第六章设备故障和诊断课件.ppt

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1、2023年3月24日6时21分,1,内蒙古科技大学机械工程学院Inner Mongolia University of science and technology College of Mechanical and Engineering,第六章 设备故障和诊断,授课者:闫洪波,内蒙古科技大学机械工程学院现代设备管理,2023年3月24日6时21分,2,故障是设备在寿命周期内必然发生的现象。从设备的设计、制造、安装、维护过程中尽量减少和延迟故障事件；从设备状态监测和设备故障诊断中，提高故障发生的预知性，以便采取适当措施。故障监测和诊断技术发展迅速,引言,第六章 设备故障和诊断,2023年3月

2、24日6时21分,3,本章主要内容：第一节 故障的概念 第二节 故障的典型模式和原因第三节 故障分析和改进管理第四节 诊断技术和状态监测,目录,第六章 设备故障与诊断,2023年3月24日6时21分,4,本节主要讲授内容:一 故障的定义二 设备的可靠度与故障率（了解）三 设备的典型故障率曲线四 故障的分类五 设备事故(增),6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,5,一 故障的定义故障：设备在规定时间内、规定条件下丧失规定功能的状况。规定功能的丧失、设备异常、缺陷等都属于设备故障设备故障和设备可靠性对应。可修复故障不可修复故障,6.1 设备的故障,第六章 设

3、备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,6,二 设备的可靠度与故障率（了解）设备的可靠度：在规定条件下和规定时间内能够实现其功能的概率，用R表示，它是时间的函数，为R(t)，并且0R(t)1设F(t)为累计故障率或不可靠度，则,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,7,二 设备的可靠度与故障率（了解）故障概率密度函数：单位时间内发生故障的概率因为：所以：设(t)为故障率，则,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,上式为:故障率与可靠度的关系当故障率为常数时:,2023年3月24日6时21分,8,三 设备的典型故障率曲线通过大量的实践证明，可维修

4、设备的故障率（t）随着设备使用期的延续，而呈现三个不同趋势的阶段。典型的故障率分布曲线是下图所表示的浴盆曲线，它将使用维修期间的设备故障状态分为三个时间：,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,9,三 设备的典型故障率曲线早期故障期(0tt1)这一时期的特点是故障率由高到低，故障是由于设计、制造、装配等缺陷以及操作不熟练等原因造成的。随着故障的排除，故障逐步减少、早期故障相当于设备的安装试车阶段，经过磨合、调整，设备将进入正常工作阶段。当设备进行大修理或技术改造后，早期故障期将再次出现。,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时

5、21分,10,三 设备的典型故障率曲线偶发故障期（t1=tt2）这一时期的特点是故障率基本保持不变，即(t)=（常数），其可靠度R（t）是指数分布。在偶发故障期故障是随机产生的，多数由于设备零件某些无法预测的缺陷所引起。因为设备保养工作随时将这些故障排除，此时期成为设备的最佳工作期，这对应着设备的正常磨损阶段。,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,11,三 设备的典型故障率曲线耗损故障期（t2=t=Ti，Ti为两次大修间的正常工作时间）这段时期的特点是设备故障率急剧升高。由于大多数零部件经过长期的运转，磨损严重增加了产生故障的机会。应在这一时期出现前不久

6、，进行预防维修，或在这一时期刚出现时，进行设备小修，可以防止故障大量涌现，降低故障率和维修工作量。,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,12,四 故障的分类,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,13,五 设备事故(增)一般事故重大事故特大事故责任事故质量事故自然事故,6.1 设备的故障,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,14,本节主要讲授内容:一 机械设备中常见的故障模式二 故障产生的原因,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,15,一 机械设备

7、中常见的故障模式异常振动、磨损、疲劳、裂纹、破裂、过度变形腐蚀、剥离、渗漏、堵塞、松弛、溶融，蒸发绝缘劣化、异常声响、油质劣化、材质劣化、其它。,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,16,一 机械设备中常见的故障模式属于机械零部件材料性能方面：疲劳、断裂、裂纹、蠕变、过度变形、材质劣化等；属于化学、物理状况异常方面：腐蚀、油质劣化、绝缘绝热劣化、导电导热劣化、浴融、蒸发等；属于设备运动状态方面：振动、渗漏、堵塞、异常噪声等多种原因的综合表现：磨损。损坏型故障模式：断裂、碎裂、开裂、点蚀、烧蚀、击穿、变形、拉伤、龟裂、压痕等。,6.2 故障的典型

