机电设备评估基础第七章机器设备的诊断检验与鉴定讲义

第七章机器设备的诊断检验与鉴定【思维导图】第一节机器设备的故障诊断一、概述（一）设备的状态和故障（二）设备故障类型与维修方式1.设备故障类型按部件损坏程度分类功能停止型机器零件或机器损坏、丧失了工作能力。功能降低型机器虽能工作，但运行过程中机器功率降低或油耗增加。商品质量降低型机器虽能工作，但是工作中出现漏水、漏油、漏电、异常噪声、喘振、不规律跳动、传动系失去平稳等。按故障持续时间分类临时性故障很短的时间内发生的丧失某些局部功能的故障。不需要修复或更换零件，只需调整故障部位。持久性故障机器功能丧失一直持续到需更换或修复故障零部件。按故障是否发生分类实际故障已经发生的故障。潜在故障机器自身可能存在故障隐患，在生产过程中，如果严格执行机器的使用和维修规程，采取有效的监测和预防措施，将能防止潜在故障发展为实际故障。按故障发生时间分类突发性故障与机器的使用时间无关，一般是无明显故障预兆的情况下突然发生。渐进性故障由于机器质量的劣化，如磨损、腐蚀、疲劳、老化逐渐发展而成，故障发生的概率与机器的使用时间有关。一般是可以预测的，常可称为可检测故障。2.设备维修方式（1）事后维修。故障发生后再修理，也称坏了再修，最早最常用的方式。维修费用高，承担定的风险。（2）定期维修。按一定的时间间隔定期检修，又称为预防性维修。存在过剩维修，出现提前失效的可能性。（3）状态维修。对机器状态进行状态监测，根据机器有无故障及机器性能的劣化程度决定是否进行维修，又称为预测维修或视情维修。克服了以上两种维修的缺点，具有很多优点。多年习惯使用前两种维修方式，目前加快进行维修体制的改革，由事后维修、定期维修向状态维修过渡。（三）描述故障的特征参量描述故障的特征参量可归纳为两大类，即直接特征参量和间接特征参量。直接特征参量设备或部件的输出参数设备的输出、输入与输出的关系以及输出变量之间的关系都可以反映设备的运行状态可以判断设备所处的运行状态，并可以预示故障的存在。难以发现早期故障。设备零部件的损伤量变形量、磨损量、裂纹以及腐蚀情况等都是判断设备技术状态的特征参量引起故障的直接原因，不仅可以表示故障的存在、发生故障的原因及部位，而且其数量值可以表示故障的严重程度和发展趋势。间接特征参量（二次效应参数）主要是设备在运行过程中产生的振动、噪声、温度、电量等优点：可以在设备运行中并且无需拆卸的条件下进行。缺点：与故障之间的关系不是完全确定。二、设备故障诊断技术及其实施过程（一）设备故障诊断技术的实施过程（二）设备故障诊断技术的分类1.按照诊断的目的、要求和条件分类 功能诊断和运行诊断功能诊断主要用于新安装或刚维修的设备；而运行诊断则针对运行中的设备或系统。定期诊断和连续监测间隔一定的时间对服役中的设备或系统进行一次常规检查和诊断即为定期诊断；对设备或系统的运行状态进行连续监视和检测即为连续检测。直接诊断和间接诊断直接诊断是直接根据关键零部件的状态信息来确定其所处的状态。间接诊断是通过设备运行中的二次效应参数来间接判断关键零部件的状态变化。在线诊断和离线诊断在线是指对现场正在运行设备的自动实时监测；离线监测是利用磁带记录仪等将现场的状态信号记录后，带回实验室后再结合诊断对象的历史档案进行进一步的分析诊断或通过网络进行的诊断。常规诊断和特殊诊断常规诊断是在设备正常服役条件下进行的诊断，大多数诊断属于这一类型诊断。但在个别情况下，需要创造特殊的服役条件来采集信号。简易诊断和精密诊断简易诊断一般由现场作业人员进行。凭着听、摸、看、闻来检查。