机械设备故障诊断与监测技术

机械设备在运行过程中要承受力、热、摩擦、磨损等多种作用。随着使用时间的增长，其运行状态不断发生变化，有的性能将逐步劣化，有的零件将失效，甚至完全不能工作，从而发生了故障。

在机械设备维修中，研究故障的目的是通过故障诊断技术查明故障模式，追寻故障机理，探求减少故障发生的途径，提高机械设备的可靠程度和有效利用率。同时，把故障的影响和结果反映给设计和制造部门，以便采取对策。

机械设备出现故障会使某些特性改变，使能量、力、热及摩擦等各种物理和化学参数发生变化，发出各种不同的信息。捕捉这些变化的征兆，检测变化的信号及规律，从而判定故障发生的部位、性质、大小，分析原因和异常情况，预报未来，判别损坏情况，作出决策，消除故障隐患，防止事故的发生，这就是故障诊断。它是一门识别机械设备运行状态的科学。故障诊断是近年来发展较快的多学科交叉的实用性新技术，是建立在信息检测、信号处理、计算机应用、模式识别和机械工程等现代科学技术成就基础上的综合性及应用性技术科学。它在保证关键机械设备的完好和正常工作、提高生产率、降低成本、加强生产管理等方面起着重要的作用。据资料统计，采用该项技术后，可减少75％以上的机械设备事故，维修费用能降低25％～50%。故障诊断技术是维修制度改革——将计划预防维修变为视情维修的技术基础，具有巨大的经济价值。目前，故障诊断技术已被提到维修技术的里程碑的高度，并鼓励大力开展故障诊断技术的开发工作。

机械设备正朝着大型、高速、精密、连续运转以及结构复杂的方向发展。对机械设备进行在线监测是保障其安全、稳定、长周期、满负荷、高性能、高精度、低成本运行的重要措施。设备监测系统从*初的人工现场维护的方式，发展到以网络为基础的监测系统，并逐步向远程监测方式发展，实现了设备运行现场与控制终端的分离。

本书结合实例全面介绍了各类机械设备故障诊断与监测技术。全书共16章。其中第1～5章介绍机械设备振动故障诊断及排除方法。第6、7章介绍机械设备摩擦与润滑故障诊断及排除方法。第8章介绍机械设备密封与泄漏问题诊断及排除方法。第9章介绍机械设备温度异常问题诊断及排除方法。第10～14章介绍液压与气动系统故障诊断及排除方法。第15、16章分别介绍机械设备故障在线监测与远程监测技术。书中涉及的机械设备主要是轧钢机、汽轮机、发动机、空压机、压力机、泵类设备、石油化工设备、工程机械、交通运输机械、矿山机械、轻工机械、机床等。

本书概念清晰、文字通俗浅显，技术内容翔实、具体、实用与先进。书中所选案例涉及面广，以满足不同领域专业人员的需求。

本书可供企业机械动力设备维修工程技术人员、仪器仪表设计开发与制造专业技术人员、大中专院校相关专业的师生参考。

由于笔者水平有限，书中不足之处在所难免，恳请广大读者批评指正。

编著者

本书是一本全面介绍各类机械设备故障监测与诊断、维修及案例的综合性实用工具书。包括5大类故障的诊断及排除：振动故障诊断及排除（诊断基础、旋转机械、滚动轴承、齿轮箱、各种典型机械设备）；摩擦与润滑故障诊断及排除；密封与泄漏问题诊断及排除；温度异常问题诊断及排除；液压与气动系统故障诊断及排除（液压泵、液压阀、液压缸和液压马达、液压辅件、气动系统）。还介绍机械设备故障在线监测与远程监测技术。

本书涉及的机械设备种类非常广泛，主要有轧钢机、汽轮机、发动机、空压机、压力机、泵类设备、石油化工设备、工程机械、交通运输机械、矿山机械、轻工机械、机床等，适用于企业广大机械动力设备维修工程技术人员，仪器仪表设计开发与制造专业技术人员，大中专院校相关专业的师生学习、查阅和参考。

