一、概述機械磨損規(guī)律圖二、機械零部件的磨損及其對策：兩個物體相對運動的接觸表面（即摩擦表面）有一定的粗糙度，無論怎樣精密細致地加工、研磨、拋光，表面總是會存在凹凸不平自然磨損機件在正常的工作條件下，其配合表面不斷受到摩擦力的作用，有時由于受周圍環(huán)境溫度或介質(zhì)的作用，使機件的金屬表面逐漸產(chǎn)生的磨損。

事故磨損由于機器設(shè)計和制造中的缺陷，以及不正確地使用、操作、維護、修理等人為的原因，而造成過早的、有時甚至是突然發(fā)生的劇烈磨損按磨損的原因分為粘著磨損、磨料磨損、表面疲勞磨損和腐蝕磨損。1.磨料磨損

其顯著特點就是，磨損表面具有與相對運動方向平行的細小溝槽，磨損產(chǎn)物中有螺旋狀、環(huán)狀或彎曲裝細小切屑及部分的粉末。減少磨料磨損的措施為：對空氣、油料過濾，注意關(guān)鍵部位的密封，經(jīng)常維護，清洗、換油；提高摩擦副表面的制造精度；進行適當?shù)谋砻嫣幚恚佑|表面采用一軟一硬的材料，在潤滑系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)中裝入吸鐵石、集屑房和濾清器堵塞報警裝置，及時清理濾清器和更換濾芯。2.粘著磨損

摩擦表面越潔凈越可能發(fā)生表面的粘著，因此應(yīng)盡可能使摩擦表面有吸附物、氧化層和潤滑劑。摩擦表面的成分和金相組織互溶性越好，粘著傾向越大，同種材料互溶性好，異種材料互溶性差；輕載荷不易發(fā)生粘著，重載高速容易發(fā)生粘著磨損。減少粘著磨損的措施為：合理潤滑，選擇互溶性小的材料配對，金屬與非金屬配對；適當?shù)谋砻嫣幚恚刂颇Σ粮绷慵墓ぷ鳁l件。3.疲勞磨損

摩擦副表面相對滾動或滑動時，材料受到周期性交變載荷的作用產(chǎn)生重復(fù)變形，當超過材料的疲勞強度時，金屬表面產(chǎn)生疲勞裂紋并不斷擴展，最終引起材料表層脫落，造成點蝕和剝落的現(xiàn)象。其表現(xiàn)是摩擦表面出現(xiàn)大小、深淺不一的麻點、痘斑狀凹坑，導致零件在工作中噪聲增大，振動增強，溫度升高等。提高抗疲勞磨損的措施為：減少材料中的脆性夾雜物，適當?shù)挠捕确秶?，提高表面加工質(zhì)量，進行表面處理（滲碳、淬火、噴丸、滾壓等），合理的潤滑，提高裝配質(zhì)量，摩擦表面的清潔。4.腐蝕磨損

摩擦表面發(fā)生化學或者電化學反應(yīng)生成腐蝕物，在隨后的摩擦過程中被磨損掉，不斷重復(fù)的磨損方式。防止腐蝕磨損的措施：控制滑動速度和接觸載荷，合理選擇潤滑油的粘度并添加中性極壓添加劑，選用某些特殊截止形成化學結(jié)合力較高、較致密的鈍化膜；正確選擇摩擦副材料等。三、機械零部件的變形及其處理方法：引起零件變形主要原因：1）當外載荷產(chǎn)生的應(yīng)力超過材料的屈服強度時，零件產(chǎn)生過應(yīng)力永久變形。

2）溫度升高，金屬材料抗切變能力下降，容易產(chǎn)生滑移變形，使材料的屈服極限下降；或零件受熱不均，各處溫差較大，產(chǎn)生較大的熱應(yīng)力，引起零件變形。

3）由于殘留的內(nèi)應(yīng)力，影響零件的靜強度和尺寸的穩(wěn)定性，不僅使零件的彈性極限降低，還會產(chǎn)生減少內(nèi)應(yīng)力的塑性變形。

