机电设备故障诊断与维修技术试题及答案

机电设备故障诊断与维修技术试题及答案一、单项选择题（每题2分，共20分）1.在旋转机械的振动监测中，用于分析故障频率成分最有效的工具是（）。A.振动位移峰值表B.振动烈度值C.振动频谱图D.振动时域波形图答案：C2.下列测温方法中，属于非接触式测温的是（）。A.热电阻测温B.热电偶测温C.红外热像仪测温D.膨胀式温度计测温答案：C3.三相异步电动机在运行中出现“嗡嗡”声，转速明显下降，甚至停转，最可能的原因是（）。A.电源电压过高B.单相运行（缺相）C.电机过载D.轴承损坏答案：B4.液压系统中，油泵出口压力调不上去，油泵噪声异常增大，但油箱油位正常，吸油滤芯清洁，最可能的原因是（）。A.溢流阀阀芯卡死在开启位置B.油泵内部磨损严重，内泄漏过大C.系统中有空气D.执行机构负载过大答案：B5.利用油液分析技术进行故障诊断时，检测油液中金属磨屑的尺寸、形貌和成分，主要采用（）。A.光谱分析B.铁谱分析C.粘度检测D.水分检测答案：B6.滚动轴承出现疲劳剥落（点蚀）时，在振动频谱图上通常会出现（）。A.精确的转频及其低次谐波B.精确的轴承各部件特征频率及其谐波C.高频随机振动能量增加D.明显的1/2倍转频成分答案：B7.齿轮箱发生齿面均匀磨损故障时，其振动信号特征主要表现为（）。A.啮合频率幅值显著增加，边频带丰富B.转频幅值显著增加C.啮合频率幅值变化不大，但高阶谐波幅值增加D.出现明显的冲击脉冲信号答案：C8.在PLC控制系统中，输入模块的LED指示灯亮，但在编程软件中监控不到该输入点状态，最不可能的原因是（）。A.输入公共端接线断路B.PLC供电电源异常C.输入点内部电路损坏D.编程软件与PLC通信故障答案：A9.用于检测金属表面或近表面裂纹等缺陷的无损检测方法是（）。A.超声波检测B.渗透检测C.涡流检测D.以上都是答案：D10.设备故障率曲线（浴盆曲线）中，故障率随时间下降的阶段是（）。A.早期故障期B.偶然故障期C.耗损故障期D.整个寿命期答案：A二、多项选择题（每题3分，共15分，全部选对得满分，少选得1分，错选不得分）1.设备状态监测与故障诊断技术的主要工作内容包括（）。A.状态监测B.故障分析C.故障预测D.维修决策支持答案：A,B,C,D2.下列属于旋转机械常见机械故障的有（）。A.转子不平衡B.转子不对中C.机械松动D.油膜涡动与振荡答案：A,B,C,D3.变压器故障诊断中，油中溶解气体分析（DGA）的特征气体通常包括（）。A.氢气（H₂）B.甲烷（CH₄）、乙烷（C₂H₆）、乙烯（C₂H₄）、乙炔（C₂H₂）C.一氧化碳（CO）、二氧化碳（CO₂）D.氧气（O₂）、氮气（N₂）答案：A,B,C4.下列关于红外热像仪应用的说法，正确的有（）。A.可用于检测电气接头的过热故障B.可用于检测保温管道的泄漏点C.检测结果不受环境温度影响D.检测时需要确保被测设备处于带电或热运行状态答案：A,B,D5.数控机床进给伺服系统常见的故障现象有（）。A.爬行B.振动C.定位精度差D.过载报警答案：A,B,C,D三、填空题（每空1分，共15分）1.设备故障诊断的基本过程可分为四个步骤：信号采集、______、状态识别、______。答案：信号处理（或特征提取）；诊断决策2.振动三要素是指振动的______、______和______。答案：振幅；频率；相位3.三相异步电动机的电气故障主要包括______故障、______故障和______故障。答案：定子绕组；转子绕组；绝缘4.液压系统的故障表现形式主要为______、______和______异常。答案：压力；流量；温度5.