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1、北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 设备故障诊断设备故障诊断 （Machine Fault Diagnosis) 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 科技大厦科技大厦208 010-64443037 wanghq_buct 13801023830 诊断及自愈工程研究中心诊断及自愈工程研究中心 设备故障诊断设备故障诊断 王华庆王华庆 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 理论理论 实践实践 能够独立分能够独立分 析解决问题析解决问题 ( (基础理论学习基础理论学习) ) 学会看诊断学会看诊断 领域的文章领域的文章 实验台检实验台检 测数据测数据 真实设备真实设备 采集信号采集信号
2、 能够独立能够独立 分析数据分析数据 在读文献的基在读文献的基 础上开展自己础上开展自己 的研究的研究 使用现有的诊使用现有的诊 断分析软件断分析软件 通过自己编程来通过自己编程来 实现诊断分析实现诊断分析 设备诊断设备诊断 课程体系课程体系 写文章、发表写文章、发表 论文的要求论文的要求 设备故障诊断设备故障诊断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 理理 论论 振动及信号处振动及信号处 理的基本知识理的基本知识 绪绪 论论 滚动轴承滚动轴承 诊断实例诊断实例 考试考试 独立阅读、分独立阅读、分 析、仿真文献析、仿真文献 （matlab编程）编程） 齿轮箱齿轮箱 诊断实例诊断实例 高级信
3、号处理高级信号处理 方法简述方法简述 阅读及讨论阅读及讨论 中外文文献中外文文献 考考 核核 作业作业1：精读一：精读一 篇相关英文文献篇相关英文文献 设备故障诊断设备故障诊断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 教学内容教学内容 1. 机械振动基础与旋转机械的故障机理机械振动基础与旋转机械的故障机理 2. 振动信号测试技术及其分析方法振动信号测试技术及其分析方法 3. 典型故障的振动信号特征及诊断方法典型故障的振动信号特征及诊断方法 4. 现代信号处理方法现代信号处理方法 5. 实践环节实践环节 机电设备故障诊断机电设备故障诊断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 课程实验安排课
4、程实验安排 动平衡实验系统动平衡实验系统 滚动轴承实验系统滚动轴承实验系统 实验内容：实验内容： 应用应用Labview/MatlabLabview/Matlab软件编制信号处理程序，进行轴承模拟故软件编制信号处理程序，进行轴承模拟故 障实验。障实验。 进度要求：学习进度要求：学习MatlabMatlab基本命令；开始分析故障数据。基本命令；开始分析故障数据。 机电设备故障诊断机电设备故障诊断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 7 参考资料：参考资料： 理论：理论： 滚动轴承振动监测与诊断滚动轴承振动监测与诊断.梅宏斌梅宏斌.机械工业出版社；机械工业出版社； 齿轮箱故障诊断齿轮箱故障诊
5、断.丁康丁康.机械工业出版社；机械工业出版社； 简易振动诊断现场实用技术简易振动诊断现场实用技术.易良榘易良榘.机械工业出版社；机械工业出版社； 编程：编程： 精通精通Matlab7：浏览，翻阅，查找命令；：浏览，翻阅，查找命令； Matlab在数字信号处理中的应用，薛年喜，清华大学出版社在数字信号处理中的应用，薛年喜，清华大学出版社 飞思科技的飞思科技的Matlab书；书； 机电设备故障诊断机电设备故障诊断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 本本 课课 程程 的的 缺缺 憾憾 同学们同学们 面临的面临的 困难困难 课本教学存在的问题：课本教学存在的问题： 0.我们的知识储备不够完整系
