1、中国矿业大学机电学院第一章第一章 机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理1.1 1.1 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 1.2 1.2 故障特征参量故障特征参量1.3 1.3 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 机械故障诊断机械故障诊断 1中国矿业大学机电学院一、机械故障及其分类一、机械故障及其分类第一章第一章 机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理 第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 1 1、机械故障、机械故障：指机械系统（零件、组件、部件或：指机械系统（零件、组件、部件或整台设备乃至一系列的设备组合）因偏离其设计整台设备乃至一系列的设备组合）因偏
2、离其设计状态而丧失部分或全部功能的现象。状态而丧失部分或全部功能的现象。2中国矿业大学机电学院2 2、机械故障的分类、机械故障的分类（1 1）按发生的原因分按发生的原因分：磨损性故障磨损性故障：机械系统因使用过程中的正：机械系统因使用过程中的正 常磨损而引发的一类故障。常磨损而引发的一类故障。错用性故障错用性故障：因使用不当而引发的故障。：因使用不当而引发的故障。先天性故障先天性故障：由于设计或制造不当而造成：由于设计或制造不当而造成机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。机械系统中存在某些薄弱环节而引发的故障。3中国矿业大学机电学院 危害性故障危害性故障：故障发生后会对人身、：故障发生后会对
3、人身、生产和环境造成危险或危害的一类故障。生产和环境造成危险或危害的一类故障。安全性故障安全性故障：故障的发生不会对人身、：故障的发生不会对人身、生产和环境造成危害的一类故障。生产和环境造成危害的一类故障。（2 2）按造成的后果分：）按造成的后果分：4中国矿业大学机电学院突发性故障突发性故障：故障发生前无明显征兆，难：故障发生前无明显征兆，难以通过早期试验或测试来预测。以通过早期试验或测试来预测。渐发性故障渐发性故障：设备在使用过程中零部件因：设备在使用过程中零部件因疲劳、腐蚀、磨损等而导致设备性能逐渐疲劳、腐蚀、磨损等而导致设备性能逐渐下降，最终超出允许值而发生的故障。下降，最终超出允许值而
4、发生的故障。（3 3）按发生的快慢分：）按发生的快慢分：5中国矿业大学机电学院部分性故障部分性故障：设计功能部分丧失的一类：设计功能部分丧失的一类 故障。故障。完全性故障完全性故障：设计功能完全丧失的一类：设计功能完全丧失的一类 故障故障。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 （4 4）按发生的范围分）按发生的范围分 ：6中国矿业大学机电学院偶发性故障偶发性故障：发生频率很低的一类故障，即：发生频率很低的一类故障，即 “意外现象意外现象”。多发性故障多发性故障：经常发生的一类故障。：经常发生的一类故障。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 （5 5）按发生的频次分）按发生的
5、频次分：7中国矿业大学机电学院永久性故障永久性故障：必须更换某些零件后，机器：必须更换某些零件后，机器才能恢复其功能。才能恢复其功能。非永久性故障非永久性故障：或称间断性故障，故障使：或称间断性故障，故障使部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以部件丧失某些功能，但不需更换零件就可以排除故障使机器恢复其全部功能。排除故障使机器恢复其全部功能。（6 6）按系统功能丧失的程度分按系统功能丧失的程度分：8中国矿业大学机电学院相关故障相关故障：也称为间接故障，这种故障是：也称为间接故障，这种故障是 由于设备的其他部件所引起的。由于设备的其他部件所引起的。非相关故障非相关故障：也称直接故障，这是因为零：也
6、称直接故障，这是因为零 部件本身直接因素引起的。部件本身直接因素引起的。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 （7 7）按故障相关性划分：）按故障相关性划分：9中国矿业大学机电学院早期故障早期故障使用期故障使用期故障后期故障后期故障 使用后期早期早期使用期早期早期使用使用后期后期使用期使用期第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 故障率故障率（8 8）按故障发生的时期划分：）按故障发生的时期划分：磨合期磨合期10中国矿业大学机电学院二、机械故障诊断及其分类二、机械故障诊断及其分类 所谓所谓机械故障诊断机械故障诊断，就是对机械系统所处的状态进，就是对机械系统所处的状态进行监测，
