機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷教程

1、機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生,轉(zhuǎn)子事故,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生,透平機械事故,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生,水輪機事故,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生,美國哥倫比亞號載人航天飛機失事,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,現(xiàn)實生活和工業(yè)過程中惡性事故時有發(fā)生,,斷裂部位

2、,三峽塔帶機斷裂事故 2002年9月3日,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,對關(guān)鍵設(shè)備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷可以提高設(shè)備的可靠性，實現(xiàn) “事后維修”到 “預(yù)知維修”的轉(zhuǎn)變，提高企業(yè)和設(shè)備的管理水平，保證產(chǎn)品的質(zhì)量，避免重大事故的發(fā)生，降低事故危害性，從而獲得潛在的巨大經(jīng)濟效益和社會效益。,機電設(shè)備故障診斷的意義：,日本應(yīng)用故障診斷技術(shù)后，事故發(fā)生率減少75%，維修費用降低25～50％。英國對2000個國營工廠的調(diào)查表明，采用狀態(tài)監(jiān)測和

3、故障診斷技術(shù)后，每年可節(jié)省維修費用3億英鎊，而故障診斷系統(tǒng)的成本為0.5億英鎊。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,國外診斷技術(shù)的發(fā)展概況：,★ 美國最早，1967年美國宇航局倡導(dǎo)成立了機械故障預(yù)防小組（“MFPG”）★ 70年代英國機械保健中心成立，并用于核發(fā)電、鋼鐵、電力等診斷?！?71年日本開始發(fā)展自己的TPM（全員生產(chǎn)維修）：鋼鐵、石油、化工、鐵路★ 進而歐美許多國家都在重視發(fā)展。如瑞典SPM軸承監(jiān)測、挪威船舶診斷、丹麥B&am

4、p;K的振動與聲發(fā)射診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,國內(nèi)診斷技術(shù)的發(fā)展概況：,★ 天津大學(xué)從1982年起研究齒輪傳動、軸承、齒輪箱、切 削過程等方面的診斷與監(jiān)控技術(shù)，成果主要： 1、設(shè)備的智能診斷與預(yù)測維修系統(tǒng) 2、設(shè)備在線自動報警與保護通用監(jiān)控系統(tǒng) 3、動態(tài)測試與信號分析系統(tǒng)

5、 4、模態(tài)分析系統(tǒng)★ 華中理工大學(xué)：汽輪發(fā)電機組診斷專家系統(tǒng)、鋼絲繩診斷系統(tǒng)★ 西安交通大學(xué)：旋轉(zhuǎn)機械故障診斷RB—20，用于煉油行業(yè)★ 國防科技大學(xué)：望遠號遠洋考察船的在線監(jiān)控與故障診斷系統(tǒng)★ 哈爾濱工業(yè)大學(xué)： 20萬KW汽輪發(fā)電機組診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,診斷技術(shù)的特點：,★ 技術(shù)研究和積累較多★ 在石化、電力等方面的應(yīng)用較多，效益好、易診斷★ 傳統(tǒng)機械制造業(yè)應(yīng)用少，主要原因是傳動結(jié)構(gòu)復(fù)雜、企業(yè)效益普

6、遍不好★ 汽車制造業(yè)已經(jīng)逐步重視，如：玉柴、吉普、桑塔納、一汽、重慶長安、“九五”攻關(guān)項目等,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng):,離線監(jiān)測與故障診斷,定期或不定期的巡檢的方式采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，然后回放到計算機，由計算機軟件進行監(jiān)測與診斷分析。 特點：離線分析，對突發(fā)故障無能為力，但可精細分析 例如：基于便攜式數(shù)采儀的故障診斷與預(yù)測維修系統(tǒng)