6、统；我们的知识储备不够完整系统； 1. 振动力学振动力学、信号处理信号处理、测试技术等；测试技术等； 2.无法开展实验；无法开展实验； 3.相关理论部分比较深奥相关理论部分比较深奥、难懂难懂。 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 对本课程学习的几点希望对本课程学习的几点希望 对本课程学习的几点希望对本课程学习的几点希望 多学科知识融合，逐渐走向广博、深厚多学科知识融合，逐渐走向广博、深厚 理解学习理解学习 + 实验技能实验技能 + 观察生活观察生活 掌握故障诊断的基本理论及方法掌握故障诊断的基本理论及方法 （时域、频域描述与分析；信号调理和处理；旋转机械、轴承、齿轮箱等时域、频域描述与分
7、析；信号调理和处理；旋转机械、轴承、齿轮箱等） 初步具备设备状态监测及故障诊断的能力初步具备设备状态监测及故障诊断的能力 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 第一章第一章 绪论绪论 本章内容：本章内容： 机电设备故障诊断机电设备故障诊断 诊断从哪里来？诊断从哪里来？ 故障诊断有什么意义？故障诊断有什么意义？ 诊断与维修之间的关系？诊断与维修之间的关系？ 诊断有哪些手段？诊断有哪些手段？ 看几个诊断案例？看几个诊断案例？ 诊断技术发展如何？诊断技术发展如何？ 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 1.1 诊断从哪里来？诊断从哪里来？ 人人 抽血抽血 血液化验血液化验 这人有病么？这人有
8、病么？ 有！治病！有！治病！ 设备设备 抽油样抽油样 油品检测油品检测 设备正常吗？设备正常吗？ 有故障！维修！有故障！维修！ 人体检查人体检查 对比对比 设备检修设备检修 故障诊断故障诊断为设备“体检”！为设备“体检”！ 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 1.1 诊断从哪里来？诊断从哪里来？ 医学诊断测试医学诊断测试 机械故障诊断机械故障诊断 原理及特征信息原理及特征信息 直接观察（感官）直接观察（感官） 中医：望、闻、问、切中医：望、闻、问、切 西医：望、触、扣、听西医：望、触、扣、听 嗅嗅 直接观察直接观察 听、摸、看、闻听、摸、看、闻 通过形貌、声音、温度、通过形貌、声音、温度
9、、 颜色、气味的变化来测颜色、气味的变化来测 试试 听心音、做心电图听心音、做心电图 振动、噪声测试振动、噪声测试 通过振动、噪声的大小通过振动、噪声的大小 及其变化规律进行测试及其变化规律进行测试 量体温量体温 温度测试温度测试 研究分析温度的变化研究分析温度的变化 量血压量血压 应力、应变（液应力、应变（液 压气压）测试压气压）测试 分析力、应力、应变分析力、应力、应变 化验（血、尿）化验（血、尿） 油液分析油液分析 研究分析油液中磨粒的研究分析油液中磨粒的 化学成分、形貌、数量化学成分、形貌、数量 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 1.1 诊断从哪里来？诊断从哪里来？ 医学诊断测
10、试医学诊断测试 机械故障诊断机械故障诊断 原理及特征信息原理及特征信息 X射线、超声波检查射线、超声波检查 超声、超声、X射线探伤射线探伤 研究分析机件内部缺研究分析机件内部缺 陷陷 观测皮肤观测皮肤 表面状态测试表面状态测试 研究分析表面缺陷研究分析表面缺陷 做胃镜做胃镜 内窥镜观察内窥镜观察 观察内部情况观察内部情况 总体性能测试（如总体性能测试（如 肺活量、耐力、握肺活量、耐力、握 力、拉力等）力、拉力等） 整机性能测试整机性能测试 分析整机性能参数，分析整机性能参数， 如功率、效率、工作如功率、效率、工作 精度等。精度等。 问病史问病史 查阅机器运行技查阅机器运行技 术档案资料术档案资
11、料 找规律、查原因、作找规律、查原因、作 判断判断 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 1.2 故障诊断有什么意义？故障诊断有什么意义？ 设备诊断：设备诊断：即“即“设备医生设备医生” 用一定的用一定的仪器、手段仪器、手段 定性定性、定量定量描述设备状态描述设备状态 分析故障发生原因分析故障发生原因 并根据运行状态的变化预测故障的发展并根据运行状态的变化预测故障的发展 最终实现对故障的控制最终实现对故障的控制 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 故障故障（事故事故）：美国美国“哥伦哥伦 比亚比亚”号航天飞机解体号航天飞机解体 诊断原因：诊断原因：航天飞机左翼在航天飞机左翼在 起飞时