7、判断其是否正常，当出现异常时分析其产行监测，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。生的原因和部位，并预报其发展趋势。1 1按目的分：按目的分：(1)(1)功能诊断功能诊断 即对新安装或刚维修过的机械系统诊即对新安装或刚维修过的机械系统诊断其功能是否正常，也就是投入运行前的诊断。断其功能是否正常，也就是投入运行前的诊断。(2)(2)运行诊断运行诊断 即对服役中的机械系统进行的诊断。即对服役中的机械系统进行的诊断。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 机械故障诊断可以分类如下：机械故障诊断可以分类如下：11中国矿业大学机电学院(1)(1)巡回检测巡回检测
8、就是每隔一定的时间对服役中就是每隔一定的时间对服役中 的机械系统进行检查和诊断。的机械系统进行检查和诊断。(2)(2)在线监测在线监测 就是连续地对服役中的机械系就是连续地对服役中的机械系 统进行监测。统进行监测。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 2 2按方式分：按方式分：12中国矿业大学机电学院 (1)(1)直接诊断直接诊断 诊断对象与诊断信息来源诊断对象与诊断信息来源直接对应的一种诊断方法，即直接对应的一种诊断方法，即一次信息诊断一次信息诊断。(2)(2)间接诊断间接诊断 诊断对象与诊断信息来源诊断对象与诊断信息来源不直接对应的一种诊断方法。不直接对应的一种诊断方法。第一节第
9、一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 3 3按提取信息的方式分：按提取信息的方式分：13中国矿业大学机电学院(1)(1)常规工况诊断常规工况诊断 在机械的正常运行条件下在机械的正常运行条件下进行的一种故障诊断方式。进行的一种故障诊断方式。(2)(2)特殊工况诊断特殊工况诊断 对某些机械，需为其创造对某些机械，需为其创造特殊的工作条件才能对其进行诊断，特殊的工作条件才能对其进行诊断，第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 4 4按诊断时所要求的机械运行工况条件分：按诊断时所要求的机械运行工况条件分：14中国矿业大学机电学院(1)(1)简易诊断简易诊断 对机械系统的状态作出对机械系统的状
10、态作出相对粗略相对粗略的判断。的判断。一般利用简易测量仪器对设备进行监测，根据测一般利用简易测量仪器对设备进行监测，根据测得的数据，分析设备的工作状态。得的数据，分析设备的工作状态。(2)(2)精密诊断精密诊断 是在简易诊断基础上更为是在简易诊断基础上更为细致细致的一种诊断过程。的一种诊断过程。利用较完善的分析仪器或诊断装置，对设备进行利用较完善的分析仪器或诊断装置，对设备进行诊断，这种装置配有较完善的分析、诊断软件。诊断，这种装置配有较完善的分析、诊断软件。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 5 5按功能分：按功能分：15中国矿业大学机电学院机械故障诊断还可根据所采用的技术手段机
11、械故障诊断还可根据所采用的技术手段不同而分为：不同而分为：振动诊断振动诊断油样分析油样分析温度监测温度监测无损检测无损检测等。等。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 16中国矿业大学机电学院三、机械故障诊断的基本环节三、机械故障诊断的基本环节第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 一个完整的诊断过程一般由以下几个基本一个完整的诊断过程一般由以下几个基本环节组成：环节组成：1 1确立运行状态监测的内容确立运行状态监测的内容 主要包括确立主要包括确立监测参数监测参数、监测部位监测部位及及监测监测方式方式等方面的内容。等方面的内容。17中国矿业大学机电学院2 2建立测试系统建立测
12、试系统 根据监测的内容的要求选取传感器及其配根据监测的内容的要求选取传感器及其配套设施，组成测试系统，用以收集故障诊断套设施，组成测试系统，用以收集故障诊断所需的信息。所需的信息。考虑：考虑：环境适应性环境适应性和和降噪处理降噪处理第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 18中国矿业大学机电学院3 3测试、分析及信息提取测试、分析及信息提取 主要内容是对借助测试系统所获得的信号主要内容是对借助测试系统所获得的信号进行加工，包括进行加工，包括滤波滤波、异常数据的剔除异常数据的剔除以及以及各种分析算法等。各种分析算法等。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 19中国矿业大学机电学
