機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷教程

1、機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,,機電設備狀態(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,轉子事故,機電設備狀態(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,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,對關鍵設備進行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷可以提高設備的可靠性，實現(xiàn) “事后維修”到 “預知維修”的轉變，提高企業(yè)和設備的管理水平，保證產品的質量，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濟效益和社會效益。,機電設備故障診斷的意義：,日本應用故障診斷技術后，事故發(fā)生率減少75%，維修費用降低25～50％。英國對2000個國營工廠的調查表明，采用狀態(tài)監(jiān)測和

3、故障診斷技術后，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。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,國外診斷技術的發(fā)展概況：,★ 美國最早，1967年美國宇航局倡導成立了機械故障預防小組（“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,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,國內診斷技術的發(fā)展概況：,★ 天津大學從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，成果主要： 1、設備的智能診斷與預測維修系統(tǒng) 2、設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：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：旋轉機械故障診斷RB—20，用于煉油行業(yè)★ 國防科技大學：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： 20萬KW汽輪發(fā)電機組診斷,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,診斷技術的特點：,★ 技術研究和積累較多★ 在石化、電力等方面的應用較多，效益好、易診斷★ 傳統(tǒng)機械制造業(yè)應用少，主要原因是傳動結構復雜、企業(yè)效益普

6、遍不好★ 汽車制造業(yè)已經逐步重視，如：玉柴、吉普、桑塔納、一汽、重慶長安、“九五”攻關項目等,機電設備狀態(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)場數據，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：基于便攜式數采儀的故障診斷與預測維修系統(tǒng)

7、 （天 津大學機電科技中心）,機電設備狀態(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，可以給出設備的當前狀態(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 津大學機電科技中心）,機電設備狀態(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：,以網絡技術和計算機技術為基礎，開發(fā)出主從分布式網絡化集成在線監(jiān)控與診斷系統(tǒng)。 特點：充分挖掘和發(fā)揮網絡信息交換、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)“移動的是數據而不是人”，在網絡層面上實現(xiàn)故障信息的挖掘和故障類型的確診。 例如：中國設備遠程診斷網 http://www.chnpfd.com （天津大學機電科技中心）,狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷系統(tǒng)：,,。。。。。。。。。。。,….,,,,信號調理,信號調理,信號調理,機組,機組,,,,現(xiàn)場工控機,….,,,,信號調理,信號調理,信號調理,機組,機組,,,,現(xiàn)

10、場工控機,。。。。。。。。。。。,….,,,,信號調理,信號調理,信號調理,機組,機組,,,,現(xiàn)場工控機,遠程計算機,,,,局域網,多機組網絡化實時監(jiān)測模式,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設備狀態(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：,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷主要包括如下幾個環(huán)節(jié)：,,,,,,,測取的信號應能反映設備的狀態(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，經過一次積分可測速度，經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。經過一次積分可測位移，經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，在旋轉機械中應用最多?？梢杂脕肀O(jiān)測轉子系統(tǒng)的運動狀態(tài)，例如轉子的徑向振動、軸向振動、軸心軌跡、軸心位置、油膜厚度、轉子轉速等信息。 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字信號。模擬信號到數字信號轉換的過程如下圖所示。,模擬信號的采集,機電設備狀態(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：采用各種技術和手段挖掘信號中內含的本質，即信息。具體到機電設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中就是提取設備相關

15、信號（包括振動、聲音、溫度、壓力等）的特征，對設備當前狀態(tài)作出準確的評價和預測，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：,概率密度函數的物理意義,信號的概率密度函數：,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,應用：直接應用于機器狀態(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p(x)值有較大差異。,車床變速箱噪聲概率密度函數a)新車床噪聲p(x) b)舊車床噪聲p(x),機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,1、自相關函

17、數 是偶函數，即 。2、當 時，自相關函數 等于信號的方差3、當 時，自相關函數 的值總是小于 ，即小于方差,信號的自相關函數：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函數不隨變量 的變化而衰減；隨機信號的自相關函數當變量 增