7、 （天 津大學(xué)機電科技中心）,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,離線監(jiān)測與故障診斷,在線監(jiān)測與故障診斷,由傳感器及高速實時數(shù)采硬件、控制計算機及監(jiān)測分析軟件組成。 特點：在線監(jiān)測，可以給出設(shè)備的當(dāng)前狀態(tài)，捕捉突發(fā)故障并進行精細分析。 例如：在線故障診斷與自動報警系統(tǒng) （天 津大學(xué)機電科技中心）,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,機電設(shè)備狀

8、態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,在線監(jiān)測與故障診斷,,,,,,,,,,,,,,機床電源,,,,,,,,,,,,,計算機,監(jiān)控箱,記錄、文件,,,,,,,,,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,在線監(jiān)測與故障診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,前瞻性的故障診斷模式：,以網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和計算機技術(shù)為基礎(chǔ)，開發(fā)出主從分布式網(wǎng)絡(luò)化集成在線監(jiān)控與診斷系統(tǒng)。 特點：充分挖掘和發(fā)揮網(wǎng)絡(luò)信息交換、資

9、源共享的優(yōu)點，充分利用科研院所的專家資源，實現(xiàn)“移動的是數(shù)據(jù)而不是人”，在網(wǎng)絡(luò)層面上實現(xiàn)故障信息的挖掘和故障類型的確診。 例如：中國設(shè)備遠程診斷網(wǎng) http://www.chnpfd.com （天津大學(xué)機電科技中心）,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,,。。。。。。。。。。。,….,,,,信號調(diào)理,信號調(diào)理,信號調(diào)理,機組,機組,,,,現(xiàn)場工控機,….,,,,信號調(diào)理,信號調(diào)理,信號調(diào)理,機組,機組,,,,現(xiàn)

10、場工控機,。。。。。。。。。。。,….,,,,信號調(diào)理,信號調(diào)理,信號調(diào)理,機組,機組,,,,現(xiàn)場工控機,遠程計算機,,,,局域網(wǎng),多機組網(wǎng)絡(luò)化實時監(jiān)測模式,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,前瞻性的故障診斷模式：,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要包括如下幾個環(huán)節(jié)：,,,,,,,測取的信號應(yīng)能反映設(shè)備的狀態(tài)與故障信息，具體包括：振動、聲、力、溫度、超聲、油污染、銹蝕、

11、轉(zhuǎn)速、扭矩、功率、電流、電壓等。其中：振動信號最常用，方法成熟，信息量大；聲信號采用非接觸測量，測取方便，信息量大，但容易受干擾方法：以振動測量為例，可以測：加速度、速度、位移。通常采用加速度傳感器。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,一、狀態(tài)信息的獲取,,壓電加速度傳感器,加速度傳感器輸出的電荷量與振動加速度成正比。傳感器必須與前置電壓放大器、電荷放大器或測量放大器配用。直接放大可測加速度，經(jīng)過一次積分可測速度，經(jīng)過二次積分可測位移。,加

12、速度傳感器一般具有很高的固有頻率，適于測量高頻振動或設(shè)備振動中的高頻成分。例如齒輪箱的捏合頻率、滾動軸承的特征頻率等。,加速度傳感器測量的是被測物體的絕對振動。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,一、狀態(tài)信息的獲取,速度傳感器,速度傳感器固定在被測物體上，物體振動時，傳感器輸出的電量與振動速度成正比。經(jīng)過一次積分可測位移，經(jīng)過一次微分可測加速度。 速度傳感器測量的是被測物體的絕對振動。 速度傳感器的頻響范圍較加速度低一些，不適合測量太高頻

13、率的振動。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,一、狀態(tài)信息的獲取,電渦流式位移傳感器,渦流傳感器屬于非接觸式傳感器一類，在旋轉(zhuǎn)機械中應(yīng)用最多?？梢杂脕肀O(jiān)測轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的運動狀態(tài)，例如轉(zhuǎn)子的徑向振動、軸向振動、軸心軌跡、軸心位置、油膜厚度、轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速等信息。 渦流傳感器測量的是被測物體與傳感器探頭端面之間的距離。,一、狀態(tài)信息的獲取,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,,,,t,0,,,,,,,,,,,,,,,,,,t,0,,,,t,0,模擬信號,離散