13、院4 4状态监测、判断及预报状态监测、判断及预报 主要是构造或选定主要是构造或选定判据判据，确定划分设备状，确定划分设备状态的各有关参量的槛值等内容，以此判定被态的各有关参量的槛值等内容，以此判定被诊断对象的运行状态，并对其未来发展趋势诊断对象的运行状态，并对其未来发展趋势进行预测。进行预测。第一节第一节 机械故障诊断概述机械故障诊断概述 20中国矿业大学机电学院第二节第二节 故障特征参量故障特征参量一、故障特征参量的定义一、故障特征参量的定义对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是：对于某一具体的故障类型，我们所关心的问题是：这种故障通过哪些这种故障通过哪些物理量物理量表现出来；表现出来；
14、各物理参量与故障间的各物理参量与故障间的关系强弱关系强弱情况如何。情况如何。只有那些与某种故障类型之间的只有那些与某种故障类型之间的关系密切关系密切、对故障对故障灵敏可靠灵敏可靠的物理参量才被用于故障的诊断。的物理参量才被用于故障的诊断。在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳在机械故障诊断学领域，将这些对故障灵敏、稳定可靠的物理量称为定可靠的物理量称为故障特征参量故障特征参量。第一章第一章 机械故障诊断的基本原理机械故障诊断的基本原理 21中国矿业大学机电学院式中式中 F 某种故障类型某种故障类型 ；各种特征参量或故障原因各种特征参量或故障原因 12,12,12,12,故障诊断就是确定故障
15、诊断就是确定F与与 之间的某种之间的某种对应关系对应关系f，以便通过检测以便通过检测 来判断故来判断故障类型障类型F是否发生，或在已知是否发生，或在已知F 发生的情况下去查发生的情况下去查明造成明造成F的原因的原因 等。等。第二节第二节 故障特征参量故障特征参量 故障表现故障表现与与特征参量特征参量和和故障原因故障原因之间存在之间存在如下的对应关系：如下的对应关系：12(,)Ff 22中国矿业大学机电学院 对于同一种故障类型，当它们发生在对于同一种故障类型，当它们发生在不不同的机械系统同的机械系统上时，其上时，其故障特征参量故障特征参量也不也不同，因此，在确定某种故障的特征参量同，因此，在确定
16、某种故障的特征参量时，应结合具体的系统进行。时，应结合具体的系统进行。23中国矿业大学机电学院二、故障特征参量的选取原则二、故障特征参量的选取原则1 1、高度敏感性高度敏感性 机械系统状态机械系统状态的微弱变化应引起的微弱变化应引起故障特征参量故障特征参量的的较大变化。较大变化。2 2、高度可靠性高度可靠性 故障特征参量故障特征参量是依赖于机械系统的状态变化而变化是依赖于机械系统的状态变化而变化的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取的，如果把故障特征参量取作应变量，系统状态取作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变作自变量，则故障持征参量应是系统状态这个自变量的单值函数。量的单值函数
17、。3 3、实用性（或可实现性）实用性（或可实现性）故障特征参量应是便于故障特征参量应是便于检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏，检测的，如果某个物理参量虽对某种故障足够灵敏，但这个参量不易获得但这个参量不易获得(经济的、技术方面的考虑经济的、技术方面的考虑)，那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。那么这个物理参量也不便用作故障特征参量。第二节第二节 故障特征参量故障特征参量 24中国矿业大学机电学院三、故障特征参量的选定方法三、故障特征参量的选定方法故障特征参量一般通过故障特征参量一般通过理论分析理论分析和和实验的方实验的方法法来确定。来确定。第二节第二节 故障特征参量故障特征参量
18、不同故障，特征参量不同不同故障，特征参量不同同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同同一故障，当环境发生变化时，特征参量也不同25中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 与传统的诊断手段相对应的识别理论只能与传统的诊断手段相对应的识别理论只能借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现借助形式逻辑进行一些简单的推理；而与现代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式代诊断技术相对应，则有故障树分析、模式识别以及模糊诊断等多种识别理论。识别以及模糊诊断等多种识别理论。本节讨论：本节讨论：逻辑推理逻辑推理 故障树分析故障树分析第一章第一章 机械故障诊断的基本原