18、大時將趨向于零。因此，自相關函數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）,應用：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。首先運用自相關函數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函數,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提?。〞r域分析）,信號的互相關函數：描述兩個信號之間的相似程度或相關性,,性質：,1、互相關函數 不一定是偶函數。2、當 時，互相關函數 不一定是最大值。3、互相關函數具有反對稱性。,重要規(guī)律：若互相關函數出現(xiàn)峰值，則表示兩個信號相似；若互相關函數幾乎處處為零

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

21、,信號的幅值參數,（2）平均幅值,（3）均方幅值,（4）峰值,（1）方根幅值,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（時域分析）,（2）峰值指標,（3）脈沖指標,（4）裕度指標,信號的無量綱指標,=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,機電設備狀態(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,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、動的加速度信號經過計算得到的無量綱指標。由圖課件，波形指標K的變化很小，沒有足夠的診斷能力；脈沖指標I最好，可以作為齒輪運行狀態(tài)的優(yōu)良診斷指標。峰值指標C比起脈沖指標I要差一些。,機電設備狀態(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，我們把時域信號轉換到頻域中，查找對應的特征頻率及其幅

23、值的大小，就可以粗略判斷故障的部位和程度。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,二、狀態(tài)特征的提取（其他分析方法）,波德圖：波德圖是反應及其振幅和相位隨轉速變化的關系曲線。如圖所示。,圖中以轉速為橫坐標，振幅和相位角為縱坐標。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）轉子系統(tǒng)在各種轉速下的振幅和相位。 （2）轉子系統(tǒng)的臨界轉速。 （3）轉子系統(tǒng)的共振放大系數。 （4）轉子振

24、型。 （5）系統(tǒng)的阻尼大小。,機電設備狀態(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速的變化關系用極坐標的形式表示出來。如圖所示。,圖中用一旋轉矢量的點代表轉子的軸心，該點在各轉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，例如轉子不平衡質量的方位。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,瀑布圖：瀑布圖是三坐標圖，x軸為振動頻率，y軸

25、為轉速或者時間間隔，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速、振動原因以及系統(tǒng)的阻尼情況。 例如，機器過臨界轉速、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

26、子某一截面上，同時采集數據繪制而成。如圖所示。,二、狀態(tài)特征的提取（其他分析方法）,,通過分析軸心軌跡的運動方向與轉軸的旋轉方向，可以確定轉軸的進動方向（正進動和反進動）。 軸心軌跡在故障診斷中可以用來確定轉子的臨界轉速、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、軸承標準高是否正常、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據值和預報值按一定的時間順序排列起來進行分析。如圖所示。,這些特征數據可以是通頻振動、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。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,轉軸組件的故障診斷,轉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、軸向振動和扭轉振動三類。其中徑向振動對機器運轉的影響最大，成了振動監(jiān)測的主要對象。,回轉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。其振動頻率為轉子的回轉頻率及其倍頻；振動的幅值在轉子的臨界轉速前隨著轉速的增加而增大；超過臨界轉速，則隨轉速的增加而減小。 對轉子進行動平衡處理，可以有效減輕和抑制這種振動。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,轉軸組件的故障診斷,另一種振動的形式是亞同步振動，又稱自激振動。其振動頻率低于轉子的回轉頻率。這種振動常常在某個轉速下突然發(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子回轉頻率的一般，常稱為半速渦動或半頻渦動。（2）油膜振蕩：隨著轉子轉速增加，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％。但當轉速約為轉子一階臨界轉速的2倍的時候，隨著轉速增加，渦動頻率將保持不變，等于轉子的一階臨界回轉頻率，轉子出現(xiàn)強烈的振動現(xiàn)象，稱為油膜振蕩。,為鋼球數； 為鋼球直徑；為滾道節(jié)徑；為接觸角；為回轉頻率。,,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。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,滾動軸承的故障診斷,軸承的特征頻率計算公式：,（1）內圈剝落：,（2）外圈剝落：,（3）鋼球剝落：,（4）內滾道不圓：,（5）保持架不平衡：,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,滾動軸承的故障診斷,滾動軸承常用分析方法： 帶通濾波法 共振解調法——包絡譜

