《机械设备维修》-模块一

一、设备故障的基本知识

1、定义

设备故障（Fault）的一般性定义是：设备规定时间内、规定条件下，丧失规定功能的状况。2、设备故障分布规律

设备故障的发生、发展过程都有其客观规律。研究故障规律对制定维修策略，以及建立更加科学的维修体制都是十分有利的。

通过大量的实践证明，可维修设备的故障率λ(t)随着设备使用期的延续，而呈现三个不同趋势的阶段。典型的故障率分布曲线，可参见图1-1所示的浴盆曲线(bathtubcurve)，它将使用维修期间的设备故障状态分为三个时间：设备故障状态分为三个时期（2）偶发故障期

(t1≤t<t2)：经过第一阶段的调试、试用后，设备的各部分机件进人正常磨损阶段，操作人员逐步掌握了设备的性能、原理和机构调整的特点。（3）耗损故障期

(t2≤t)：这段时期的特点是设备故障率急剧升高。此时设备经过上述稳定阶段，大多数零部件由于长期的运转，其机械磨损、疲劳、老化、腐蚀逐步加剧而丧失机能，使设备故障率开始上升，进人耗损故障期。这说明设备的一些零部件已经达到了其使用寿命。（1）早期故障期(0≤t<t1)：是指设备安装调试过程至移交生产试用阶段。归纳来说，这三个阶段对应着故障分布的三种基本类型：早期为故障递减型；偶发期为故障恒定型；耗损期为故障递增型。二、故障诊断及其分类故障诊断：就是对机械系统所处的状态进行监测，判断其是否正常，当出现异常时分析其产生的原因和部位，并预报其发展趋势。诊断的分类诊断分类的方法很多，按目的可分为功能诊断和运行诊断；按方式可分为巡回检测和在线检测；按功能可分为简易诊断和精密诊断；按提取信息的方式分为直接诊断和间接诊断等等。三、设备故障诊断技术的发展与展望故障诊断技术是现代科学技术与生产高度发展，各学科相互渗透、相互交叉、相互促进的产物。除了故障机理的研究得益于数学、物理学、力学、机械学、声学、化学等基础学科之外，还特别地从自动控制、信号处理、人工智能、计算机技术的发展中得到支持。随着振动、温度、压力、流量等传感器的广泛应用，设备故障诊断的历史发生了第一次革命性的转变，进入了量化阶段。但是故障诊断技术真正作为一门学科，则是20世纪60年代以后才发展起来的，这也是设备故障诊断历史上第二次革命性的转变。近年来，人工智能和网络化已逐步成为故障诊断的主要发展方向，这必将推动设备故障诊断第三次革命性的转变。

设备故障诊断技术是现代科学技术与生产高度发展，各学科相互渗透、相互交叉、相互促进的产物，其真正发展成为一门学科的时期大约在20世纪60年代，是在设备管理与维修模式发展的基础上成长起来的。四、诊断技术基本方法简介

对设备的诊断有不同的技术手段，较为常用的有振动监测与诊断、温度监测与诊断、噪声监测、油液分析、无损探伤技术等。设备诊断技术尽管很多，但基本上离不开信息的采集，信息的分析处理，状况的识别、诊断、预测和决策三个环节。设备状态监测与诊断技术的主要工作内容是：（1）保证机器运行状态在设计的范围内（2）随时报告运行状态的变化情况和恶化趋势（3）提供机器状态的准确描述（4）故障报警五、故障诊断技术作用及意义现今社会，设备诊断技术日益获得重视和发展，一方面是随着科学技术和生产发展，设备工作强度不断增大，生产效率、自动化程度越来越高，同时设备更加复杂，各部分间的关联更加密切，往往微小的故障就可能引发连锁反应，从而导致整个设备系统或与设备有关的环境遭受灾难性的破坏。这不仅会造成巨大经济损失，而且会危及人身安全，导致环境事故等，后果不堪设想。应重视诊断维修体制的变革，尤其是状态维修的推行，迫切需要提升设备综合效率，降低设备寿命周期费用。过去国内外对设备主要采用计划维修或事后维修。在许多场合下，这是非常不合理的，致使不该修的修了（即过维修），不仅浪费人力、物力、财力，甚至还会降低设备工作性能；而该修的可能又没修（即欠维修），不仅降低设备寿命，而且还将导致事故发生。

典型事例11973年美国三里岛核电站堆芯损坏事故；1985年美国“挑战者”号航天飞机坠毁；1984年印度博帕尔市农药厂异氰酸甲酯毒气外泄事故；1986年前苏联切尔若贝利核电站泄漏事故；1986年欧洲莱茵河瑞士化学工业污染事故等，这些都是由设备故障造成的震惊世界的恶性事故。典型事例1据统计，重要设备因事故停机造成的损失极为严重：一个乙烯球罐停产一天，损失产值500万元，利润200万元；一台大型化纤设备停产一小时，损失产值80万元。有国外研究标明，对大型汽轮发电机组进行振动监视，获利与投资之比为17：1。这表明采用设备诊断技术，保证设备可靠而有效地运行是极为重要的。

上海宝钢提出并实施了从“以周期检修为基础，以预防维修为主线”的维修模式向“以设备状态受控管理为基础，以状态维修为主线”的综合维修模式转变的战略决策，从而使其维修费用持续下降，公司年吨钢维修费用均降5%左右，创效上亿元，而且近几年来公司各条主作业线设备状态逐年趋于稳定，重(特)大设备事故为零，主要生产设备事故故障停机率持续降低，领先国内同行企业。

英国曾对2000家工厂调查，结果表明采用诊断技术后，每年设备维修费可节约3亿英镑。日本有资料指出，采用诊断技术后，每年设备维修费减少20～50%，故障停机减少75%。我国冶金企业的维修费用一般占到生产成本的8～10％，许多大型钢厂，每年设备维修费达数亿万元以上。典型事例2故障诊断的作用1、能及时科学地对设备各种异常状态或故障状态做出诊断，预防或消除故障，对设备的运行进行必要的指导，提高设备运行的可靠性、安全性和有效性，以期把故障损失降低到最低水平。2、保证设备发挥最大的设计能力，制定合理的检测维修制度，以便在允许的条件下充分挖掘设备潜力，延长服役期限和使用寿命，降低设备全寿命周期费用。

故障诊断的作用3、通过检测监视、故障分析、性能评估等，为设备结构修改、优化设计、合理制造及生产过程提供反馈信息和理论依据。4、通过实施设备故障诊断，带动与故障诊断有关的一系列相关理论，如信号采集、信号分析、模式识别等相关学科的发展，同时可检验相关理论的完善程度，寻找最佳故障诊断方法，完善设备故障诊断学。

我国的设备故障诊断事业正在蓬勃发展，必将在我国经济建设中发挥越来越大的作用。面向21世纪，我们将面临更加严峻的考验，尤其是在充分强调“管理创新、科技创新”的今天，状态监测与故障诊断已成为设备管理水平提升的迫