第1章机械振动及故障监测与诊断基础

1.1机械振动概述1

1.2机械振动的分类2

1.2.1按振动规律分类2

1.2.2按振动动力学特征分类3

1.2.3按振动频率分类6

1.3振动信号与传感器6

1.3.1振动信号6

1.3.2测振传感器8

1.4振动的测量与校准14

1.4.1振动的测量14

1.4.2测振系统的校准16

1.5振动测试系统的设置与调试17

1.5.1测试方案的选择18

1.5.2测试干扰的排除21

1.5.3构建测试系统时应注意的问题23

1.5.4测试系统的调试26

1.6机械振动信号的分析28

1.6.1数字信号处理28

1.6.2振动信号的时域分析29

1.6.3振动信号的频域分析33

1.6.4几种常用的频谱处理技术35

1.7振动的监测与诊断概述36

1.7.1监测与诊断系统的任务与组成36

1.7.2振动监测参数与标准37

1.7.3故障诊断的程序39

第2章旋转机械振动故障监测与诊断

2.1转子的振动故障43

2.1.1转子不平衡44

2.1.2转子与联轴器不对中45

2.2转轴的振动故障49

2.2.1转轴弯曲49

2.2.2转轴横向裂纹52

2.3其他原因引起的振动故障53

2.3.1连接松动53

2.3.2油膜涡动及振荡55

2.3.3碰摩58

2.3.4喘振60

第3章滚动轴承振动故障监测与诊断

3.1滚动轴承振动故障诊断与监测概述65

3.1.1滚动轴承65

3.1.2滚动轴承的失效形式66

3.1.3振动机理66

3.1.4信号特征67

3.1.5滚动轴承的振动测量与简易诊断68

3.2电动机滚动轴承异常振动噪声的分析及处理71

3.2.1电动机轴承异常振动噪声的分析71

3.2.2电动机轴承异常振动噪声的消除措施72

3.3齿轮箱中滚动轴承的故障诊断与分析73

3.3.1振动检测技术在齿轮箱滚动轴承故障诊断中的应用73

3.3.2齿轮箱中滚动轴承故障诊断实例74

3.3.3齿轮箱中滚动轴承故障诊断经验77

第4章齿轮箱振动故障监测与诊断

4.1齿轮箱的失效原因与振动诊断79

4.1.1齿轮箱的失效形式和原因79

4.1.2齿轮箱振动诊断分析方法80

4.1.3齿轮箱振动诊断实例80

4.2变速箱齿轮副振动测试与性能分析81

4.2.1变速箱齿轮副振动测试81

4.2.2测试数据处理分析82

4.3船用齿轮箱的振动分析83

4.3.1船用减速齿轮箱振动问题83

4.3.2有限元模型的建立84

4.3.3三种支撑方式振动特性分析85

4.4基于小波包分析的减速机故障诊断86

4.4.1小波包变换86

4.4.2计算机仿真86

4.4.3实例分析87

4.5齿轮故障高频共振诊断90

4.5.1齿轮故障高频共振诊断原理与流程90

4.5.2应用实例91

第5章典型机械设备振动故障监测与诊断

5.1轧机振动故障诊断93

5.1.1轧机常见振动故障93

5.1.2轧机故障的测试与分析95

5.1.3冷轧机振动故障的诊断98

5.1.4高线轧机增速箱振动故障的诊断100

5.2发电机组振动故障诊断103

5.2.1600MW机组轴系振动故障诊断及处理103

5.2.21000MW汽轮机组轴瓦振动保护误动的原因分析及对策106

5.3发动机振动故障诊断111

5.3.1发动机振动故障诊断概述111

5.3.2钻井用柴油机振动故障的诊断111

5.3.3航空发动机整机振动分析112

5.4风机振动故障诊断116

5.4.1风机故障基本原因分类116

5.4.2引风机振动故障的诊断与分析117

5.4.3发电厂一次风机异常振动故障诊断及处理121

5.5泵类设备振动故障诊断125

5.5.1泵类设备故障概况125

5.5.2离心泵振动的原因及其防范措施125

5.5.3大型锅炉给水泵振动原因分析及处理127

5.5.4交流润滑油泵振动故障原因分析及处理130

5.6机床振动故障诊断133

5.6.1高速切削振动的原因及其控制133

5.6.2数控机床工作台振动故障的诊断与维修136

第6章润滑故障及诊断基础

6.1机械摩擦、润滑与磨损139

6.1.1摩擦、润滑与磨损的概念139

6.1.2摩擦分类法139

6.1.3产生摩擦的原因140

6.1.4磨损140

6.1.5润滑143

6.2油液的测试分析与监测144

6.2.1润滑油常规指标变化144

6.2.2光谱分析法145

6.2.3铁谱分析法151

6.2.4磨损颗粒分析154

6.3油液系统的维护要点157

6.3.1污染的防治157

6.3.2泡沫的形成原因和防治158

6.3.3润滑装置与系统常见故障及维修158

6.4润滑脂应用故障诊断168

6.4.1自动干油润滑系统故障分析及维护168

6.4.2滚动轴承润滑脂的正确应用169