19、理机械故障诊断的基本原理 26中国矿业大学机电学院可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：可把故障诊断过程划分为以下五个步骤：调研考察，得出故障现象；调研考察，得出故障现象；假设原因；假设原因；由假设原因推断出应有的结果；由假设原因推断出应有的结果；将推断结果与考察所得的现象进行比较；将推断结果与考察所得的现象进行比较；得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立，得出假设成立与否的结论，如果原假设不成立，则需另立假设。则需另立假设。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 一、形式逻辑推理一、形式逻辑推理27中国矿业大学机电学院1 1原因与结果原因与结果 引起某现象产生的现
20、象叫做原因，由另一引起某现象产生的现象叫做原因，由另一现象引起的现象叫结果。现象引起的现象叫结果。2 2因果关系的特性因果关系的特性(1)(1)因果关系的相对性因果关系的相对性 (2)(2)因果关系的确定性因果关系的确定性(3)(3)因果关系的普遍性因果关系的普遍性第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 几个逻辑的概念几个逻辑的概念28中国矿业大学机电学院首先确定首先确定可能的原因或结果可能的原因或结果从可能的原因或结果中进行从可能的原因或结果中进行比较比较删除删除虚假虚假成成分，找出分，找出真正真正的原因或结果。的原因或结果。29中国矿业大学机电学院3 3逻辑推理
21、方法逻辑推理方法(1)(1)契合法契合法(求同法求同法)场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被研究现象被研究现象123ABCaADEaAFGa、结论：情况A是现象a的原因（结果）结论：情况A是现象a的原因（结果）第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 30中国矿业大学机电学院场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被研究现象被研究现象(2)(2)差异法差异法(求异法求异法)在故障分析时，形成上述在故障分析时，形成上述差异差异场合的方法有场合的方法有轮流轮流切换法切换法和和换件比较法换件比较法。12ABCaBC、-、结论：情况A是现象a的原因（结果
22、）结论：情况A是现象a的原因（结果）第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 31中国矿业大学机电学院轮流切换法：轮流切换法：场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被研究现象被研究现象1234ABCaACaABaBC、-、-、结论：情况A是现象a的原因（结果）结论：情况A是现象a的原因（结果）第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 32中国矿业大学机电学院换件比较法：换件比较法：分析故障时，如果怀疑某一零件或部分析故障时，如果怀疑某一零件或部件是机器故障的起因，则使用完好件替换，件是机器故障的起因，则使用完好件替换，并观察换件前后
23、机器状态的变化，以此断并观察换件前后机器状态的变化，以此断定原零件是否是故障原因之所在。定原零件是否是故障原因之所在。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 33中国矿业大学机电学院(3)(3)契合差异并用法契合差异并用法(求同求异法求同求异法)场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被研究现象被研究现象123ABCDaAEFGaACDFa、正事例组、结论：情况A是现象a的原因（结果）结论：情况A是现象a的原因（结果）第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 34中国矿业大学机电学院场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被
24、研究现象被研究现象第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 123BCDDEFCDF、负、事、例组结论：情况A是现象a的原因（结果）结论：情况A是现象a的原因（结果）正负两组事例的组成场合越多，结论越可靠负事例组的各个场合应选择与正事例组场合较好相似的来比较，因为负事例的场合是无限多的35中国矿业大学机电学院(4)(4)共变法共变法 场合场合 先行（或后行）情况先行（或后行）情况 被研究现象被研究现象112233123ABCDaACDaABDa、-、-、结论：情况A是现象a的原因（结果）结论：情况A是现象a的原因（结果）第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障