14、,量化,,,,傳感器輸出的信號一般都是諸如電壓、電荷、電阻變化值、電容變化值等模擬信號，在利用計算機對其進行處理之前必須對其進行離散量化成數(shù)字信號。模擬信號到數(shù)字信號轉(zhuǎn)換的過程如下圖所示。,模擬信號的采集,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。ㄐ盘柼幚恚?信號處理的方法：時域分析、幅值域分析、頻域分析、時頻分析等,信號處理的目的：采用各種技術(shù)和手段挖掘信號中內(nèi)含的本質(zhì)，即信息。具體到機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中就是提取設(shè)備相關(guān)

15、信號（包括振動、聲音、溫度、壓力等）的特征，對設(shè)備當(dāng)前狀態(tài)作出準(zhǔn)確的評價和預(yù)測，對已發(fā)生的故障進行確診，提出正確的維修建議。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（時域分析）,均值（一階矩）：描述信號的 穩(wěn)定分量,方差（二階中心矩）：描述信號的 波動分量,信號的時域波形,偏斜度（三階矩）：反映信號中大幅 值成分的影響,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（時域分析）,峭度（四階矩）：反映信號中大幅值成分的影響,信號

16、的概率表示：,概率密度函數(shù)的物理意義,信號的概率密度函數(shù)：,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,應(yīng)用：直接應(yīng)用于機器狀態(tài)的診斷。例如，圖為車床變速箱的噪聲概率密度函數(shù)p(x)，a—新車床，b—舊車床，顯然新、舊車床變速箱噪聲概率密度函數(shù)p(x)值有較大差異。,車床變速箱噪聲概率密度函數(shù)a)新車床噪聲p(x) b)舊車床噪聲p(x),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（時域分析）,1、自相關(guān)函

17、數(shù) 是偶函數(shù)，即 。2、當(dāng) 時，自相關(guān)函數(shù) 等于信號的方差3、當(dāng) 時，自相關(guān)函數(shù) 的值總是小于 ，即小于方差,信號的自相關(guān)函數(shù)：描述信號自身的相似程度,,重要規(guī)律：周期信號或者其他非隨機信號的自相關(guān)函數(shù)不隨變量 的變化而衰減；隨機信號的自相關(guān)函數(shù)當(dāng)變量 增

18、大時將趨向于零。因此，自相關(guān)函數(shù)是在機器噪聲中查找周期信號或者瞬時信號的重要手段。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,應(yīng)用：正常運行狀態(tài)—機器噪聲是大量的、無序的、大小接近的隨機沖擊結(jié)果，有寬而均勻的頻譜。運行不正常狀態(tài)—隨機噪聲將出現(xiàn)有規(guī)則、周期性的脈沖，其大小比隨機沖擊大的多。例如;機構(gòu)中軸承磨損間隙增大時，軸與軸蓋就會有碰擊現(xiàn)象。首先運用自相關(guān)函數(shù)查找出隱藏的周期分量，進而依靠其幅值和波動的頻率可以查

19、找出機器的缺陷所在。,圖 C630型車床主軸箱噪聲的自相關(guān)函數(shù),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,信號的互相關(guān)函數(shù)：描述兩個信號之間的相似程度或相關(guān)性,,性質(zhì)：,1、互相關(guān)函數(shù) 不一定是偶函數(shù)。2、當(dāng) 時，互相關(guān)函數(shù) 不一定是最大值。3、互相關(guān)函數(shù)具有反對稱性。,重要規(guī)律：若互相關(guān)函數(shù)出現(xiàn)峰值，則表示兩個信號相似；若互相關(guān)函數(shù)幾乎處處為零