6.4.3摊铺机集中润滑系统故障的分析170

6.4.4风电机组变桨集中脂润滑系统故障的诊断171

6.4.5卡车自动润滑系统故障的分析172

6.4.6车载集中润滑问题的分析及处理175

第7章典型设备润滑故障诊断与排除

7.1发动机润滑故障诊断及排除178

7.1.1发动机润滑系统常见故障178

7.1.2发动机润滑系统沉积物的生成因素180

7.1.3发动机烧机油故障的辨别及处理183

7.1.4发动机气缸套磨损因素及预防措施183

7.1.5柴油发动机烧瓦抱轴原因的分析与改进185

7.1.6发动机润滑故障189

7.1.7发动机润滑油的简单检验方法191

7.1.8润滑油分析技术在发动机状态监控中的应用192

7.2空气压缩机润滑故障的诊断194

7.2.1压缩机的润滑及润滑油194

7.2.2压缩机润滑管理维护197

7.2.3空气压缩机润滑常见故障及对策198

7.2.4空气压缩机润滑常见故障分析及维护实例200

7.2.5螺杆压缩机润滑油路分析及维护实例202

7.3汽轮机润滑故障诊断及排除204

7.3.1汽轮机油及应用204

7.3.2汽轮机润滑油压过低的原因分析及解决实例206

7.3.3汽轮机润滑油水分超标的分析与治理208

7.4起重运输机械润滑故障的诊断212

7.4.1起重运输机械润滑概述212

7.4.2起重运输机械润滑注意事项213

7.4.3起重机集中润滑系统常见故障分析213

7.4.4起重机减速机漏油故障的分析214

7.4.5堆料机润滑系统故障分析与改造实例215

7.5轧钢机润滑故障诊断及排除216

7.5.1轧钢机润滑采用的润滑油、脂216

7.5.2轧钢机常用润滑系统217

7.5.3轧钢机械润滑系统的维护及常见故障分析218

7.5.4轧钢机油膜轴承常见故障分析及处理219

7.5.5高线精轧机组油膜轴承烧损分析实例221

7.5.6轴承润滑系统油管及管接头故障分析与改进实例223

7.5.7轧钢机润滑脂故障及清洁度控制223

7.6压力机润滑故障的诊断225

7.6.1压力机润滑概况225

7.6.2压力机润滑失效分析226

7.6.3锻压机传动轴承过热原因分析228

7.6.4机械压力机滑动轴承故障分析229

7.7矿山机械润滑故障的诊断231

7.7.1矿山机械对润滑油的要求231

7.7.2矿山机械油品选用231

7.7.3矿山机械润滑故障分析与润滑管理233

7.7.4大型电动挖掘机油脂润滑系统故障排查234

7.7.5润滑油脂化验检测在矿山设备故障诊断中的应用235

第8章机械设备密封故障诊断与排除

8.1密封238

8.1.1密封的概念238

8.1.2密封的分类238

8.1.3密封材料239

8.2泄漏治理239

8.2.1泄漏的分类240

8.2.2泄漏相关因素240

8.2.3防漏治漏的基本途径241

8.3阀门密封故障诊断维修及泄漏治理方法与案例241

8.3.1阀门的泄漏问题及治理方法241

8.3.2阀门密封结构的改进243

8.3.3高温阀门阀杆填料密封技术244

8.3.4低温阀门密封技术247

8.4机械密封故障诊断维修及泄漏治理方法与案例250

8.4.1机械密封的基本结构、作用原理、特点及分类250

8.4.2泵用机械密封的安装维护要点251

8.4.3机械密封漏损原因及消除方法252

8.4.4给水泵机械密封事故的原因分析255

8.4.5催化剂反应釜密封系统失效分析与改进257

8.5油封及使用维修261

8.5.1油封概述261

8.5.2油封安装注意事项262

8.5.3油封的润滑与漏油263

8.5.4油封密封中降低旋转轴磨损的对策264

8.6减速器密封及泄漏治理265

8.6.1减速器漏油的综合治理265

8.6.2变速器油封使用和装配269

8.6.3SEW三合一减速机拆卸工艺及密封形式的改进270

8.7轴承密封与泄漏治理272

8.7.1水平轧机轴承密封结构的分析与改进272

8.7.2风电转盘轴承密封件选型与安装273

8.7.3利用毛毡和盘根改进轴承密封275

8.8液压密封故障分析及泄漏治理277

8.8.1液压系统常见泄漏的分析277

8.8.2液压系统泄漏的防治要点278

8.8.3液压缸密封失效典型问题分析279

8.8.4外圆磨床液压系统爬行故障诊断280

8.8.5多级套筒伸缩式双作用液压缸故障分析及改进281

8.8.6液压缸动密封外泄漏故障分析与排除实例282

8.8.7液压破碎锤密封泄漏的分析与改造285

8.9气动密封故障分析及泄漏治理288

8.9.1换向气阀泄漏故障的排除288

8.9.2气动摩擦离合器密封失效的分析及预防289

第9章机械设备温度异常故障诊断与排除

9.1机械设备温度异常问题的分析291

9.1.1机械系统过热的危害291