根据维修的时机和目的，维修方式可分为事后维修、______和______。答案：预防性维修；预测性维修6.在PLC的梯形图编程中，常开触点的逻辑操作是“______”，常闭触点的逻辑操作是“______”。答案：取；取反7.螺栓联接防松的机械方法主要有______防松和______防松。答案：摩擦；机械元件四、简答题（每题5分，共30分）1.简述转子不平衡故障的振动特征。答案：转子不平衡故障的振动特征主要表现为：（1）径向（特别是水平方向）振动大；（2）振动频率以转频（1×RPM）为主，谐波能量较低；（3）振幅随转速升高而增大；（4）振动相位稳定，在临界转速附近，相位变化约90°；（5）轴向振动一般较小。2.列举并简要说明油液分析中常用的三种技术及其主要检测目的。答案：（1）光谱分析：用于检测油液中微量金属元素的种类和浓度，判断磨损部位和磨损趋势。（2）铁谱分析：用于分离和分析油液中磁性磨屑的尺寸、形貌、成分和数量，直接判断磨损类型和严重程度。（3）粘度检测：测量油液的粘度，判断油液是否氧化、污染或混入其他液体，是油液理化性能的基本指标。3.什么是电气设备的“在线监测”与“离线监测”？各有何优缺点？答案：在线监测是指在设备运行状态下，通过固定安装的传感器和监测系统，连续或定期自动采集状态数据。优点：实时性强，能捕捉突发性故障信号；缺点：初期投资大，系统复杂。离线监测是指利用便携式仪器，定期对设备进行现场测试和数据采集。优点：灵活、成本低；缺点：实时性差，可能漏检间歇性故障。4.简述齿轮断齿故障的振动信号特征。答案：齿轮断齿故障的振动信号时域波形会出现周期性的冲击脉冲，脉冲间隔为齿轮的旋转周期（断齿齿轮的转频倒数）。频谱图上，啮合频率及其谐波幅值可能增加，并在啮合频率两侧出现间隔为断齿齿轮转频的边频带。同时，可能伴随转频幅值的升高。5.导致液压系统产生噪声和振动的主要原因有哪些？（至少列出四点）答案：（1）油泵吸空或进气，产生气穴噪声。（2）油泵内部磨损或损坏。（3）溢流阀等控制阀不稳定，产生高频啸叫。（4）液压管路固定不牢或管径突变，引起共振。（5）系统中混入空气，形成“液压弹簧”效应。（6）执行元件（如油缸）负载变化或爬行。6.在维修三相异步电动机时，如何用兆欧表（摇表）检查绕组的绝缘电阻？合格标准通常是什么？答案：检查前需断开电机电源及外部连接。将兆欧表“L”端接电机绕组，“E”端接电机外壳（接地）。以约120转/分的速度均匀摇动手柄，持续1分钟，读取稳定的绝缘电阻值。对于额定电压380V及以下的电机，热态下的绝缘电阻一般不应低于0.5MΩ；冷态下或交接试验时，通常要求不低于1MΩ。各相绕组对地及各相绕组之间的绝缘电阻均需测量。五、计算分析题（每题10分，共20分）1.一台离心泵由转速为2950r/min的电机通过弹性联轴器驱动。监测发现其振动频谱在49.2Hz和147.5Hz处有突出的峰值。已知泵的叶片数为6。（1）计算泵的转频。（2）判断49.2Hz和147.5Hz的峰值可能对应何种故障频率？并说明判断依据。答案：（1）泵的转频=≈（2）49.2Hz的峰值与计算转频（49.17Hz）基本一致，可能对应转子不平衡、不对中（以1倍频为主时）等故障频率。147.5Hz的峰值约为3×（3倍频，约147.5Hz）。在旋转机械中，显著的3倍频成分常与不对中故障，特别是角度不对中关联密切。此外，147.5Hz也接近叶片通过频率=2.某设备齿轮箱，输入轴齿轮=20，输出轴齿轮=60，输入轴转速（1）计算齿轮的啮合频率和输出轴转频。（2）若在振动频谱中发现以为中心，两侧出现间隔为的边频带，这通常指示什么故障？