20、，則表示兩個信號不相關(guān)。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,應(yīng)用一：相關(guān)測速,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,應(yīng)用二： 故障定位,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,發(fā)動機與司機座的相關(guān)性較差，而后橋與司機座的互相關(guān)較大，可以認(rèn)為司機座的振動主要是由汽車后輪的振動引起的。,應(yīng)用三： 傳遞通道的相關(guān)測定,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（時域分析）

21、,信號的幅值參數(shù),（2）平均幅值,（3）均方幅值,（4）峰值,（1）方根幅值,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,（2）峰值指標(biāo),（3）脈沖指標(biāo),（4）裕度指標(biāo),信號的無量綱指標(biāo),=均方幅值/平均幅值,=峰值/均方幅值,=峰值/平均幅值,=峰值/方根幅值,（1）波形指標(biāo),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,汽車后橋齒輪加速度信號的無量綱指標(biāo),如圖所示是對28只汽車后橋齒輪在不同運行狀態(tài)下振

22、動的加速度信號經(jīng)過計算得到的無量綱指標(biāo)。由圖課件，波形指標(biāo)K的變化很小，沒有足夠的診斷能力；脈沖指標(biāo)I最好，可以作為齒輪運行狀態(tài)的優(yōu)良診斷指標(biāo)。峰值指標(biāo)C比起脈沖指標(biāo)I要差一些。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。l域分析）,將時域信號轉(zhuǎn)換到頻域中去進行分析，最普遍的方法就是通過快速傅立葉變換（FFT）進行的,在機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷中，一些零部件都有自己的特征頻率，我們把時域信號轉(zhuǎn)換到頻域中，查找對應(yīng)的特征頻率及其幅

23、值的大小，就可以粗略判斷故障的部位和程度。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?波德圖：波德圖是反應(yīng)及其振幅和相位隨轉(zhuǎn)速變化的關(guān)系曲線。如圖所示。,圖中以轉(zhuǎn)速為橫坐標(biāo)，振幅和相位角為縱坐標(biāo)。這種圖形一般用跟蹤矢量濾波器在機器起動或停車階段測得。 從波德圖上可以得到： （1）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)在各種轉(zhuǎn)速下的振幅和相位。 （2）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的臨界轉(zhuǎn)速。 （3）轉(zhuǎn)子系統(tǒng)的共振放大系數(shù)。 （4）轉(zhuǎn)子振

24、型。 （5）系統(tǒng)的阻尼大小。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?奈奎斯特圖：奈奎斯特圖是把振幅與相位隨轉(zhuǎn)速的變化關(guān)系用極坐標(biāo)的形式表示出來。如圖所示。,圖中用一旋轉(zhuǎn)矢量的點代表轉(zhuǎn)子的軸心，該點在各轉(zhuǎn)速下所處位置的極半徑表示軸的徑向振幅，角度就是相位角。 從奈奎斯特圖上可以得到比波德圖更多的信息，例如轉(zhuǎn)子不平衡質(zhì)量的方位。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,瀑布圖：瀑布圖是三坐標(biāo)圖，x軸為振動頻率，y軸

25、為轉(zhuǎn)速或者時間間隔，z軸為振動幅值。如圖所示。,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?瀑布圖常用來表達機器振動在驟變過程或者啟動停車過程中各頻率成分的幅值變化，可以判斷機器的臨界轉(zhuǎn)速、振動原因以及系統(tǒng)的阻尼情況。 例如，機器過臨界轉(zhuǎn)速、軸承發(fā)生油膜振蕩、零件磨損以及各種突然發(fā)生的亞異步振動等，均能在瀑布圖上獲得分析故障原因的有用信息。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,軸心軌跡：軸心軌跡的獲取是利用相互垂直的兩個非接觸式傳感器分別安置于轉(zhuǎn)