25、诊断的一般思维方法 36中国矿业大学机电学院(5)(5)剩余法剩余法 已知：现象已知：现象a是情况是情况A作用的结果作用的结果 现象现象b是情况是情况B作用的结果作用的结果 现象现象c是情况是情况C作用的结果作用的结果结论：现象结论：现象d是情况是情况D作用的结果作用的结果第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 由由a、b、c、d构成的复合的被研究现象是构成的复合的被研究现象是复合的情况复合的情况A、B、C、D作用的结果。作用的结果。37中国矿业大学机电学院必须确认复杂现象的一部分必须确认复杂现象的一部分(a(a、b b、c)c)是某些情是某些情况况(A(A、B B
26、、C)C)引起的，而剩余部分引起的，而剩余部分(d)(d)不可能是这些不可能是这些情况情况(A(A、B B、C)C)引起的；引起的；在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意：在应用剩余法进行推断时，有以下两点需提请注意：复杂现象剩余部分的原因复杂现象剩余部分的原因(D)(D)，不一定是个单不一定是个单一的情况，还可能是个复杂的情况。实际上多层次、一的情况，还可能是个复杂的情况。实际上多层次、多原因的复杂多原因的复杂故障树故障树正是描述这种逻辑关系的。正是描述这种逻辑关系的。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 38中国矿业大学机电学院二、故障树分析法二、故障树
27、分析法(FTA)(FTA)故障树分析法故障树分析法(FTA，Fault Tree Analysis)Fault Tree Analysis)，简称简称FTAFTA，是一种将系统故障形成的原因由是一种将系统故障形成的原因由总体至局总体至局部部按树状结构进行逐级细化的分析方法，是一种针按树状结构进行逐级细化的分析方法，是一种针对某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎对某个特定的不希望发生的事件的由果到因的演绎推理方法。推理方法。故障树分析法的作用故障树分析法的作用：是对复杂的动态系统设计、：是对复杂的动态系统设计、工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性分析的工工厂试验或现场发现故障形式进行可靠性
28、分析的工具，其目的是具，其目的是要判明基本故障、确定故障的原因、要判明基本故障、确定故障的原因、影响和发生概率影响和发生概率。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 39中国矿业大学机电学院故障树分析法的过程：故障树分析法的过程：第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 把所研究系统的把所研究系统的最不希望发生的故障状态最不希望发生的故障状态作为故作为故障分析的障分析的目标目标，然后找到直接，然后找到直接导致导致这一故障发生的这一故障发生的全部因素全部因素，再找出，再找出造成造成这些全部因素中的每一个因这些全部因素中的每一个因素发生的素发生
29、的全部直接因素全部直接因素，一直追查到那些，一直追查到那些原始的原始的，其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究其故障机理或概率分布都已知的，无需再深入研究的因素为止。的因素为止。40中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做描述系统状态、部件状态的变化过程就叫做事件事件。如果系统或元件按规定要求如果系统或元件按规定要求(规定的条件规定的条件和时间和时间)完成其功能则称为完成其功能则称为正常事件正常事件；如果系统或元件不能够按规定要求完成指如果系统或元件不能够按规定要求完成指定的功能，或者其功能完成不准确，
30、则称作定的功能，或者其功能完成不准确，则称作故障事件故障事件。通常引起故障事件的原因有：通常引起故障事件的原因有：硬件失效，硬件失效，软件错误，环境条件影响以及人为因素软件错误，环境条件影响以及人为因素等。等。41中国矿业大学机电学院 把最不希望发生的事件把最不希望发生的事件(或系统故障事件或系统故障事件)称为称为顶事件顶事件，无需再深究的事件，无需再深究的事件(形成系统故形成系统故障的基本事件障的基本事件)称为称为底事件底事件，或称为初始事件，或称为初始事件，介于顶事件与底事件之间的一切事件都称为介于顶事件与底事件之间的一切事件都称为中间事件中间事件。凡是能产生故障事件的元件、子系统、设凡是