12、遭到从燃料箱上脱落起飞时遭到从燃料箱上脱落 的泡沫绝缘材料撞击的泡沫绝缘材料撞击，结果结果 造成机体表面隔热保护层出造成机体表面隔热保护层出 现了大面积松动和破损现了大面积松动和破损，最最 终导致终导致“哥伦比亚哥伦比亚”号于返号于返 航途中因超高温空气入侵而航途中因超高温空气入侵而 彻底解体彻底解体。 损失：损失：七名宇航员全部遇难七名宇航员全部遇难。 1.2 故障诊断有什么意义？故障诊断有什么意义？ 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 1986年年4月月26日，日，切尔诺贝利核电站切尔诺贝利核电站号反应堆发生爆炸，号反应堆发生爆炸， 造成造成30人当场死亡，吨多强辐射物泄漏。此次核泄
13、漏事故使人当场死亡，吨多强辐射物泄漏。此次核泄漏事故使 电站周围万多平方公里土地受到直接污染，电站周围万多平方公里土地受到直接污染，320多万人受到核多万人受到核 辐射侵害，酿成人类和平利用核能史上的一大灾难。离核电站辐射侵害，酿成人类和平利用核能史上的一大灾难。离核电站 30公里以内的地区还被辟为隔离区，很多人称这一区域为“死公里以内的地区还被辟为隔离区，很多人称这一区域为“死 亡区”。亡区”。 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 飞行器飞行器 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 前起落架锁连杆安装螺栓前起落架锁连杆安装螺栓( (销子销子) )发生断裂。发生断裂。 北京化工大学机
14、电学院北京化工大学机电学院 吉林化工厂爆炸吉林化工厂爆炸 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 转子事故 1985年山西大同电厂年山西大同电厂2号号 机和机和1988年秦岭电厂年秦岭电厂5号机号机 的断轴毁机事故仅直接经的断轴毁机事故仅直接经 济损失就超过济损失就超过2亿元亿元 镇海石化总厂一台镇海石化总厂一台 CO2压缩机推力瓦轴承压缩机推力瓦轴承 损坏，造成直接经济损损坏，造成直接经济损 失达失达6000万元万元 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 透平机械事故 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 水轮机事故 北京化工大学机电学院北
15、京化工大学机电学院 1.2 故障诊断有什么意义？故障诊断有什么意义？ 故障故障（事故事故）：武武 钢高炉炉顶传动齿轮钢高炉炉顶传动齿轮 箱旋转电流升高箱旋转电流升高，噪噪 声异常声异常（故障早期故障早期）。 当晚当晚20时时，传动齿轮传动齿轮 箱 已 根 本 无 法 运 行箱 已 根 本 无 法 运 行 （晚期晚期）。 诊断原因：诊断原因：箱体内箱体内 部的大型回转支承轴部的大型回转支承轴 承被压溃承被压溃。 损失：损失：高炉停产高炉停产5天，直接经济损失达天，直接经济损失达5000万以上。万以上。 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 故障故障（事故事故）： 首钢首钢3#转炉北侧二次输转
16、炉北侧二次输 入轴减速机鼓型齿接手入轴减速机鼓型齿接手 齿全部打光齿全部打光，转炉失去转炉失去 控制控制，钢水溢出造成两钢水溢出造成两 台渣罐车和部分钢轨烧台渣罐车和部分钢轨烧 损损。 诊断原因：诊断原因：联轴器有联轴器有 多处损坏多处损坏（掉牙掉牙、裂纹裂纹 等等），且且3#转炉大齿轮转炉大齿轮 已压溃已压溃。 1.2 故障诊断有什么意义？故障诊断有什么意义？ 损失：损失：直接经济损失高达直接经济损失高达7000万以上万以上。 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 2010年年3月月18日日 广州：广州：800万吨万吨/年常减压装置减三线泵年常减压装置减三线泵 北京化工大学机电学院北京化工大学机电学院 2