26、子某一截面上，同時采集數(shù)據(jù)繪制而成。如圖所示。,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?,通過分析軸心軌跡的運動方向與轉(zhuǎn)軸的旋轉(zhuǎn)方向，可以確定轉(zhuǎn)軸的進動方向（正進動和反進動）。 軸心軌跡在故障診斷中可以用來確定轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速、空間振型曲線以及部分摩擦，如不對中、摩擦、油膜振蕩等。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?軸心位置：借助于相互垂直的兩個電渦流傳感器，監(jiān)測直流間隙電壓，就可得到轉(zhuǎn)子軸頸中心的徑向位置

27、。如圖所示。,通過軸心位置圖可判斷軸頸是否處于正常位置，對中好壞、軸承標(biāo)準(zhǔn)高是否正常、軸瓦有否變形等情況，從長時間軸心位置的趨勢可以觀察出軸承的磨損情況。 軸心位置圖是指轉(zhuǎn)軸在沒有徑向振動情況下軸心相對于軸承中心的穩(wěn)態(tài)位置。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。ㄆ渌治龇椒ǎ?趨勢分析：趨勢分析是把所測得的特征數(shù)據(jù)值和預(yù)報值按一定的時間順序排列起來進行分析。如圖所示。,這些特征數(shù)據(jù)可以是通頻振動、1倍頻振動、2倍頻振動

28、、0.5倍頻振動、軸心位置等。 時間序列可以按前后各次采樣、按小時、按天等。趨勢分析在故障診斷中起著重要的作用。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,轉(zhuǎn)軸組件的故障診斷,轉(zhuǎn)軸組件是機器中主要的裝配單元。它的振動類型可分為徑向振動、軸向振動和扭轉(zhuǎn)振動三類。其中徑向振動對機器運轉(zhuǎn)的影響最大，成了振動監(jiān)測的主要對象。,回轉(zhuǎn)機械中的振動可分為兩種形式，其一是同步振動，又稱為強迫振動，主要由轉(zhuǎn)子的不平衡、聯(lián)軸器的不對中、

29、安裝不良等引起的。其振動頻率為轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率及其倍頻；振動的幅值在轉(zhuǎn)子的臨界轉(zhuǎn)速前隨著轉(zhuǎn)速的增加而增大；超過臨界轉(zhuǎn)速，則隨轉(zhuǎn)速的增加而減小。 對轉(zhuǎn)子進行動平衡處理，可以有效減輕和抑制這種振動。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,轉(zhuǎn)軸組件的故障診斷,另一種振動的形式是亞同步振動，又稱自激振動。其振動頻率低于轉(zhuǎn)子的回轉(zhuǎn)頻率。這種振動常常在某個轉(zhuǎn)速下突然發(fā)生，具有極大的危害性。 常見的亞同步振動有油膜渦動、油膜

30、振蕩。,（1）油膜渦動：油膜渦動的頻率約為轉(zhuǎn)子回轉(zhuǎn)頻率的一般，常稱為半速渦動或半頻渦動。（2）油膜振蕩：隨著轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速增加，油膜渦動頻率也增加，兩者保持一個近乎不變的恒定比，約為50％。但當(dāng)轉(zhuǎn)速約為轉(zhuǎn)子一階臨界轉(zhuǎn)速的2倍的時候，隨著轉(zhuǎn)速增加，渦動頻率將保持不變，等于轉(zhuǎn)子的一階臨界回轉(zhuǎn)頻率，轉(zhuǎn)子出現(xiàn)強烈的振動現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。,為鋼球數(shù)； 為鋼球直徑；為滾道節(jié)徑；為接觸角；為回轉(zhuǎn)頻率。,,滾動軸承的常見故障主要有：磨損、疲

31、勞（點蝕、剝落）、塑性變形、腐蝕以及斷裂、膠合等其他失效形式。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,滾動軸承的故障診斷,軸承的特征頻率計算公式：,（1）內(nèi)圈剝落：,（2）外圈剝落：,（3）鋼球剝落：,（4）內(nèi)滾道不圓：,（5）保持架不平衡：,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,滾動軸承的故障診斷,滾動軸承常用分析方法： 帶通濾波法 共振解調(diào)法——包絡(luò)譜

