冶金机械设备维修教案Word格式.docx
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教学重点、难点
重点：
状态监测与故障诊断方法
难点：
实际运用、设备故障分布规律，典型故障曲线
课外作业
阅读专业杂志及书籍，多到厂区了解设备相关状态
课后体会
讲授方法得当，层次分明，重点突出，启发思维，互动良好
授课主要内容或纲要
使用教具、挂图
或其它教学手段
时间分配
●课程介绍、学习要求：
设备的状态监测与故障诊断是指利用现代科学技术和仪器、根据设备外部信息参数的变化来判断机器内部的工作状态或机械结构的损失状况，确定故障的性质、程度、类别和部位，预报其发展趋势，并研究故障产生的机理。
通过学习，使学生针在一定程度选取恰当的诊断方法对冶金机电设备的状态进行判断，并能熟练使用各种常见检测仪器，处理设备问题。
●总结
1、讲解了设备状态监测与故障诊断相关基础知识。
2、阐述了监测与诊断的重要性。
●布置作业
1、故障诊断的基本步骤。
演示文档（PPT）、机电设备载体、各类诊断监测仪器、相关技术资料
引题5分钟；
授课40分钟；
实训30分钟；
总结5分钟
设备状态监测与故障诊断
设备的状态监测与故障诊断是指利用现代科学技术和仪器、根据设备外部信息参数的变化来判断机器内部的工作状态或机械结构的损失状况，确定故障的性质、程度、类别和部位，预报其发展趋势，并研究故障产生的机理。
状态监测与故障诊断技术是近年来国内外发展较快的一门新兴学科，它所包含的内容比较广泛，诸如机械状态量（力、位移、振动、噪声、温度、压力和流量等）的监测，状态特征参数变化的辨识，机械产生振动和损伤时的原因分析、振源判断、故障预防，机械零部件使用期间的可靠性分析和剩余寿命估计等等。
设备状态监测与故障诊断技术是保障设备安全运行的基本措施之一。
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：
设备在规定时间内、规定条件下，丧失规定功能的状况。
美国政府《工程项目管理人员测试性与诊断性指南》（AD－A208917）中，则把故障定义为：
“造成装置、组件或元件不能按规定方式工作的一种物理状态”。
在工程实例中，我们还常常听到另一个词汇：
失效（Failure）。
国家标准GB3187—82《可靠性基本名词术语及定义》中规定，失效是产品丧失规定的功能，对可修复产品通常称为故障。
国家军用标准GJB451—90《可靠性维修性术语》指出，故障是产品或产品的一部分不能或将不能完成预定功能的事件或状态，对某些产品称为失效。
由此可见，“失效”和“故障”均为表示产品不能完成或丧失功能的现象。
在实际工程中，对于“失效”和“故障”没有严格的区别，通常对于可修复产品常用“故障”，而对于不可修复产品常用“失效”。
对于各种设备系统而言，其包含着大量可修复的零部件，因此常常统一用“故障”来表示各级零部件直至系统不能完成规定功能的事件。
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。
典型故障曲线——浴盆曲线
1-1典型故障曲线——浴盆曲线
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：
（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。
这一时期的特点是故障率由高到低。
造成早期故障的原因主要是由设计、制造上的缺陷，包装、运输中的损伤，安装调试不到位，使用工人操作不习惯或尚未全部熟练掌握其性能等原因所造成的。
设备处于早期故障期，其故障率开始往往很高，但通过跑合运行、故障排除和使用维修人员对设备的逐步熟悉，故障率将逐渐降低并趋于稳定，设备进入正常工作阶段。
此段时间的长短，随产品、系统的设计与制造质量而异。
不过，当设备进行大修理或技术改造后，早期故障期还将再次出现。
早期故障率是影响设备可靠性的一个重要因素，会使设备的平均无故障工作时间减少。
从设备的总役龄来看，这段时间虽不长，但必须认真对待，否则影响新设备效能的正常发挥，对资金回收不利。
对于已定型的成批生产的设备和熟练的操作人员来说，早期故障期相对较短。
工程实例：
攀钢二期工程新建的深井泵站在投产初期，水泵运行台时时常只有数百小时，甚至只有几十小时就必须检修，且检修1台水泵耗时近半个月。
当时只能出动车间绝大部分的检修力量，不分黑天白夜的加班加点组织抢修。
（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。
设备进入偶发故障期。
在此期间故障率大致处于稳定状态，趋于定值。
在此期间，故障的发生是随机的。
在偶发故障期内，设备的故障率最低，而且稳定。
因而可以说，这是设备的最佳状态期或称正常工作期。
这个区段称为有效寿命。
偶发故障期的故障，一般是由于设备使用不当，维修不力，工作条件（负荷、环境等）变化，或者由于材料缺陷、控制失灵、结构不合理等设计、制造上存在的问题所致。
