机械设备状态监测与故障诊断.doc

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1、机械设备状态监测与故障诊断机械设备的状态监测与故障诊断是指利用现代科学技术和仪器，根据机械设备（系统、结构）外部信息参数的变化来判断机器内部的工作状态或机械结构的损伤状况，确定故障的性质、程度、类别和部位，预报其发展趋势，并研究故障产生的机理。机械设备状态监测与故障诊断技术是保障设备安全运行的基本措施之一，其实质是了解和掌握设备在运行过程中的状态；预测设备的可靠性；确定其整体或局部是正常或异常。它能对设备故障的发展作出早期预报，对出现故障的原因、部位、危险程度等进行识别和评价，预报故障的发展趋势，迅速地查寻故障源，提出对策建议，并针对具体情况

2、迅速地排除故障，避免或减少事故的发生。所谓机械故障，就是指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合）因偏离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。其内容包括l能使设备或系统立即丧失其功能的破坏性故障。l由于设计、制造、安装或与设备性能有关的参数不当造成的设备性能降低的故障。l设备处于规定条件下工作时，由于操作不当而引起的故障。l设备的自然耗损，如磨损、疲劳、老化等所引起的故障。机械故障诊断可以分类如下1．按目的分（1）功能诊断（2）运行诊断2．按方式分（1）巡回检测（2）在线监测3．按提取信息的方式分（l）直接诊断（2）间接诊断

3、常见的故障分类分类的依据故障名称定义按发生的原因分磨损性故障机械系统因使用过程中的正常磨损而引发的一类故障，对这类故障形式，一般只进行寿命预测错用性故障因使用不当而引发的故障先天性故障由于设计或制造不当而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障按引发故障的过程速率分渐发故障通过事前测试或监控可以预测到的故障突发故障通过事前测试或监控不能预测到的故障按功能分潜在故障对运行中设备如不采取预防性维修和调整措施，再继续使用到某个时候将会发生的故障功能故障产品不能继续完成自己功能的故障按故障影响的程度分轻微故障设备略微偏离正常的规定指标，但设备运行受

4、影响轻微的故障一般故障设备运行质量下降，导致能耗增加、环境噪声增大等的故障严重故障某些关键设备或部件整体功能丧失。造成停机或局部停机的故障恶性故障设备遭受严重破坏造成重大经济损失，甚至危及人身安全或造成严重环境污染的故障4．按诊断时所要求的机械运行工况条件分（l）常规工况诊断（2）特殊工况诊断5．按功能分（1）简易诊断（2）精密诊断设备诊断技术的三个环节（1）信息的采集（2）信息的分析处理3）状态的识别、诊断、预测和决策设备诊断技术覆盖的知识面较宽，它包括：数据采集技术，计算机数据分析处理技术，计算机诊断、预测、决策技术；设备本身的结构原理、

5、运动学和动力学；设备的设计、制造、安装、运转、维护、修理知识；设备系统与部件的故障或失效机理及零部件可靠性方面的知识等等。机械设备状态监测及诊断技术的主要工作内容如下（1）保证机器运行状态在设计的范围内监测机器振动位移可以对旋转零件和静止零件之间临近接触状态发出报警。监测振动速度和加速度可以保证力不致于超过极限；监测温度可以防止强度丧失和过热损伤等。（2）随时报告运行状态的变化情况和恶化趋势虽然振动监测系统不能制止故障发生，但能在故障还处于初期和局部范围时就发现并报告它的存在，以防止恶性事故发生和继发性损伤。（3）提供机器状态的准确描述机器的

6、实际运行状态，是决定机器小修、中修、大修的周期和内容的依据，进而避免对机器不必要的拆卸而破坏其完整性。（4）故障报警警告某种故障的临近，特别是报警危及人身和设备安全的恶性事故，是状态监测重要的目的。第一节振动监测及诊断技术一、机械振动的一般描述机械振动，从物理意义上来说，是指物体在平衡位置附近来回往复的运动。（一）简谐振动简谐振动是机械振动中最基本、最简单的振动形式。其振动位移d与时间t的关系可用正弦曲线表示，表达式为d(t)=Dsin[(2π/T)t+φ]（2-1）式中，D—最大振幅，又称峰值，2D称为峰峰值，其单位为mm或μm；T—振动的

7、周期，即再现相同振动状态的最小时间间隔，单位为s；φ—振动的初相位，单位为rad；振动的周期的倒数称为振动频率，单位为Hz，即f=1/T（Hz）频率f又可用角频率来表示，即ω=2π/T（rad/s）ω和f的关系为ω=2πf（rad/s）d(t)=Dsin[ωt+φ]描述机械振动的三个基本要素即是上述的振幅、频率和相位。简谐振动除可用位移表示外，同样可用相应的振动速度和加速度表示。速度和加速度的表达式经过一次和二次微分求得v(t)=dd/dt=Dωcos[ωt+φ]=Vsin[ωt+π/2+φ]=Vcos[ωt+φ]a(t)=dv/dt=-Ds

8、in[ωt+φ]=Asin[ωt+π+φ]描述机械振动的三种特征量即是上述的位移、速度和加速度。（二）实测的机械振动1．振幅振动幅值表征机械振动的强度和能量。振幅值