32、 脈沖沖擊法SPM 頻譜分析法 油樣分析（鐵譜、光譜、磁塞） 軸承溫度：如高速機車的軸溫監(jiān)測,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,滾動軸承的故障診斷,右圖為某外圈有剝落206軸承振動信號的頻譜和包絡(luò)譜圖。7500Hz附近為測試棒引起的高頻固有振動。以15200Hz為中心頻率，以帶寬3200Hz進行包絡(luò)分析得到下圖。其上408Hz、816Hz譜線非常明顯，這分別

33、是外圈故障特征頻率的一倍頻和二倍頻。在三倍頻1224Hz處也有譜峰存在，但不明顯。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,齒輪箱的故障診斷,1、嚙合頻率及其高次諧波2、磨損時諧波較基頻幅值增加快3、由調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶（除磨損外）4、寄生成分：加工分度誤差引起，載荷大寄生力大,齒輪箱故障信號特征：,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,齒輪箱的故障診斷,1、嚙合頻率及其高次諧波,齒輪在嚙合過程中載

34、荷的分配是變化的，載荷的變化會引起齒輪剛性的變化，從而引起齒輪的振動，這種振動通常稱為嚙合振動。該振動在頻譜圖上會出現(xiàn)嚙合頻率及其高次諧波。 均勻磨損后嚙合頻率及其高次諧波振動分量的幅值都會上升，但基頻增長較慢，而高次諧波分量的增長比基頻快。,齒輪傳動的振動波形及其頻頻,2、由調(diào)制效應(yīng)產(chǎn)生的邊頻帶,在一對齒輪嚙合過程中，其嚙合頻率及其高次諧波可以看作一個高頻振蕩（載波），而那些在每周呈現(xiàn)出一次或二次的振動信號，如齒面上的點蝕、剝落

35、后引起的振動信號（故障信號）可視為緩變信號（調(diào)制信號）。兩種信號同時出現(xiàn)時，就會產(chǎn)生調(diào)制效應(yīng)。 在頻譜圖中，兩譜線間的間隔就是調(diào)制信號的頻率，這是非常有價值的診斷信號。找出調(diào)制信號的頻率，就可判斷其相應(yīng)的故障。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,齒輪箱的故障診斷,幅值調(diào)制過程,3、寄生成分（鬼線）,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,齒輪箱的故障診斷,鬼線是頻譜圖上的一個頻率分量，其產(chǎn)生的原

36、因為加工過程給一個齒輪帶來的周期性缺陷，缺陷來源于分度渦輪、蝸桿及齒輪的誤差。 鬼線是由一定的幾何誤差產(chǎn)生的，載荷改變對其影響很小。 磨損使鬼線分量幅值減小，卻使其嚙合頻率下的幅值增大。,齒輪箱的故障診斷(頻譜細化法),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,頻譜細化分析是近幾年發(fā)展起來的一項信號處理的新技術(shù)。能夠以指定的、足夠高的頻率，分析頻率軸上任一窄帶信號的頻譜結(jié)構(gòu)，獲得更高的頻率分辨率。 右

37、圖是某齒輪箱振動加速度信號。細化后發(fā)現(xiàn)嚙合頻率2252Hz附近調(diào)制了大量的低速軸的轉(zhuǎn)頻譜線，判斷齒輪存在嚴(yán)重磨損或斷齒。停機檢修斷定診斷是正確的。,某齒輪箱振動加速度信號波形、頻譜及其細化譜,齒輪箱的故障診斷(倒頻譜分析),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,倒頻譜分析能區(qū)別出因調(diào)制而引起的功率譜中的周期分量，診斷出調(diào)制源。 倒譜將信號變換到一個新的時間域－倒頻域。倒頻譜能將原來譜圖上成簇的邊頻帶譜線簡化為單根譜