4）由于材料內(nèi)部存在缺陷。減少變形的措施：正確選擇材料及工藝；合理設(shè)計零部件；制造中進行時效處理減小零件的內(nèi)應(yīng)力；修理中注意采用新修復(fù)工藝；使用中嚴格按照操作規(guī)程，避免超負荷、超速運行。機械在工作過程中，由于受力的作用，機械的尺寸或形態(tài)發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為變形。零件變形分為彈性變形和塑性變形和蠕變。四、機械零部件的斷裂及其處理方法：斷裂是物體在機械力、熱、磁、腐蝕等單獨或聯(lián)合作用下，其本身連續(xù)性遭到破壞，發(fā)生局部開裂或分裂成幾部分的現(xiàn)象。按照斷裂后斷口的形態(tài)特征分為韌性斷裂和脆性斷裂；按照斷裂的原因：分為過載斷裂、疲勞斷裂、氫脆斷裂、腐蝕斷裂、低應(yīng)力脆性斷裂和蠕變斷裂等。脆性斷口疲勞斷口減輕斷裂危害的措施有：

減少局部應(yīng)力集中；減少殘余應(yīng)力的影響；控制載荷防止超載的發(fā)生；正確的選擇零件材料；正確的裝配，防止產(chǎn)生附加應(yīng)力和振動；防止腐蝕；早期發(fā)現(xiàn)裂紋早期處理，定期進行無損探傷和檢測；維修時避免產(chǎn)生零件斷裂的影響因素五、機械零部件的腐蝕及其處理方法：金屬受周圍介質(zhì)的作用而引起損壞的現(xiàn)象稱為腐蝕。腐蝕的分類：（1）化學腐蝕金屬與介質(zhì)直接發(fā)生化學作用而引起的損壞稱為化學腐蝕。（2）電化學腐蝕金屬表面與周圍介質(zhì)發(fā)生電化學作用的腐蝕稱為電化學腐蝕，屬于這類腐蝕的有：金屬在酸、堿、鹽溶液及海水、潮濕空氣中的腐蝕，地下金屬管線的腐蝕，埋在地下的機器底座被腐蝕等。減輕腐蝕的方法：正確選材；合理設(shè)計；覆蓋保護層；電化學保護；添加緩蝕劑；改變環(huán)境條件。六、電氣接觸不良及其處理方法：電接觸不良是導致許多電氣設(shè)備故障的重要原因。（2）電接觸表面不平整或接觸面發(fā)生位移及方向的變化，導致電接觸形式的改變也是電接觸不良的重要原因。比如面接觸、線接觸變成了點接觸，或點接觸變成了面接觸、線接觸，都可能使電接觸不良。（1）溫度對電接觸的良好性影響極大。溫度過高，電接觸兩導體表面會劇烈氧化，接觸電阻明顯增加，造成導體及其附件（零部件）溫度升高，甚至可能使觸頭發(fā)生熔焊；溫度升高會導致彈簧壓緊的觸頭的彈簧壓力降低，電接觸的穩(wěn)定性變差，容易造成電氣故障。1.造成電接觸不良的主要原因有：（3）電接觸壓力的降低，彈簧變形、傳動機構(gòu)不到位等，使電接觸壓力降低。（5）電接觸安裝工藝不符合要求。對不同的電接觸類型有不同的安裝工藝要求，達不到規(guī)定的工藝要求和標準，就會使電接觸不良。（4）電接觸表面性能不良。機電設(shè)備使用環(huán)境中的化學腐蝕、電化學腐蝕及其他變化導致電接觸表面上覆蓋著一層導電性很差的物質(zhì)（金屬的氧化物、硫化物、灰塵、污物或夾在接觸面間的油膜、水膜等）形成的表面膜電阻使接觸電阻值增大或引起接觸電阻不穩(wěn)定，甚至破壞電接觸連接的正常導電。（1）電接觸不良導致電路不通

電接觸點是電路中最薄弱的環(huán)節(jié)，如隔離開關(guān)觸頭松動、觸頭未接觸、導線連接點未搭接好、導線與設(shè)備接線端子連接螺釘松動、錫焊點斷開等，常常導致電路不通。以及電氣設(shè)備維修中常見的虛連接點”。查找“虛連接點”是查找電氣設(shè)備故障的難點之一。2.電氣接觸不良導致的后果與對策：（3）電接觸不良導致電弧的產(chǎn)生

電接觸處的一層絕緣薄膜(如水分、灰塵、氧化膜等)。在一定電壓下，在接通電路瞬間，可能被擊穿，因而會產(chǎn)生火花和電弧，從而導致更嚴重故障的發(fā)生。（2）電接觸不良導致電接觸處嚴重發(fā)熱