故通过提高设计质量、改进使用管理、加强监视诊断与维护保养等工作，可使故障率降低到最低。
对于偶发期故障，一般需要进行统计分析。
为此，必须健全设备运行、故障动态和维修保养的记录，建立设备检查与生产日志等制度，对故障进行登记与分析。
上述的深井泵站在投产2～3年后，随着对设备的逐步熟悉，检修维护水平的逐步提高，设备便进入偶发故障期，这一时期水泵的大修台时普遍提高到7000h，部分甚至可到12000h以上。
一般每年大修台数为2～3台，大修台时60工。
相对早期故障期，工作量极大减少，目前只配备数个钳工就可完全胜任设备检修工作。
（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。
因此，应在这一时期出现前不久，进行针对性的预防维修，或在这一时期刚出现时，进行设备修理，便可防止故障大量涌现，降低故障率和维修工作量，延长设备的使用寿命。
但如果坚持继续使用，就可能造成设备事故。
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。
3、故障分类
故障的分类方法有多种，它们可分别从不同的角度，如经济性、安全性、复杂性、故障发展速度、起因等方面，观察设备丧失工作效能的程度。
不同的分类方法反映了设备故障的不同侧面，对机械故障进行分类的目的是为了更好地针对不同的故障形式采取相应的对策。
常见的故障分类如下所述：
（1）按故障的性质分类：
间断性故障和永久性故障
（2）按故障形成的速度（即发生的快慢）分类：
突发性故障和渐发性故障
（3）按故障的原因分类：
外因故障和内因故障
（4）按故障危害性分类：
危险性故障和安全性故障
（5）按功能丧失程度分类：
局部性故障和完全性故障
（6）按故障的相关性分类：
相关故障和非相关故障
（7）按功能分类：
潜在故障和功能故障
（8）按故障影响的程度分：
轻微故障、一般故障、严重故障和恶性故障
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。
在设备故障诊断技术中，诊断方法的分类问题是一个比较重要的问题，它不仅是建立一个学科所必需的条件，给人以明确的科学体系，而且更能启迪人们，改进已有的诊断方法，寻求新的突破。
因此，了解设备故障诊断的分类，对我们今后更好地理解和运用诊断技术，具有积极的意义。
下面，简要介绍一些常见的故障分类方法。
1、按目的分：
分成功能诊断和运行诊断
2、按方式分：
分成巡回检测和在线监测
3、按提取信息的方式分：
分成直接诊断和间接诊断
4、按诊断时所要求的机械运行工况条件分：
分成常规工况诊断和特殊工况诊断
5、按功能分：
分成简易诊断和精密诊断
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。
追溯设备故障诊断的历史，实际上自有工业生产以来就已存在。
早期的人们主要是依据五官感觉，如对设备的触摸，对声音、振动等状态特征的感受，同时凭借工匠的经验，以此来判断某些故障的存在，并提出修复的措施，例如，有经验的工人常利用听棒来判断旋转设备轴承及转子的状态等。
这一阶段我们估且称之为感性阶段，即利用人的五官来感受各种设备故障信息。
之后，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。
简而言之，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。
故障诊断技术经过40多年的研究与发展，已应用于飞机自动驾驶、人造卫星、航天飞机、核反应堆、汽轮发电机组、大型电网系统、石油化工过程、飞机、汽车、冶金、矿山设备等领域。
但同时我们也应该看到，尽管设备故障诊断技术已取得了长足的进步，但它作为一门正在发展的新型学科，目前还远未达到完善的水平，主要表现在：
理论与实际结合力度不够，故障诊断是一门实践性极强的技术，目前从事设备故障诊断研究的人员多为高校或研究单位，他们对现场设备缺乏深入了解，而现场技术人员通常又没有足够的时间和技术基础，将所观察、检测到的现象上升到理论加以分析、归纳、总结；
诊断技术发展不平衡，虽然旋转机械的故障诊断理论和实践都取得了较成熟的效果，但是往复机械的诊断理论和实践还有待提高；
诊断仪器的性能与现场设备的实际需求存在差距；
现场设备诊断系统的实际效果表现欠佳，智能化水平较低，简易诊断的仪器功能较为单一，精度不高，而精密诊断的仪器价格较为昂贵，且对使用人员的专业技术水平要求很高，在易用性方面还存在较大不足等。
相信随着现代科学技术的不断发展，这些问题都将逐步得以缓解，并最终得到有效解决。
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、油液诊断、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
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