8、模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,17,一 机械设备中常见的故障模式退化型故障模式：老化、变质、剥落、异常磨损等松脱型故障模式：松动、脱落等。失调型故障模式：压力过高或过低、行程失调、间隙过大或过小、干涉等。堵塞与渗漏型故障模式：堵塞、气阻、漏水、漏气、渗油等。性能衰退或功能失效型故障模式：功能失效、性能衰退、异响、过热等。,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,18,一 机械设备中常见的故障模式不同类型企业、不同种类设备的主要故障模式和各种故障出现的频数，存在明显的差别，需要进行故障分析和管理工作。对于机械制造

9、行业说，振动和磨损则是最主要的故障；对于石油、化工设备，渗漏问题极其敏感。,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,19,一 机械设备中常见的故障模式回转机械的主要故障模式是异常振动、磨损、异常声响、裂纹、疲劳；静止设备的主要故障模式是腐蚀、裂纹、渗漏。滚动轴承的故障模式：磨损失效、疲劳失效、断裂、压痕、胶合齿轮的故障模式：断裂、磨粒磨损、粘附磨损、擦伤、疲劳剥落,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,20,二 故障产生的原因产生故障的主要原因大体有四个方面：1 设计不完善设备的功能设计不正确或不完善

10、，设备在生产中不能很好地适应产品加工的需要，造成实际的使用条件与原规划的使用条件相差甚远，导致设备工作时发生超载零件所受的应力过高或应力集中，就有可能突破强度、刚度、稳定性等许用条件，形成故障事故。设计不完善的主要表现和最为常见的是：相对运动零件材料配合和润滑方式选择不当，对使用条件和环境的影响考虑不周。如：汽车召回、产品普遍性的问题！,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,21,1设计不完善神龙汽车有限公司按照缺陷汽车产品召回治理规定的要求，决定自2007年11月16日开始，召回2006年1月22日至2006年7月5日生产的东风标致206自动档

11、轿车，涉及车辆5609辆。本次召回的原因是由于部分自动变速箱变扭器壳体局部变形导致异常磨损、摩擦材料脱落污染了热交换器，致使变速箱散热效率降低、传压性能下降，严重时进入降级模式（强制3档行驶），影响车辆正常行驶。神龙汽车有限公司将为相关用户免费更换变扭器和热交换器以消除缺陷。,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,22,二 故障产生的原因2 原材料的缺陷零部件材料选用不符合技术条件，材质不符合规定的标准，铸、锻、焊件本身存在缺陷；热处理变形或留下缺陷，是产生磨损、腐蚀、过度变形、疲劣、破裂等现象的主要原因。如：铸造过程中的气泡、地条钢等。注意：材

12、料学科需要进一步发展！,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,23,二 故障产生的原因2 原材料的缺陷,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,24,2 原材料的缺陷,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,25,二 故障产生的原因3 制造过程中的缺陷 从毛坯准备、切削加工、压力加工、热处理、焊接和装配加工，到机械设备完成在机制工艺过程的每道工序中，都有可能积累应力集中，或产生微观裂纹等缺陷，经装配使用时才在工作状态下显现出来。,6.2 故障的典型模式和原

13、因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,26,二 故障产生的原因4 运转过程中的问题运转过程中没有预料到的使用条件变化，如出现过载、过热、高压腐蚀、润滑不良、漏电、漏油、操作失误、维护修理不当等，都会引起设备放障。常见故障是导致润滑油膜破裂加速磨损。如：卡车后桥大梁的断裂、起重机超载等其它：安装过程没有按照安装要求安装,6.2 故障的典型模式和原因,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,27,为了进一步加强设备管理，掌握设备的故障状态，主要问题，发展趋势，必须加强设备故障信息的收集、整理、分析和管理工作。,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断

14、,2023年3月24日6时21分,28,本节主要讲授内容:一 故障信息数据的收集和统计二 故障频数分析三 故障原因分析四 故障树分析的概念,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,29,一 故障信息数据的收集和统计故障管理的信息资料，一般包括：故障对象（系统、设备、部件）的识别数据：设备种类、编号、生产厂家、出厂日期、使用经历等。故障识别数据：故障类别、发生时间、发现时状况等。故障鉴定数据：故障现象、故障原因、寿命、测试值等。有关故障设备的历史资料。目的：为故障诊断建立数据库，为以后设备故障诊断提供依据，为专家系统提供数据支撑、为人工智能提供基础分析

15、数据。,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,30,一 故障信息数据的收集和统计收集资例的注意事项（略）目的性要明确，收集的信息数据要对故障管理有用；要按规定程序和方法收集数据；记录的情况和数据，要力求清楚、准确无误。,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,31,二 故障频数分析故障频率：故障强度率：故障损失率：,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,32,三 故障原因分析不同企业、不同行业、不同设备类型、不同寿命周期阶段设备的故障原因不同主要原因：润滑不良