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,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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、由調制效應產生的邊頻帶（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：,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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、由調制效應產生的邊頻帶,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（調制信號）。兩種信號同時出現(xiàn)時，就會產生調制效應。 在頻譜圖中，兩譜線間的間隔就是調制信號的頻率，這是非常有價值的診斷信號。找出調制信號的頻率，就可判斷其相應的故障。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,齒輪箱的故障診斷,幅值調制過程,3、寄生成分（鬼線）,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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),機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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。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構，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附近調制了大量的低速軸的轉頻譜線，判斷齒輪存在嚴重磨損或斷齒。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),機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,倒頻譜分析能區(qū)別出因調制而引起的功率譜中的周期分量，診斷出調制源。 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。從而可是別處復雜頻譜圖上的周期結構，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),機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,三、機電設備故障診斷方法,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地時域點，如5軸和6軸嚙合頻率3.695Hz對應地269.87ms。可以

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子初始不平衡和不對中現(xiàn)象。,機電設備狀態(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,據,庫,管,理,模,塊

40、,,設置巡檢路徑,,數據回放,,,數據庫建立,,主,控,模,塊,,信,號,分,析,模,塊,,軸承數據庫,,設備檔案庫,,報表管理,,動態(tài)報警門限,,數字濾波,,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,測,,,特征量提取,,神經網絡診斷法,,,線性回歸預測模型,,時間序列預測模型,,灰色預測模型,,神經網絡預測模型,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,原始數據管理,,,去除趨

41、勢項,,,,非線性回歸預測模型,,,,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)故障檢測自動數據存儲，便于精密分析。16種參數報警、頻帶窄帶多級報警。強大的軸

42、承數據庫功能。遠程網絡化實時監(jiān)測。時、頻域、小波、倒譜等強大信號分析功能。,參數報警,返回,窄帶報警,返回,軸承數據庫,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,包絡分析,返回,下一頁,譜陣+預測,返回,下一頁,在線監(jiān)測實施效果,返回,下一頁,遠程數據分析與管理,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、,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,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)預測技術，判斷故障源及故障程度，預測設備狀態(tài)的趨勢，從而進行有針對性地維修和保養(yǎng)。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,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據采集卡，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。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,嵌入式便攜故障診斷分析儀,嵌入式便攜故障診斷與預測維修系統(tǒng)是由天津大學機電科技中心開發(fā)的，該系統(tǒng)提供了一整套應用于關鍵設備的狀態(tài)監(jiān)測、故障診斷與預測維修的集成解決方案。系統(tǒng)可以實現(xiàn)關鍵設備的在線采集、故障診斷、狀態(tài)預測，并與工廠的設備管理系統(tǒng)無縫集成，從而充分滿足關鍵設備的巡檢、點檢的需要。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故

45、障診斷,五、相關研究成果,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備監(jiān)測與故障分析。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,水泵單機組在線監(jiān)測系統(tǒng),機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,汽車行業(yè)應用,,,,,,,,,,,,,,機床電源,,,,,,,,,,,,,

46、計算機,監(jiān)控箱,,,,記錄、文件,,,,,,,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,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模態(tài)參數。在開發(fā)研制過程中，吸收生產實際經驗，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、數據管理、傳函曲線顯示、參數識別、曲線擬合比較、振型動態(tài)模擬和輔助模塊等幾個模塊。,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,五、相關研究成果,模態(tài)分析系統(tǒng),機

47、電設備狀態(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 ☆ 硬件設計生產應標準化、專業(yè)化 ☆ 軟件設計應規(guī)范化和模塊化 ☆ 縮短開發(fā)周期、提高可靠性由單機向網絡化發(fā)展 ☆ 局域主從分布集成監(jiān)控與診斷網絡 ☆ 一條生產線、工段、車間或分廠的設備構成主從分布監(jiān)控網絡 ☆ 一個企業(yè)可把每一主從監(jiān)控子系統(tǒng)聯(lián)系起來構成網絡監(jiān)控與管理系

48、 統(tǒng)，資源、庫共享。廣域的網絡化監(jiān)控與診斷系統(tǒng) 通過現(xiàn)代信息傳輸方式，如Internet網、Cable TV網、電話網等可經濟便利地實現(xiàn)全市（?。?，全國乃至全世界的行業(yè)網絡監(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測維修發(fā)展。,六、展望,機電設備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷,[1] 設備故障診斷手冊——機械設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷， 徐敏等，西安交通大學出版社，1998，10。[2]