也可通过便携式简单诊断仪器,如测振仪、声级计、工业内窥镜、红外测温仪等对设备进行人工监测，根据设定的标准或凭人的经验确定设备是否处于正常状态。精密诊断一般要由专业人员来实施。采用先进的传感器采集现场信号，然后采用精密诊断仪器和各种先进分析手段（包括计算机辅助方法、人工智能技术等）进行综合分析，确定故障类型、程度、部位和产生故障的原因，了解故障的发展趋势。三、设备故障诊断常用的方法（一）振动测量法1.关于振动的基本内容图2 振动的分类振幅、频率和相位是振动的基本参数。2.常用的测振传感器（1）压电式加速度计压电式加速度计常见的结构形式为中心压缩式，分为正置压缩型、倒置压缩型、环形剪切型、三角形剪切型等，不管是哪一种，都包括压紧弹簧、质量块、压电晶片和基座等基本部分。（2）磁电式速度传感器。能量转换型传感器。这种传感器输出功率大，性能比较稳定，可以做成不同结构形式，因此应用较普遍。但存在着机械运动部件，寿命比较短。（3）电涡流位移传感器属于能量控制型传感器。涡流位移传感器属于非接触式测量。线性范围大、灵敏度高、频率范围宽、抗干扰能力强、不受油污等介质影响以及非接触测量。电涡流位移传感器被广泛用来测量汽轮机、压缩机、电动机等旋转轴系的振动、轴向位移、转速等。3.异常振动分析方法（1）振动总值法振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都选用振动速度这个参数。（2）频谱分析法（3）振动脉冲测量法：专门用于滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。根据实际冲击水平与正常冲击水平之差（即冲击水平增加值）来判断轴承性能的好坏。（二）噪声测量法1.噪声测量的主要参数（1）声压、声强、声功率（2）噪声的主观量度：响度、响度级2.噪声测量仪器（1）传声器：它的作用是将声能转换成电能。膜片感受声压情况的不同压强式传声器膜片的一面感受声压压差式传声器膜片的两面均感受声压，引起膜片振动的力取决于膜片两面压差的大小压强和压差组合式传声器是压强和压差两种方式的组合膜片振动转换成电能的方式动圈式传声器利用磁场耦合方式将膜片的振动转换成电量。压电式传声器通过声压使压电晶体产生电荷。电容式传声器利用电场耦合方式将膜片的振动转换成电量。【提示1】在噪声测量中常用压强式传声器。【提示2】电容式传声器具有较多优点，因此噪声测量中使用的精密和标准声级计大部分采用电容式传声器；普通声级计一般采用压电式传声器；动圈式传声器已很少使用。（2）声级计A计权网络除对低频噪声衰减最强外，对高频噪声反应最为敏感，这正与人耳对噪声的感觉（对低频段即500Hz以下不敏感，而对10005000Hz声音敏感）相接近。故在对人耳有害的噪声测量中，都采用A声级作为评定标准。D计权网络是专门为飞机噪声测量设计的。（3）声级计的校准为减小偏差，保证噪声的测量精度和测量数据的可靠性，按规定每次测量开始和结束都要进行校准，两次差值不应大于1dB。有多种校准方法，例如活塞发生器校准法、扬声器校准法、互易校准法、静电激励校准法、置换法等。（三）温度测量法1.测温仪表（1）热电偶标准化热电偶制造工艺比较成熟、性能优良且稳定，同一型号热电偶具有互换性。常用的有廉价金属热电偶及贵金属热电偶。非标准化热电偶多用在一些特殊场合，虽然在使用范围和数量上均不及标准化热电偶，但它们的一些特别良好的性能是标准化热电偶所不及的。实际使用的热电偶通常分为普通热电偶、铠装热电偶和薄膜热电偶等。