38、線，以便觀察。從而可是別處復(fù)雜頻譜圖上的周期結(jié)構(gòu)，分離和提取出密集信號中的周期成分。這對于具有周期成分及度成分邊頻帶等復(fù)雜信號的識別尤為有效。,倒頻譜的基本步驟,齒輪箱的故障診斷(倒頻譜分析),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設(shè)備故障診斷方法,右上圖是某齒輪箱的時域波形，中圖是其倒頻譜圖，下圖為低頻信號擴展后的頻譜圖。 圖中可以清楚地看到主要特征頻率對應(yīng)地時域點，如5軸和6軸嚙合頻率3.695Hz對應(yīng)地269.87ms?？梢?/p>

39、判斷這兩軸的嚙合齒輪之間出現(xiàn)了均勻磨損。 同時還可看到點擊的轉(zhuǎn)動頻率16.93Hz及其2倍頻33.77Hz出幅值較大，由此可以判斷蹲在電機轉(zhuǎn)子初始不平衡和不對中現(xiàn)象。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,四、在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（系統(tǒng)方案）,上海吳中泵站水泵單機組在線監(jiān)測,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,四、在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（硬件方案）,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,四、在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（軟件功能）,,數(shù),據(jù),庫,管,理,模,塊

40、,,設(shè)置巡檢路徑,,數(shù)據(jù)回放,,,數(shù)據(jù)庫建立,,主,控,模,塊,,信,號,分,析,模,塊,,軸承數(shù)據(jù)庫,,設(shè)備檔案庫,,報表管理,,動態(tài)報警門限,,數(shù)字濾波,,零均值處理,,時域統(tǒng)計,,頻域分析,,故,障,診,斷,模,塊,,狀,態(tài),監(jiān),測,與,預(yù),測,,,特征量提取,,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)診斷法,,,線性回歸預(yù)測模型,,時間序列預(yù)測模型,,灰色預(yù)測模型,,神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)預(yù)測模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原始數(shù)據(jù)管理,,,去除趨

41、勢項,,,,非線性回歸預(yù)測模型,,,,時頻/小波分析,,,軸心軌跡,,特征頻率計算,,軸心軌跡,,加窗處理,,趨勢提取,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,四、在線監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)（系統(tǒng)特色）,采用高性能ICP傳感器精度好，抗干擾性能強?？够鞛V波、程控增益等信號調(diào)理單元，保證信號的正確、可靠采集。實時連續(xù)大樣本采集，保證信號不丟點。在線連續(xù)監(jiān)測，便于突發(fā)故障檢測自動數(shù)據(jù)存儲，便于精密分析。16種參數(shù)報警、頻帶窄帶多級報警。強大的軸

42、承數(shù)據(jù)庫功能。遠程網(wǎng)絡(luò)化實時監(jiān)測。時、頻域、小波、倒譜等強大信號分析功能。,參數(shù)報警,返回,窄帶報警,返回,軸承數(shù)據(jù)庫,返回,遠程在線監(jiān)測,返回,頻譜分析,返回,下一頁,小波分析,返回,下一頁,譜陣分析,返回,下一頁,包絡(luò)分析,返回,下一頁,譜陣+預(yù)測,返回,下一頁,在線監(jiān)測實施效果,返回,下一頁,遠程數(shù)據(jù)分析與管理,返回,下一頁,現(xiàn)場監(jiān)測圖1,返回,下一頁,現(xiàn)場監(jiān)測圖2,返回,下一頁,現(xiàn)場監(jiān)測圖3,返回,下一頁,現(xiàn)場監(jiān)測圖4,返回

