在线监测故障诊断技术

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1、北京工业大学机电学院2009.9机械故障诊断技术目录第一章绪论第二章机械振动及信号断裂部位三峡塔带机断裂事故2000年9月3日傍晚，三峡工程工地，三峡大坝泄洪七号坝段的三号塔带机内外皮带机与塔身连接处一吊耳根部突然断裂，导致正在上面作业的三十名工人坠落，造成了地面施工人员在内的三人死亡，三十一人不同程度受伤。塔带机，为美国罗泰克产品，每台价值约一亿元人民币。设备诊断的意义（Why）设备诊断的意义（Why）故障（事故）：某钢厂高炉炉顶传动齿轮箱旋转电流升高，噪声异常（故障早期）。当晚20时，传动齿轮箱已根本无法运行（晚期）。诊断原因：箱体内部的大型回转支承轴承被压溃

2、。损失：高炉停产5天，直接经济损失达5000万以上。设备诊断的意义（Why）故障（事故）：某钢厂3#转炉北侧二次输入轴减速机鼓型齿接手齿全部打光，转炉失去控制，钢水溢出造成两台渣罐车和部分钢轨烧损。诊断原因：联轴器有多处损坏（掉牙、裂纹等），且3#转炉大齿轮已压溃。损失：直接经济损失高达7000万以上。故障诊断的基础是建立在能量耗散原理上的。所有设备的作用都是能量转换与传递，设备状态愈好，转换与传递过程中的附加能量损耗愈小。例如机械设备，其传递的能量是以力、速度两个主要物理参数来表征，附加能量损耗主要通过温度及振动参数表现。随着设备劣化程度加大，附加能量损耗也增大。

3、因此，监测附加能量损耗的变化，可以了解设备劣化程度。按振动频率分类低频振动：f<5Hz中频振动：f=5～1000Hz高频振动：f>1000Hz机械振动（按频率分类）振动信号的描述构成一个确定性振动有3个基本要素，即振幅s，频率f（或ω）和相位φ。即使在非确定性振动中，有时也包含有确定性振动。振幅、频率、相位，这是振动诊断中经常用到的三个最基本的概念。简谐振动可以用下面函数式表示：简单周期信号T事物在运动变化的发展过程中某些事物多次重复出现,其连续两次重复出现的时间叫做周期,用T表示.典型故障信号——滚动轴承正常轴承振动信号轴承外圈点蚀振动信号T外圈点蚀轴承，在时域图

4、中出现周期性故障，其时间间隔（周期）T=0.014s。时域波形（案例67）T可以看出：时域波形中有周期性冲击信号，冲击间隔（周期）T=0.089s。开箱检查发现，I轴齿轮打齿。自相关周期：T=0.016s频率：f=1/T=1/0.016=62.5HzT相关分析又称为时延域分析，用于描述信号在不同时刻的相互依赖关系。自相关分析：描述的是同一信号中不同时刻的相互依赖关系。某齿轮箱故障自相关图分析(案例79)自相关图中，有明显的等时间间隔（周期）T=0.059s，对应故障频率为f=1/T≈16.949Hz，与轴转频（17.615Hz）基本吻合，说明齿轮箱该轴连接的零部件可

5、能有故障隐患。T轴承点蚀照片物理学上的频率f：振动物体（或质点）每秒钟振动的次数称为频率，用f表示，单位为Hz。振动频率在数值上等于周期T的倒数，即：频率心脏跳动频率人正常心跳范围在60-100次/分钟。如果一个人的心脏跳动次数为72次/分钟，频率为f=72/60=1.2Hz周期为T=60/72=1/1.2≈0.833s滚动轴承的特征频率1)内圈旋转频率ƒ1：2)保持架旋转频率ƒ2：3）滚动体自转频率ƒ3：4）保持架通过内圈频率ƒ4：5）滚动体通过内圈频率ƒ5：6）滚动体通过外圈频率ƒ6：Hz向心推力球轴承结构简图频谱图（案例69）I轴轴承外圈点蚀照片锥箱I轴转

6、频==（64.697）Hz幅值较为突出，幅值为11.796m/s²，并伴有2、3、4、5、6倍频成分。说明齿轮箱I轴连接的零部件可能有故障隐患。在观察频谱图，作故障诊断分析时，应注意以下要点：首先注意那些幅值比过去有显著变化的谱线，它的频率对应哪一个部件的特征频率。观察那些幅值较大的谱线，它们是机械设备振动的主要因素，这些谱线的频率所对应的运动零部件。注意与转频有固定比值关系的谱线，它们是与机械运动状态有关的状态信息。它们之中是否存在与过去相比发生了变化的谱线。概率密度概率密度的概念是:某种事物发生的概率占总概率的比例,越大就说明密度越大.比方:现在在一个盒子里面有

7、100个球,50个蓝色的，30个红色的，15个绿色的，5个黄色的。你随便在里面拿出一个球,出现蓝色球的概率是50/100,出现红色球的概率是30/100,出现绿色球的概率是15/100，出现黄色球的概率是5/100.不难发现:出现蓝色球的概率最大,也就是说它的概率密度大,出现黄色球概率最小,也就是说它的概率密度小.概率密度图（案例78）可以看出：该测点2008年10月9日5:00的概率密度曲线与标准的概率密度正态分布基本相近，说明10月上旬轧机运行基本正常。粗轧3#轧机输出端a6测点2008年10月31日10:00的概率密度曲线与标准的概率密度正态分布差距甚远，