普通热电偶的结构外形有多种形式，但其基本结构均由保护套管、热电极、绝缘套管和接线盒等主要部分组成。（2）热电阻温度计有金属热电阻温度计和半导体热电阻温度计两种。常用的金属热电阻有铂热电阻、铜热电阻、镍热电阻等。其结构有普通型热电阻和铠装热电阻。（3）红外测温仪器非接触方式，核心是红外探测器，它能把红外辐射能转变为电能。灵敏度响应速度制冷使用方便其他光电探测器高快需要不太方便灵敏度随波长变化热敏探测器低慢不需要方便耐用、价低、对波长响应变化微弱常用红外测温仪名称应用范围特点简易辐射测温仪测- 以上及辐射率高的物体结构简单、价廉、抗震、精度较差辐射测温仪适宜室温下测温，一般测以下温度结构简单、价格较低、较抗振、精度受环境影响，探测器热敏度电阻互换性差，与二次仪表匹配难，灵敏较低，误差较大有温度补偿的辐射测温仪应用广泛测量精度高，结构较复杂亮度测温仪宜测辐射率高的物体温度、测温结果低于真实温度不需温度补偿，结构比较简单，灵敏度稍差比色测温仪测辐射率的物体，宜测中高温结构较复杂，测量误差小，灵敏度较高，受烟雾、灰尘影响小单色测温仪宜测高温结构简单、使用方便、灵敏度高，能抑制某些干扰，波长越短辐射率引起的误差越少，测量精度较高。（四）裂纹的无损探伤法1.目视光学检测法对于封闭结构内部不能直接观察的零件，主要使用工业内窥镜进行目视光学检测。2.渗透探测法使着色渗透液或荧光渗透液渗入机件表面开口的裂纹内，然后清除表面的残液，用吸附剂吸出裂纹内的渗透液，从而显示出缺陷图像的一种检验方法。3.磁粉探测法设备简单，操作方便，检测灵敏度较高，适用于各种形状的钢铁机件，这种探测法可以发现铁磁材料表面和近表面的裂纹，以及气孔、夹杂等缺陷。其缺点是这种探测法不能探测缺陷的深度。4.射线探测法：射线和射线优点是探测的图像较直观，对缺陷尺寸和性质的判断比较容易，而且探测结果可以记录下来作为诊断档案资料长期保存。缺点是，当裂纹面与射线近于垂直时就难以探测出来，对微小裂纹的探测灵敏度低，探测费用较高，射线对人体有害。5.超声波探测法优点是可探测的厚度大、检测灵敏度高、仪器轻便便于携带、成本低，可实现自动检测，并且超声波对人体无害。其缺点是探测时有一定的近场盲区、探测结果不能记录、探测中采用的耦合剂易污染产品等6.声发射探测法7.涡流探测法（五）磨损的油液污染检测法根据监测和分析油液中污染物的元素成分、数量、尺寸、形态等物理化学性质的变化，便可以判断是否发生了磨损及磨损程度。1.油液光谱分析法：利用原子发射光谱或原子吸收光谱分析油液中金属磨损产物的化学成分和含量，从而判断机件磨损的部位和磨损严重程度的一种污染诊断法。光谱分析法对分析油液中有色金属磨损产物比较适用。用于早期、精密的磨损诊断。2.油液铁谱分析法：从油样中将微粒分离出来，并按照微粒的大小排列在基片上，通过光学或电子显微镜读出大小微粒的相对浓度，并对微粒的物理性能做出进一步分析。油液铁谱分析能提供磨损产物的数量、粒度、形态和成分四种参数，通过研究即可掌握有关的磨损情况。3.磁塞检查法：用肉眼直接观察，用于检查磨损后期磨粒尺寸大于70m的情况。第二节机器设备的质量评定与试验一、金属切削机床质量评定与试验（一）机床的可靠性机床的可靠性一般可用平均无故障时间、故障率、精度保持时间等指标来评定。（二）机床的精度1.静态精度精度类型含义典型几何精度机床在未受外载荷、静止或运动速度很低时的原始精度，包括主要零件间相互位置与相对运动轨迹的精度和主要零件的形位精度工作台的平面度、主轴轴向窜动和径向圆跳动、工作台移动的直线度等。运动精度以工作速度运行时主要工作部件的几何位置