故障可能发生在哪个齿轮上？答案：（1）输入轴转频==啮合频率=×输出轴转频=×（2）出现以啮合频率为中心，间隔为输出轴转频的边频带，这通常指示输出轴齿轮（=60的齿轮）存在局部缺陷，如点蚀、剥落或断齿。因为输出轴齿轮的旋转调制效应会在啮合频率两侧产生其转频（）的边频。六、综合应用题（每题15分，共30分）1.某工厂一台重要的高压三相异步电动机（额定电压10kV，功率800kW）在启动后运行不久，综合保护装置发出“超温报警”并跳闸。作为维修技术人员，请制定一个系统的故障诊断与排查流程。答案：故障诊断与排查流程：（1）安全准备：确认电机已断电并做好高压安全隔离、放电、验电、挂接地线等安全措施。（2）信息收集：查阅保护装置记录，确认报警是定子绕组超温还是轴承超温；查看历史运行记录、近期维护记录；询问操作人员启动和运行时的异常现象（如声音、气味、振动）。（3）外观检查：检查电机冷却系统（空气过滤器、冷却风机、水冷管道等）是否堵塞、损坏或未启动。检查电机本体有无异味、变色、渗油痕迹。（4）电气检查（在安全措施下）：a.使用兆欧表测量三相绕组对地及相间绝缘电阻，判断是否存在绝缘下降或接地故障。b.使用直流电阻测试仪测量三相绕组的直流电阻，平衡度偏差应不超过±2%，判断是否存在匝间短路、断线或连接不良。c.检查电源电压是否平衡，接线端子（包括电缆头）是否紧固，有无过热氧化痕迹。（5）机械检查：a.手动盘车，检查转子转动是否灵活，有无卡滞或摩擦异响。b.检查联轴器对中情况。c.检查轴承是否缺油、损坏（可结合振动和声音初步判断，或后期用内窥镜检查）。（6）综合分析与验证：根据排查结果，确定故障根源。例如，若绝缘电阻低，可能是绕组受潮或绝缘老化；若直流电阻不平衡，可能是绕组内部故障；若冷却系统故障，则直接导致散热不良。修复后，需进行必要的测试（如绝缘、直阻、空载试运行），确认无误后方可重新投运。2.一台采用PLC控制的液压动力滑台，动作流程为：按下启动按钮SB1，滑台快进→到达预定位置（由行程开关SQ1检测）转为工进→加工到位（由行程开关SQ2检测）后滑台快退→退回原位（由行程开关SQ3检测）停止。现故障现象为：滑台能快进，但到达SQ1位置后不停，也不转为工进，而是继续快进直到机械死挡铁。已知：工进由电磁阀YV2控制，快进由YV1控制，快退由YV3控制。SQ1、SQ2、SQ3分别接入PLC输入点I0.1、I0.2、I0.3。请分析故障可能的原因，并写出具体的排查步骤。答案：可能原因分析：（1）行程开关SQ1本身故障（机械卡死、触点损坏）。（2）SQ1安装位置松动、移位，导致压合不上。（3）连接SQ1的线路断路（包括电源线、信号线）。（4）PLC输入点I0.1内部电路故障。（5）PLC程序中关于I0.1的逻辑处理有误（如地址错误、逻辑错误），但程序问题可能性较小（若之前运行正常）。具体排查步骤：（1）现场观察与手动测试：在断电安全情况下，手动按压SQ1，听其触点动作声音是否清脆。检查SQ1安装位置是否准确、牢固。（2）电气信号排查（在通电且安全条件下，可让设备处于初始原位状态）：a.手动按压SQ1，观察其附带的信号指示灯（如有）是否亮起。b.使用万用表电压档，测量SQ1常开触点输出端对PLC输入公共端的电压。当压下SQ1时，应有电源电压（如24VDC）；松开时应无电压。若无电压变化，则SQ1或供电回路故障。c.在PLC的在线监控模式下，观察I0.1点的状态。手动压下和松开SQ1，看I0.1的状态指示（LED或软件监控位）是否随之变化。如果PLC输入LED灯亮但软件监控不到，可能是通信或软件问题；如果LED灯不亮，则问题在SQ1或外