16、、自然磨损、操作保养不良、操作者精力不集中等。,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,33,四 故障树分析的概念故障树分析法（FTA）：根据产生故障的因果关系，绘出设备系统或零部件的故障事件与其它的子系统和零部件所发生的故障事件之间的逻辑结构图形，形似一课倒挂的树。,6.3 故障分析和改进管理,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,34,本节主要讲授内容:一 设备故障诊断技术二 设备状态监测三 监测和诊断的主要方法,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,35,一 设备故障诊断技术设备故

17、障诊断技术是一门新兴的技术科学：在设备运行过程中或基本不拆卸设备的情况下，了解和掌握设备的运行技术状态，确定其整体或局部正常与否，早期发现故障及其原因，判断故障的部位和程度，预测故障发展趋势和往后技术状态变化的技术。计算机学科、电子技术、电子测量技术、信号处理技术、传感器技术等的发展推动了现代设备故障诊断技术的飞速发展。,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,36,一 设备故障诊断技术根据诊断方式：功能诊断、运行诊断根据设备状态信号分：振动、强度、温度、声学、电参数、光学、润滑油油样、性能趋势根据诊断连续性：定期诊断、连续诊断根据诊断完善程度：简易

18、诊断、精密诊断,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,37,二 设备状态监测设备状态监测：用人工或专门的仪器、工具，按照规定的监测点进行间断或连续的监测，掌握设备异常的征兆和劣化程度。目的：可以及时掌握设备的运行状态，记录故障发展的趋势，对使用寿命进行预测、预报，进行故障趋势分析。,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,38,二 设备状态监测按其监测的对象和状态量来划分，可分为两个方面的监测：1）运行状态监测：监测设备的运行状态例如：根据设备的振动、温度、油压。油质劣化、泄漏等情况，对泵类、压缩机、机床

19、等设备进行监侧。2）生产过程的状态监测：监测由几个工艺参数所构成的生产过程的状态例如:监测产品质量、流量、成份、温度或工艺参数量的变化等情况。,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,39,二 设备状态监测按其监测手段来划分，可分为两类监测：1）主观性状态监测：监测人员利用自身的感受器官去进行监测，其准确程度主要取决于执行人员的经验和能力。2）客观性状态监测：监测人员采用各种测量工具、仪器和精密诊断仪器及专用监测系统等装置进行监测。注意：当前的监测主要是客观性状态监测,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分

20、,40,三 监测和诊断的主要方法振动监测温度测量裂纹检测磨损监测泄漏检测,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,41,三 监测和诊断的主要方法1、振动监测振动是一切回转运动和往复运动机械中最普遍的现象原理：使用传感器把机械能转换成电能，使传感器产生电信号并与机械振动成函数关系。注意：非电量的电测法,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,42,三 监测和诊断的主要方法1、振动监测位移传感器、速度传感器、加速度传感器,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,43,

21、三 监测和诊断的主要方法2、温度测量表示物体冷热程度的物理量，也是物质分子运动能量大小的反映和标志。机械设备中机械机件和电器元器件，常常会引起温度变化而产生“热故障”,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,44,三 监测和诊断的主要方法2、温度测量接触式温度测量：通过热对流和热传导使物体与仪器接触探头达到热平衡，实现测量。液体膨胀式温度计、压力表温度计、电阻温度计、热电偶温度计,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,45,三 监测和诊断的主要方法2、温度测量非接触式温度测量：通过接收热辐射能量实现测量。

22、光学高温计、辐射高温计、红外高温计、热红外热像仪,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,46,三 监测和诊断的主要方法3、裂纹测量裂纹是材料最常见的缺陷。渗透染色法、荧光渗透法、磁粉法、涡流检测法射线探测法、超声波探伤法、声发射检测法,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,47,三 监测和诊断的主要方法4、磨损检测润滑油中的磨粒信息含有大量的磨碎信息。润滑油样分析技术：利用润滑油中的金属的成分、含量、颗粒大小等信息来判断设备故障。油样光谱分析法、油样铁谱分析法、磁塞检查法,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,48,三 监测和诊断的主要方法5、泄漏监测渗漏的危害极大，渗漏包括：气态、液态和粉尘状的介质，从设备的裂缝、孔眼和空隙中逸出或进入。在蒸气系统、空压系统、输油系统和一些压力输送系统，必须防止泄漏。皂液检漏法、声学法,6.4 诊断技术和状态监测,第六章 设备故障和诊断,2023年3月24日6时21分,49,This is End,END,第六章 设备故障与诊断,