43、,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,車輛故障診斷與狀態(tài)監(jiān)測,車輛變速箱和發(fā)動機的振動診斷技術(shù)是對機械振動信號進行采集，然后采用各種分析方法和智能診斷與狀態(tài)預(yù)測技術(shù)，判斷故障源及故障程度，預(yù)測設(shè)備狀態(tài)的趨勢，從而進行有針對性地維修和保養(yǎng)。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,便攜式故障診斷分析儀,TD2000系列便攜式故障診斷分析儀采用高性能計算機和高速數(shù)據(jù)采集卡，具有抗振性好、抗干擾能力

44、強、攜帶方便等優(yōu)點，特別應(yīng)用于野外作業(yè)及惡劣工況條件下進行故障診斷與狀態(tài)分析。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,嵌入式便攜故障診斷分析儀,嵌入式便攜故障診斷與預(yù)測維修系統(tǒng)是由天津大學(xué)機電科技中心開發(fā)的，該系統(tǒng)提供了一整套應(yīng)用于關(guān)鍵設(shè)備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與預(yù)測維修的集成解決方案。系統(tǒng)可以實現(xiàn)關(guān)鍵設(shè)備的在線采集、故障診斷、狀態(tài)預(yù)測，并與工廠的設(shè)備管理系統(tǒng)無縫集成，從而充分滿足關(guān)鍵設(shè)備的巡檢、點檢的需要。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故

45、障診斷,五、相關(guān)研究成果,便攜式故障診斷分析儀,基于筆記本和USB接口的TD2000B型故障診斷分析儀具有熱插拔、攜帶方便、不需外界電源供電、便于維修等優(yōu)點，強大的軟件功能使得該系統(tǒng)可滿足各種工況下的設(shè)備監(jiān)測與故障分析。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,水泵單機組在線監(jiān)測系統(tǒng),機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,汽車行業(yè)應(yīng)用,,,,,,,,,,,,,,機床電源,,,,,,,,,,,,,

46、計算機,監(jiān)控箱,,,,記錄、文件,,,,,,,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,管道漏磁檢測,本軟件采用頻域多條曲線、多模態(tài)直接擬合的正交多項式總體擬合的方法識別復(fù)模態(tài)參數(shù)。在開發(fā)研制過程中，吸收生產(chǎn)實際經(jīng)驗，用戶界面良好，易于操作，適用于科研單位及工礦企業(yè)使用。軟件包括幾何建模、數(shù)據(jù)管理、傳函曲線顯示、參數(shù)識別、曲線擬合比較、振型動態(tài)模擬和輔助模塊等幾個模塊。,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關(guān)研究成果,模態(tài)分析系統(tǒng),機

47、電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,診斷系統(tǒng)由集中式向分布式發(fā)展 ☆ 硬件設(shè)計生產(chǎn)應(yīng)標(biāo)準(zhǔn)化、專業(yè)化 ☆ 軟件設(shè)計應(yīng)規(guī)范化和模塊化 ☆ 縮短開發(fā)周期、提高可靠性由單機向網(wǎng)絡(luò)化發(fā)展 ☆ 局域主從分布集成監(jiān)控與診斷網(wǎng)絡(luò) ☆ 一條生產(chǎn)線、工段、車間或分廠的設(shè)備構(gòu)成主從分布監(jiān)控網(wǎng)絡(luò) ☆ 一個企業(yè)可把每一主從監(jiān)控子系統(tǒng)聯(lián)系起來構(gòu)成網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與管理系

48、 統(tǒng)，資源、庫共享。廣域的網(wǎng)絡(luò)化監(jiān)控與診斷系統(tǒng) 通過現(xiàn)代信息傳輸方式，如Internet網(wǎng)、Cable TV網(wǎng)、電話網(wǎng)等可經(jīng)濟便利地實現(xiàn)全市（?。珖酥寥澜绲男袠I(yè)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控與診斷系統(tǒng)。由狀態(tài)監(jiān)控與診斷向進一步的智能診斷預(yù)測維修發(fā)展。,六、展望,機電設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,[1] 設(shè)備故障診斷手冊——機械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷， 徐敏等，西安交通大學(xué)出版社，1998，10。[2]