设备故障诊断学的基本概念.doc

东莞市首普机电有限公司设备故障诊断学的基本概念随着设备的技术进步，故障诊断的理论和技术亦不断丰富和完善。按学科分类，故障诊断的原理与技术属于设备维修（维护）工程学的大范畴。它们在整个学科中的地位如图 1.1.1所示设备维修工程学在图1. 1. 1中,知识的构成部分以实线连接；知识模块之间的影响和作用由带箭头的 虚线连接，它既表示知识的连续性和有序性，也指示了掌握相关知识的学习顺序。因本书着重阐述故障诊断的内容，因而图中只展开了设备故障物理学和设备故障诊断学的构成模块，而未将其它学科的构成模块加以展开。本书内容覆盖了设备故障诊断学的大部分。首先阐述了故障诊断的逻辑和数学原理， 然后对故障诊断技术进行了详细的讨论。而诊断信息学和诊断物理化学的内容则融入到 不同诊断技术中加以介绍，以便使之与具体的诊断过程紧密结合起来。所谓的设备故障诊断学，是通过对设备的观察、探测、分析和推理来确定设备是否正 常，找出异常部位和故障原因，并能预报故障发展趋势的一门综合学科。设备故障诊断主 要包含故障诊断的逻辑与数学原理、诊断信息学和诊断物理化学等方面的内容。诊断的逻辑与数学原理旨在为故障诊断与检索提供优化的逻辑与数学思路，以便快 速、准确地进行诊断;故障信息学取材于经典的信息论,偏重于信号的采集、处理与分析; 诊断物理化学涉及设备结构及其理化原理，也涉及诊断过程和手段的物理化学原理等内容。故障诊断技术是具体化、专门化、程序化的故障诊断操作方法。由于当今的设备已发 展成为当代各种先进技术的荟萃，随着设备专门化、复杂化、流程化和自动化，不同种类的 设备，应用不同种类的故障诊断技术；不同的诊断技术涉及不同的仪器、工作原理和适用 范围。这部分的内容十分丰富，也是本书论述的重点。设备状态监测与故障诊断不同，一般以故障诊断或质量诊断控制为目标。为方便起 见，我们也把它纳入故障诊断技术的范畴加以介绍。为了开展故障诊断问题的讨论，有必要对中外流行使用的有关术语作一些解释，对易于混淆的术语作一一辨析。故障：指一台装置(或其零部件）在它应达到的功能上丧失了能力。失效：指一台装置(或其零部件）丧失了在预定期限内的正常功能。注意：以上两个术语意思上大体相同，但故障似可以排除恢复其应达到的功能；而失效则强调预定时限内的功能丧失。在外延上,故障多对设备而言，失效多对零件而言。在 工程应用上,“故障诊断”与“失效分析”常可相互混代。“故障分析”含义稍广，相似于“失效 分析”。另外,“失效”与“事故”概念不同，后者更强调其后果和危害，前者主要指设备的功 能状态。有关故障,还通用以下术语：共同故障：由于某种共同原因而导致的系统故障。相关故障：受其它单元故障影响而发生的故障。坆障机理：设备发生故障的物理化学现象;设备失去功能的理化过程。失效模式：失效状态的类别，失效表征。按照不同的分类标准，故障又可分为：1.渐发性故障和突发性故障渐发性故障是由于各种设备初始参数劣化和老化过程发展而产生的。这类故障与材 料的磨损、腐蚀、疲劳及蠕变等过程密切相关。这类故障与设备使用时间有关。突发性故障是由于各种不利因素以及偶然的外界影响共同作用的结果,这种作用超过了设备所能 承受的限度。例如因润滑油中断而使零件产生的热变形裂纹。这类故障往往与设备使用 时间无关。渐发性故障又可称为软故障，而突发性故障称为硬故障。2.功能故障和参数故障按故障后果分类，故障又可分为功能故障和参数故障。功能故障使设备不能继续完成 自己的功能。而参数故障是设备的参数(特性）超出允许的极限值。与功能故障比较，参数故障不妨碍设备的继续运转，但按照技术标准来衡量,这些设备都是无工作能力或能力不佳的。机器加工精度的破坏就属于参数故障。马达烧坏使机器不能运转则属于功能故障。3.功能故障和潜在故障设备的故障包括潜在(可能发生)的故障和功能(已发生故障两种。从设备的损伤程 度和使用时间可以判断潜在故障发生的可能性。设备维护保养的目的,就是防止潜在故障 发展为功能故障。4.允许故障和不允许故障故障还可分为允许故障和不允许故障。允许故障一般同导致设备输出参数逐步老化 的过程密切相关。