第一节机械故障诊断的意义

第一节机械故障诊断的意义、目的和任务
一、机械故障诊断的意义
随着现代大生产的发展和科学技术的进步现代设备的结构越来越复杂功能越来越完善自动化程度也越来越高。

由于许多无法避免的因素的影响有时设备会出现各种故障以致降低其预定的功能甚至造成严重的灾难性事故国内外曾经发生的各种空难、海难、爆炸、断裂等恶性事故造成了人员伤亡产生了严重的社会影响；即使是经常生产中的事故也因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成巨大的经济损失。

如年日本关西电力公司南海电厂号机组———汽轮发电机组因振动引起严重的断轴毁机事件年我国大同电厂和年我国秦岭电厂的汽轮发电机组的严重断轴毁机事件都造成了巨大的经济损失。

因此保证设备的安全运行消除事故是十分迫切的问题。

现代设备运行的安全性与可靠性取决于两个方面一是设备设计与制造的各项技术指标的实现为此设计中要采用可靠性设计方法要有提高安全性的措施；二是设备安装、运行、管理、维修和诊断措施的实施。

现在设备诊断技术、修复技术和润滑技术已列为我国设备管理和维修工作的三项基础技术成为推进设备管理现代化保证设备安全可靠运行的重要手段。

二、机械故障诊断的目的
机械故障诊断的目的是：能及时地、正确地对各种异常状态和故障状态作出诊断预防或消除故障对设备的运行进行必要的指导提高设备运行的可靠性、安全性和有效性以期把故障损失降低到最低水平。

保证设备发挥最大的设计能力制定合理的检测维修制度以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力延长服役期限和使用寿命降低设备全寿命周期费用。

通过检测监视、故障分析、性能评估等为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供数据和信息。

总起来说,设备故障诊断既要保证设备的安全可靠运行又要获取更大的经济效益和社会效益。

对生产单位配置故障诊断系统能减少事故停机率具有很高的收益投资比。

对生产单位配置故障诊断系统能延长设备检修周期缩短维修时间为制定合理的检测维修制度提供基础极大地提高经济效益。

宏观上从全社会生产的角度看花费的设备维修费用是一笔巨大的数目而实施故障诊断带来的经济效益是巨大的。

我国的情况是年我国国营工交企业有万个以上总固定资产约亿元每年用于设备大修、小修及处理故障的费用一般占固定资产原值的。

采用诊断技术改善设备维修方式和方法后一年取得的经济效益可达数百亿元。

从上面的分析可以看出设备故障诊断技术在保证设备的安全可靠运行以及获取很大的经济效益和社会效益上其意义是十分明显的。

三、机械故障诊断的任务
设备故障诊断的任务是监视设备的状态判断其是否正常预测和诊断设备的故障并消除故障指导设备的管理和维修。

1、状态监测
状态监测的任务是了解和掌握设备的运行状态包括采用各种检测、测量、监视、分析和判别方法结合系统的历史和现状考虑环境因素对设备运行状态进行评估判断其处于正常或非正常状态并对状态进行显示和记录对异常状态作出报警以便及时加以处理并为设备的故障分析、性能评估、合理使用和安全工作提供信息和基础数据。

2、故障诊断
故障诊断的任务是根据状态监测所获得的信息结合已知的结构特性和参数以及环境条件结合该设备的运行历史包括运行记录和曾发生过的故障及维修记录等对设备可能要发生的或已经发生的故障进行预报和分析、判断确定故障的性质、类别、程度、原因、部位指出故障发生和发展的趋势及其后果提出控制故障继续发展和消除故障的调整、维修、治理的对策措施并加以实施最终使设备复原到正常状态。

3、指导设备的管理维修
设备的管理和维修方式的发展经历了三个阶段，即早期的事后维修方式(Run-to-Breakdown Maintenance)发展到定期预防维修方式(Time-Based Preventive Maintenance),现在正向视情维修(Condition-Based Maintenance)发展。

定期维修制度可能预防事故的发生，但可能出现过剩维修或不足维修的弊病。

视情维修是一种更科学、更合理的维修方式。

但要能做到视情维修其条件是有赖于完善的状态监测和故障诊断技术的发展和实施。

这也是国内外近年来对故障诊断技术如此重视的一个原因。

随着我国故障诊断技术的进一步发展和实施，我国的设备管理、维修工作将上到一个新的水平，我国工业生产的设备完好率将会进一步提高，恶性事故将会进一步得到控制，我国的经济建设将会得到更健康的发展。

四、机械故障诊断技术发展现状
机械故障诊断技术是有关设备运行、维护的一项新兴技术这项技术由于在第二次世界大战中盟军的大量军事装备因缺乏诊断技术和维修手段造成了严重的非战斗性损坏才使人们认识到发展它的极端重要性。