9.1.2机械系统过热的原因及预防的措施291

9.2温度的检测294

9.2.1温度测量方式及常用测温仪表294

9.2.2接触式温度测量295

9.2.3非接触式温度测量297

9.3轴承温度异常故障诊断与维修实例299

9.3.1棒材轧机油膜轴承烧瓦原因分析299

9.3.2设备轴承金属温度异常及轴承故障的区分302

9.4液压系统温度异常故障诊断与维修实例306

9.4.1采煤机液压系统故障的分析与改进306

9.4.2盾构机液压油温度过高故障的分析与排除307

9.4.3数控不落轮对车床油温高故障的分析与处理308

9.5空压机温度异常故障诊断与维修实例310

9.5.1空压机排气温度高故障分析与处理310

9.5.2螺杆式空压机排气温度高故障的诊断312

9.5.3主空压机故障导致船舶漂航事故的分析313

9.6发动机温度异常故障诊断与维修实例315

9.6.1柴油机运转中的自动熄火的诊断与处理315

9.6.2康明斯柴油机不能转动的诊断与处理315

9.6.3汽车发动机冷却系统泄漏故障及案例分析316

9.7泵类设备温度异常故障诊断与维修实例318

9.7.1高温泵机械密封失效分析与改进318

9.7.2低温泵故障分析及其解决措施320

第10章液压泵故障诊断与排除

10.1齿轮泵故障诊断与排除325

10.1.1齿轮泵结构图示325

10.1.2齿轮泵常见故障及其原因325

10.1.3内啮合齿轮泵常见故障与排除327

10.1.4塔机顶升系统液压泵故障的排除328

10.1.5双联齿轮泵的故障分析与改进329

10.2叶片泵故障诊断与排除330

10.2.1叶片泵结构330

10.2.2叶片泵常见故障产生原因及排除方法330

10.2.3YB1-6型定量叶片泵烧盘机理分析及修复332

10.3轴向柱塞泵故障与排除333

10.3.1轴向柱塞泵结构图示及主要磨损部位333

10.3.2轴向柱塞泵常见故障及排除334

10.3.3更换阳极装置柱塞泵的检测与维修335

10.3.4加工中心液压泵故障的分析336

10.3.5生产线液压泵站压力低故障分析与处理337

10.3.6闭式回路液压泵及使用注意事项340

10.3.7闭式系统液压泵零位的检测与调整342

10.4径向柱塞泵故障诊断与排除343

10.4.1径向柱塞泵结构343

10.4.2径向柱塞泵常见故障及诊断344

10.4.3径向变量柱塞泵故障分析与修复实例345

10.4.4加热炉径向柱塞泵高温原因分析与处理实例346

第11章液压阀故障诊断与排除

11.1单向阀故障诊断与排除349

11.1.1单向阀概述349

11.1.2单向阀结构类型图示349

11.1.3单向阀使用注意事项及故障诊断与排除349

11.1.4液控单向阀使用注意事项及故障诊断与排除350

11.1.5单向阀造成液压泵吸空故障的分析与排除352

11.2换向阀故障诊断与排除353

11.2.1换向阀结构类型353

11.2.2换向阀常见故障诊断与排除354

11.2.3液控换向阀换向冲击的分析与处理356

11.2.4电液换向阀引出的系统故障的分析及改进357

11.2.5电液换向阀换向冲击的分析及阻尼调节器的应用358

11.3溢流阀故障诊断与排除360

11.3.1溢流阀结构类型图示360

11.3.2溢流阀常见故障与排除360

11.3.3溢流阀先导阀口密封失效分析364

11.3.4先导溢流阀故障分析与排除365

11.4减压阀故障诊断与排除366

11.4.1减压阀结构类型图示366

11.4.2减压阀常见故障及诊断排除367

11.4.3减压阀引起的故障及改进实例367

11.5顺序阀故障诊断与排除368

11.5.1顺序阀结构类型图示368

11.5.2顺序阀使用要点368

11.5.3顺序阀常见故障及诊断排除370

11.5.4顺序阀顺序动作失控分析与改进370

11.5.5顺序阀压力调整故障与排除371

11.5.6采用单向顺序阀的平衡回路的故障及解决措施371

11.6流量控制阀故障诊断与排除372

11.6.1流量控制阀结构类型图示372

11.6.2流量控制阀常见故障及诊断与排除373

11.6.3节流阀使用要点373

11.6.4调速阀使用应注意的问题373

11.6.5出口节流调速易被忽视的问题375

11.7插装阀故障诊断与排除375

11.7.1插装阀概述376

11.7.2二通插装阀常见故障分析376

11.8伺服阀故障诊断与排除378

11.8.1伺服阀结构类型图示379

11.8.2喷嘴挡板式电液伺服阀的故障379

11.8.3火电机组电液伺服阀失效分析及预防381

11.8.4电液伺服阀高频颤振故障的分析382

11.8.5电液伺服系统零偏与零漂383

11.9比例阀故障