允许故障包括各种因素(使用技术条件所允许的）在最不利组合时引起 的突发性故障。有时为了减少、缩小和简化设备结构,设计上允许一定的故障发生概率。这 种故障是不应引起严重后果的。不允许故障与下列各种情况有关：（1）违反产品的制造和装配条件； (2) 违反操作使用制度和修理规章；（3) 技术条件或参数未考虑到的潜在原因. 由这些原因而导致发生的故瘅是不允许故障。 5.永久性故障和间歇性故障永久性故障是指一旦发现就长期存在的故障。任何时候进行检测均可发现此类故障。 间歇性故障是指某种特定条件下才出现或随机性的、存在时间短暂的故障现象。由于难以 把握其出现的规律和时机,这种故障不易检测。6.单故障和多故障按同时出现故障的数量又分为单故障和多故障。若某一时刻仅有一个故障发生,称为 单故障；若同时可能发生若干个故障,称为多故障。通常诊断多故障更为困难。7.危险性故障和安全性故障根据工程技术本身的特点，从生产安全要求来分类又可分为危险性故障和安全性故 障。危险性故障发生后会对人身、生产和环境产生危害。有关分析和诊断,还通用以下术语：失效分析 也称故障分析。即指分析失效的原因、讨论预防对策的 技术行为和管理行为。故障诊断 根据设备运行过程中产生的各种信息来判断其正常或异常，识别是否发生故障、发生故障的部位和原因的技术行为和推理过程。国外还流行使用技术诊断也称为技术诊断学或工程诊断后者的内涵较之前者更深入，其外延更广泛些。故障诊断原理 指通过物理、化学过程分析和数学与逻辑推断故障部位与起因的原 理和方法。按照故障诊断的不同类型，又有如下术语：1.性能诊断对新装的设备与系统进行诊断检查，并根据诊断结果加以调整，称为性能诊断。2.运行诊断对正常服役的设备或系统进行运行状态诊断,监测故障的发生、发展称为运行诊断。 3.定期诊断对服役的设备隔一定时间进行一次检查和诊断称为定期诊断。4.在线监控采用仪表和计算机信息处理系统对运行中的设备运行状态连续监视、控制，称为在线 监控。5.直接诊断直接根据设备零部件、部位，判断和确定设备的故瘅状态称为直接诊断。6.间接诊断通过二次诊断信息间接判断设备故障状态为间接诊断.7.常規诊断设备正常服役下的诊断称为常规诊断。8.特殊诊断创造特殊服役条件采集信息以便正确地诊断故障，称为待殊诊断。9.简易诊断通过人的五感或利用简单检测工具迅速地、粗略地判断设备故障称为简易诊断。 10.精密诊断通过精密检测手段采集信息，由专家分析判断故障部位、原因及预防对策的诊断。下面对故障模式和故障机理这两个概念作解释。故障模式 是从不同表现形态来描述故障,是故障现象的一种表征，相当于医疗上疾病的症状。表现在设备上如磨损、腐蚀、振动、歪斜、变形、龟裂、破损、泄漏、堵塞、发热、烧 损、脱落、短路、导通不良、绝缘破坏等。故障机理 是诱发零件、部件、设备系统发生故障的物理化学过程、电子与机械过程。 也可以说是形成故障的原因。相当于医学上的病理，一般地，故障机理可以写成：I(对象的状态、内因)十II（外因、诱因）=III（故障模式）总的来说，故障模式反映着故障机理的差别。但是，故障摸式相同，其故障机理不一定相同。反过来，故障机理相同，故障模式也可能不同。正因为这种错综复杂的关系，使得故障诊断具有一定的复杂性和难度。下面就故障机理(即故障产生的原因)作概述。设备故障产生的原因是多方面的，归纳起来主要有以下几点：1.设计不合理结构缺陷；印刷线路、配电线路布局不合理；电子元器件参数选择不当；线路可靠性差；零件、材料配合、润滑方式选择不当；应力过髙、应力集中;对使用条件和工作环境考虑不周等。2.制造、安装、使用中的缺陷电气布线、焊接、绝缘隔离以及印刷线路达不到工艺要求；机械切削、压力加工、热处理、焊接、电镀、装配、安装、调试、使用、维护保养、维修、技术改造中产生的缺陷.3.原材料缺陷电器材料的电阻、电容、导电性能、绝缘性能等指标缺陷；金属材料不符合技术要求； 铸件、锻件、扎制件缺陷及热处理缺陷等.4.使用不当超出规定的使用条件或环境发生变化,造成电压过高，电流过大；机械设备的过载、过热、腐蚀、磨损、泄漏以及操作失误；维护不当、管理混乱等，5.自然耗损电子、