電接觸不良導致的發(fā)熱，一是由于接觸電阻上的發(fā)熱，二是接觸不良發(fā)生電弧產(chǎn)生的熱。電接觸發(fā)熱將進一步導致電接觸不良的惡化，使電路不通。（5）避免電接觸不良的方法：嚴格控制施工質(zhì)量；定期進行設(shè)備的緊固與測溫；確保設(shè)備絕緣安全。（4）電接觸電阻的增加可能使某些電路不能正常工作

電接觸電阻雖然很?。ㄍǔ楹翚W、微歐級），但對于某些電路則是不可忽視的因素，如電流互感器二次回路，正常運行狀態(tài)是短路運行狀態(tài)。如果該回路接觸電阻過大，將導致正常短路運行狀態(tài)被破壞，造成電測儀表誤差增大、繼電器誤動作等故障的發(fā)生。（1）溫度升高，金屬材料軟化，機械強度將明顯下降。如銅金屬材料長期工作溫度超過200℃時，機械強度明顯下降。鋁金屬材料的機械強度也與溫度密切相關(guān)，通常鋁的長期工作溫度不宜超過90℃，短時工作溫度不宜超過120℃。溫度過高，有機絕緣材料將會變脆老化，絕緣性能下降，甚至擊穿。3.導體材料發(fā)生變化引起的故障及其對策（3）通常當載流導體截面沿導體長度(軸向)發(fā)生變化時，在截面變小處會產(chǎn)生軸向電動力。這種電動力稱為收縮電動力。觸頭接觸處的電動力有使觸頭受到排斥的趨勢，也就是說，收縮電動力使觸頭接觸緊密程度變小，甚至斷開，使觸頭燒損。有時，也可利用導體形狀的改變而產(chǎn)生的電動力使觸頭壓緊。（2）電接觸材料，尤其是做開關(guān)觸頭的材料，對其導電性、硬度等有著較嚴格的要求，如果不適當?shù)馗鼡Q了原有的電接觸材料，勢必影響到電接觸的性能。其次，為了彌補某些電接觸材料的缺陷，常常在電接觸材料表面鍍上一層其他的金屬，如銀、錫、金等。在修理過程中或經(jīng)過長時間的磨損，使鍍層損傷或消失，必然使電接觸性能變差。（4）避免導體材料變化引起故障的對策：提高設(shè)備的設(shè)計負荷能力，避免電氣線路元件長期處于過載或大負荷的狀態(tài)，注重日常維護和狀態(tài)監(jiān)測，定期更換老化的元器件和導線，確保設(shè)備的絕緣安全。無論是三相電源不對稱、三相負載不對稱以及中性點偏移都是由于電源或負載沒有按規(guī)定運行或配置引起的系統(tǒng)電能偏離正常狀況，當偏離值較小時對電氣設(shè)備的影響比較小，當偏離值較大時，就可能引起電氣故障，如部分電氣設(shè)備電壓過高導致燒毀等。4.電氣工況變化引起的電氣故障及其對策電動力與電流大小密切相關(guān)。在小電流情況下，電動力對電氣裝置的正常工作沒有什么影響，然而，在大電流情況下，尤其在短路電流作用下，所產(chǎn)生的電動力是很大的。因此，電氣裝置必須具備在短路電流作用下不致?lián)p壞的穩(wěn)定性，這種穩(wěn)定性稱為電動穩(wěn)定性。超過了這種穩(wěn)定性，電氣裝置將會產(chǎn)生故障。因此在選擇設(shè)備參數(shù)時要進行動穩(wěn)定校驗。當設(shè)備的運行參數(shù)與額定值差別較大，或設(shè)備本身的運行工況（機械狀態(tài)）與出廠工況差別較大，運行條件和運行工況對設(shè)備正常運行狀況影響比較大，其中由于電流過大引起的電動力、電網(wǎng)運行工況變化（三相電源不對稱、三相負載不對稱、中性點偏移等）占的比例較大。電動力可能使隔離開關(guān)誤動作，當流過隔離開關(guān)的電流很大（如短路）時，其電動力可能使隔離開關(guān)自動打開。在電弧作用下，觸頭可能被燒毀，甚至發(fā)生火災(zāi)。為了防止這類事故的發(fā)生，隔離開關(guān)的觸頭必須夾緊，不應(yīng)有松脫現(xiàn)象，必要時還應(yīng)設(shè)置聯(lián)鎖裝置。