但在第二次世界大战后的一段时间内设备故障诊断技术的发展并不快这是因为作为诊断技术基础的电子技术、计算机技术、信号处理技术尚未得到充分发展。

年代以来由于半导体的发展、集成电路的出现导致电子技术、计算机技术的更新换代特别是年快速傅立叶变换
方法获得突破性进展后，出现了数字信号处理和分析技术的新分支，这为设备诊断技术的发展奠定了直接的和必须的技术基础。

在此基础上最早发展设备诊断技术的国家是美国。

1961年成立国家机械故障研究会（MFWG），1967年在美国宇航局(NASA)和海军研究所(ONR)的倡导和组织下就成立了美国机械故障预防小组，开始了有组织有计划地对诊断技术专题进行研究。

40多年来已召开学术交流大会数十次。

在此期间很多学术机构如美国机械工程学会(ASME)，政府部门如国家标准局(NBS)国家锅炉及高压容器监测中心(NBBII)以及一些高等院校和企业公司都参与或进行了与本行业有关的诊断技术的研究取得了大量的成果。

与此同时还出现了一些专业性的诊断仪器和监测系统制造厂商如本特利(Bently)公司科学亚特兰大(Scientific Atlanta)公司；惠普(HP)公司等对推进诊断技术的应用起到了较大的作用。

目前美国诊断技术在航空、航天、军事、核能等尖端部门仍处于世界领先的地位。

英国于上世纪70年代初成立了机器保健与状态监测协会(MHMG & CMA)，在发展和推广设备诊断技术方面做了大量的工作起到了积极的促进作用。

英国曼彻斯特大学创立的沃森工业维修公司(WIMU)和斯旺西大学的摩擦磨损研究中心在诊断技术研究方面都具有很高的声誉。

目前英国在摩擦磨损、汽车、飞机发动机监测和诊断方面仍具有领先的地位。

欧洲一些国家的诊断技术发展各有特色。

如瑞典SPM公司的轴承监测技术。

AGEMA公司的红外热像技术；丹麦B@K公司的振动、噪声监测技术；挪威的船舶诊断技术等都各有千秋。

日本的诊断技术也在世纪年代中开始起步并发展很快其特点是在民用工业如钢铁、化工、铁路等部门占有较大的优势。

我国诊断技术的发展始于70年代末，而真正的起步应该从1983年南京首届设备诊断技术专题座谈会开始。

虽起步较晚，但经过近几年的努力，加上政府有关部门多次组织外国诊断技术专家来华讲学，已基本跟上了国外在此方面的步伐，在某些理论研究方面已和国外不相上下。

目前我国在一些特定设备的诊断研究方面很有特色，形成了一批自己的监测诊断产品。

全国各行业都很重视在关键设备上装备故障诊断系统，特别是智能化的故障诊断专家系统，在电力系统、石化系统、冶金系统、以及高科技产业中的核动力电站、航空部门和载人航天工程等。

工作比较集中的是大型旋转机械故障诊断系统，已经开发了20种以上的机组故障诊断系统和十余种可用来做现场故障诊断的便携式现场数据采集器。

透平发电机、压缩机的诊断技术已列入国家重点攻关项目并受到高度重视；而西安交通大学的“大型选转机械计算机状态监测与故障诊断系统”，哈尔滨工业大学的“机组振动微机监测和故障诊断系统”。

东北大学设备诊断工程中心经过多年研
究，研制成功了“轧钢机状态监测诊断系统”，“风机工作状态监测诊断系统”，均取得了可喜的成果。

一些高等院校已培养了一批以设备故障诊断技术为研究方向的高级技术管理人才。

我国的故障诊断事业正在蓬勃发展必将在我国经济建设中发挥越来越大的作用。

第二节机械故障诊断的技术基础
一、机械故障的定义和分类
一机械故障的定义
机器设备是工业生产的物质手段是生产力的重要组成部分。

机器设备能否安全、正常运行直接关系到一个企业乃至部门、国家的经济发展。

对于机械设备故障的定义目前尚未有统一的说法各种文献上的定义也都不尽相同。

按我国电子工业部部标——的规定在一般情况下故障是指：
设备系统在规定条件下不能完成规定的功能；设备系统在规定条件下一个或几个性能参数不能保持在规定的上下限值之间；
设备系统在规定的应力范围内工作时导致设备系统不能完成其功能的机械零件结构件或元器件的破裂断裂卡死等损坏状态。

美国政府《工程项目管理人员测试性与诊断性指南》-.—-0把故障定义为“造成装置、组件或元件不能按规定方式工作的一种物理状态”。

以上对机械设备故障的定义是从不同角度出发的但也有其共同观点即当设备出现故障时其性能达不到规定要求因而不能进行正常工作。

这里定义机械设备的故障为：设备在运行过程中出现异常不能达到预定的性能要求或者表征其工作性能的参数超过某一规定界限有可能使设备部分或全部丧失功能的现象。

有时也应用特定词“失效”123如设备因腐蚀而失效也属故障范畴。

在一般情况下两者是同义词。

但严格地说失效与故障是有区别的一般地所有失效都属故障但不是所有的故障都是失效。