1-第1章-机电设备故障诊断技术发展概述

教师授课教案

2013/ 2014 学年第1学期课程机电设备故障诊断与维修

目的要求：了解机电设备故障诊断技术发展的过程以及最新诊断技术应用情况

旧知复习：

重点难点：机电设备故障诊断传统技术

教学过程：（包括主要教学环节、时间分配）

旧知复习及新课导入 5分钟

新课内容：

1、发展历程及现状 5分钟

2、常用的传统技术方法 30分钟

3、存在的问题 10分钟

4、发展趋势 35分钟

5、小结 5分钟

课后作业：

1、名词：振动监测诊断技术、油液磨屑分析检测诊断技术、红外测温诊断技术、射线扫描技术

2、查资料，了解机电设备故障诊断与维修技术的发展趋势

教学后记：

第1章机电设备故障诊断技术发展概述

一、发展历程及现状

现代化生产中机械设备的故障诊断技术越来越受到重视，人们投人大量精力进行研究，机电设备故障诊断技术取得了很大的进展：探索出一系列新的理论方法与技术应用于实际，增加了对设备故障判断的效率，奠定了对设备实施故障诊断分析与修复的坚实基础，产生了明显的经济效益和社会效益。

机电设备诊断技术最初来自军事上的需要，在第二次世界大战初期问世。当时能用仪表进行设备状态参数测定，相继又开发了快速、多功能自动监测仪器；20世纪60年代以来，随着航天工业的发展，可靠性理论的应用，使设备诊断技术迅速发展；70年代，随着微电子技术的发展，计算机技术、传感器技术的应用，机械设备故障诊断技术更加完善，主要用于航天、核电等部门；20世纪末已经在冶金矿山、交通运输、化工、发电、农业和机械制造等部门的机械设备上开始应用设备诊断技术，其发展日新月异，经济效益日益明显；进入新世纪，这一技术迅速渗透到国民经济各部门，应用已相当普及，设备故障诊断技术水平的提高，开始向智能化方向发展。

回顾历史，不难看出机械故障诊断技术的发展经历了3个阶段：诊断结果取决于领域专家的感官及专业知识和经验对诊断信息判断的初级阶段；以传感器、动态监测技术为手段，基于计算机信号处理的现代诊断技术；实现诊断系统智能化，向监测、诊断、管理和调度的集成化发展。

美国从1967年在美宇航局和海军研究所的倡导下，由企业和大学参加成立了机械故障诊断技术的研究组织，开展机械设备的故障机理，检测、诊断和预测等方面的研究。另外俄亥俄州立大学开展了根据振动的解析对轴承、齿轮、发动机及一般回转机械的诊断技术研究。相继锅炉、压力容器等静止机械的检测诊断中心，根据美国机械工程学会（ASME）的规定开展静止机械的故障诊断技术研究，制定了一系列规程标准。同时一些监测仪器设备公司也研制并生产各类型检测诊断仪器，如Atlanta公司开发的M600旋转机械在

线监测装置在实际应用取得良好效果。日本、英国、德国、瑞典等国的机械设备故障诊断技术的研究工作也起步较早，并在某些方面处于领先地位。

我国机械设备故障诊断技术的研究工作起步较晚，但发展较快。西安交通大学在旋转机械故障诊断进行了研究。天津大学开展了轴承和齿轮的状态监测研究。华中理工大学和哈尔滨工业大学开展了汽车发动机和汽轮机状态监测和诊断系统。石化系统研究和应用红外诊断和声发射定位系统。机械部门继一汽、二汽之后洛阳轴承厂开发了轴承故障诊断系统；冶金部门继太钢、宝钢之后武钢进行离心鼓风机和透平压缩机的状态监测和故障诊断；中国矿业大学开发了KTD型旋转铁谱仪及计算机磨屑图像分析系统。北京科技大学对矿用汽车故障诊断有较深的研究探讨。此外，设备诊断仪器的开发取得较大进展，为设备诊断提供各类仪器。这些发展为我国设备状态监测和故障诊断技术的推广应用奠定了稳固的基础。

我国机械设备的维修制度正在经历由以运转时间为基础的定期维修制度向以机械技术状况为基础按需维修制度发展。正常运转设备可不停车，在发现故障征兆后及时停车，按诊断故障性质和部位有目的地进行检修。实现按需维修的前提，必须应用先进的设备故障诊断技术与手段，提高对设备运行的状态检测和故障诊断的准确性，以保证设备安全、稳定运行，增加机械设备正常运转时间，大幅度提高劳动生产率，产生巨大经济效益。

二、常用的传统技术方法

机电设备故障诊断技术发展到今天，已形成了一门集数学、物理、化学、电子技术、计算机技术、通讯技术、信息处理、模式识别、基础与信息科学、系统科学和人工智能等多学科交叉的综合性技术。但传统的诊断技术仍然在大量地使用，主要包括：振动监测技术、噪声监测技术、红外测温技术以及，射线扫描技术等。

1.振动监测诊断技术

振动监测诊断技术是通过检测设备的振动参数及其特征来分析设备的状态和故障的方法。由于振动的广泛性、参数多维性、测振方法的无损性、在

线性，决定了人们将机械设备振动监测诊断作为机械设备故障诊断的首选方法。机械运行过程中要产生振动，机械状态特征凝结在振动信息中。机械振动的测量参数有速度、加速度和位移，可根据机械设备频率来选择测量的参数和传感器。为了检测到足够数量，又能真实地反映机械状态的信号，要恰当地选择振动测量点。通常选择能够对机械振动状态作全面反映的机械振动敏感点，离机械诊断的核心部位最近的关键点和容易发生劣化现象的易损点，以保证机械振动信号测量的有效性。

通过各种振动传感器检测的设备状态信号经放大滤波处理后，送入A/D 转换器，把模拟信号转换为数字信号，送入数据处理分析诊断装置进行时域分析、频域分析、时序模型分析、倒谱分析、共轭解调分析以及三维全息谱分析等分析处理后以振动位移随时间变化的曲线和频谱图形式输出，作为诊断的依据，以判定设备运行状态，并采取相应的措施。由于振动监测诊断技术能实时地、直观地、精确地表征机械动态特征及其变化过程，监测诊断方法简单实用，而被广泛应用。

2.油液磨屑分析检测诊断技术

通过对油液磨屑粒形状态识别或观察油液介质的物理、化学成分的变化来判断机械运行状况。主要用于机械设备润滑系统和液压系统。油液中磨屑微粒来自磨损和污染，机械摩擦幅的金属表面间不同磨损方式和磨损速度造成油液中微粒总量、尺寸分布和形态的差异，可以根据金属微粒的总量判断磨损所处阶段；根据尺寸分布判断磨损的程度；根据微粒形态判断磨损类型；根据化学成分判断磨损部位。油液分析方法如下所述。

利用各种元素受到一定能量激发时具有发射或吸收特定波长光的特性，当各类型光谱仪对油液发射光谱化学分析时就可检测到油液中各种物质在特定条件下发出具有特定波长的光确定其化学成分和含量，就可准确地判断设备的磨损部位和程度。其特点分析速度快，诊断方便、准确，适用于磨屑粒径小于10μｍ的磨损状态分析。

3.红外测温诊断技术