兩根或三根平行導體在短路電流作用下，導體受到吸引力或排斥力。當這種作用力超過某一程度時，就會使導體變形、接頭松脫、支撐固定件損壞等。設(shè)備出現(xiàn)故障后，使某些特性發(fā)生改變，產(chǎn)生機械的、溫度的、噪聲的以及電磁的各種物理和化學參數(shù)的變化，發(fā)出不同的信息。利用現(xiàn)代科學技術(shù)和儀器、檢測信號變化的規(guī)律，并根據(jù)這些外部信息的變化來判定故障發(fā)生的部位、性質(zhì)和嚴重程度，分析異常情況和故障發(fā)生的原因，預(yù)測發(fā)展趨勢，判別損壞的程度，作出決策，消除故障隱患，防止事故的發(fā)生。機電設(shè)備故障診斷及診斷技術(shù)1.故障診斷技術(shù)包含的內(nèi)容：（1）機械狀態(tài)量（力、位移、振動、噪聲、溫度、壓力和流量）和電氣狀態(tài)量（電流、電壓、頻率、阻抗，開關(guān)狀態(tài)等）的監(jiān)測；（2）狀態(tài)特征參數(shù)變化的辨識和故障原因分析；（3）可靠性分析和剩余壽命估計等。2.具體實施過程可歸納為四個方面:（1）信號采集：直接觀察，性能測定（2）信號處理：幅值分析、時域分析、頻域分析（3）狀態(tài)識別：統(tǒng)計模式識別，結(jié)構(gòu)模式識別，模糊診斷（4）診斷決策：經(jīng)驗診斷，專家診斷系統(tǒng)一、故障診斷的概念：二、故障診斷的基本方法：2、精密診斷技術(shù)：更多用于設(shè)備的使用維護階段。（1）使用復(fù)雜診斷分析儀器或?qū)Ｓ迷\斷設(shè)備；（2）需要有一定經(jīng)驗的技術(shù)人員或?qū)＜以诂F(xiàn)場；（3）對設(shè)備故障的部位、原因、類型作出定量的診斷；（4）涉及的技術(shù)知識比較復(fù)雜；（5）進行深入的信號處理，根據(jù)需要預(yù)測設(shè)備壽命。1、簡易診斷技術(shù)：適用于安裝調(diào)試階段和維護階段進行狀態(tài)的監(jiān)測。（1）使用各種簡便并易于攜帶的診斷儀器及檢測儀表；（2）設(shè)備維護人員在現(xiàn)場進行檢測分析；（3）僅對設(shè)備有無故障，故障嚴重程度就行初判；（4）涉及的技術(shù)知識和經(jīng)驗比較簡單；（5）需要把采集到的故障信號信息儲存建檔。3.機電設(shè)備故障診斷采用的常用技術(shù)手段：（1）直接觀察法：聽、摸、看、聞、問（傳統(tǒng)型/高新技術(shù)型）（2）振動噪聲測定法：幅值、頻率（時域/頻域）（3）溫度測量法：溫升，溫降（接觸式/非接觸式）（4）回路分析法：電流、電壓、阻抗，接口，元件（短路/斷路/過載）（5）無損檢測法：超聲波，紅外線、電渦流、磁粉、各類射線（設(shè)備內(nèi)部缺陷/靜態(tài)檢測）（6）油樣分析法：潤滑油或油路成分分析（磁塞/光譜/鐵譜）（7）設(shè)備性能參數(shù)測定法：儀表，顯示器輸出（狀態(tài)監(jiān)測）（2）故障后的診斷：機電設(shè)備發(fā)生故障后，需要根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)和故障的表現(xiàn)確定故障的性質(zhì)和程度、屬性以及類別等，綜合、高效地用云多種故障診斷技術(shù)判斷機電設(shè)備故障發(fā)生的原因，從而更好地完成調(diào)整和維護工作4.機電設(shè)備故障診斷流程：機電設(shè)備一般包括機械本體、動力部分、檢測部分、執(zhí)行機構(gòu)、控制器與接口五大功能模塊，具有綜