31、能产生故障事件的元件、子系统、设备、人和环境条件，在故障树中都定义为备、人和环境条件，在故障树中都定义为部部件件。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 42中国矿业大学机电学院 部件部件的故障按其产生的原因分为三类：的故障按其产生的原因分为三类：由于系统元件的内在原因而产生由于系统元件的内在原因而产生的直接故障；的直接故障；由于外部原因、环境恶化等造成由于外部原因、环境恶化等造成的系统元件的间接故障；的系统元件的间接故障；由于其他不明原因由于其他不明原因(尚需进一步分尚需进一步分析析)而产生的故障，也称为受控失效。而产生的故障，也称为受控失效。43中国矿业大学机电
32、学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 44中国矿业大学机电学院2 2故障树分析法的特点故障树分析法的特点(1)(1)直观、形象直观、形象 (2)(2)灵活、多用途灵活、多用途 (3)(3)多目标、可计算多目标、可计算 缺点：缺点：理论性较强，逻辑性较严密，因此要求分析人理论性较强，逻辑性较严密，因此要求分析人员对所研究的对象员对所研究的对象(系统或设备系统或设备)必须有透彻的了必须有透彻的了解，还应具有比较丰富的设计和运行经验。解，还应具有比较丰富的设计和运行经验。优点：优点：第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 45中国矿业大学
33、机电学院3 3故障树分析的步骤故障树分析的步骤(1)(1)对所选定的系统对所选定的系统(或设备或设备)进行必要的预分析进行必要的预分析 (2)(2)对系统的故障进行定义对系统的故障进行定义 (3)(3)仔细分析形成各种故障的原因仔细分析形成各种故障的原因 (4)(4)收集各种故障发生概率的数据收集各种故障发生概率的数据 (5)(5)选定系统可能发生的最不希望发生的故障状态选定系统可能发生的最不希望发生的故障状态(事件事件)作为顶事件，作出故障树逻辑图作为顶事件，作出故障树逻辑图(6)(6)对故障树结构作定性分析对故障树结构作定性分析 (7)(7)对故障树结构作定量分析对故障树结构作定量分析 第
34、三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 46中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 47中国矿业大学机电学院4 4故障树分析法中采用的符号故障树分析法中采用的符号分类符 号含 义故障事件符号顶事件中间事件基本事件未探明事件条件事件开关事件48中国矿业大学机电学院 分类符 号含 义逻辑门符号与门或门非门 Z Z Z x x x x x x x 1 2 n 1 2 nniixZ1niixZ1xZ 49中国矿业大学机电学院5.5.故障树的建造故障树的建造化学反应及控制系统示意图化学反应及控制系统示意图 第三节第三节 机械故障诊
35、断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 1-温度计；温度计；2-冷却装置；冷却装置；3-压力计；压力计；4-供料装置；供料装置；5-卸压装置卸压装置50中国矿业大学机电学院化学反应及控制系统的故障树化学反应及控制系统的故障树 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 51中国矿业大学机电学院建立故障树的主要步骤：建立故障树的主要步骤：(1)(1)确定顶事件确定顶事件 要有明确的定义；要有明确的定义；要能进行分解，要能进行分解，要能度量以便于定量分析。要能度量以便于定量分析。(2)(2)建立边界条件，简化建树工作建立边界条件，简化建树工作 故障树的边界条件应包括：故
36、障树的边界条件应包括：初始状态初始状态 不容许事件不容许事件 不可能事件不可能事件 必然事件必然事件 事件概率事件概率 (3)(3)构建故障树构建故障树 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 52中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 油泵驱动电路油泵驱动电路E 蓄电池蓄电池 K1 手动开关手动开关 K2 电磁开关电磁开关 M 电动机（电动机（24V）P 油泵油泵如图所示油泵驱动电路，系统故障为不供油。已知：电动机故障率0.001，油泵故障率为0。53中国矿业大学机电学院 油泵驱动电路的故障树油泵驱动电路的故障树 第
37、三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 54中国矿业大学机电学院建立故障树时必须注意：建立故障树时必须注意：故障定义必须明确，避免多义性故障定义必须明确，避免多义性 注意系统中事件的逻辑关系注意系统中事件的逻辑关系 应首先考虑主要的、可能性大的以及关键性的应首先考虑主要的、可能性大的以及关键性的故障事件故障事件 严格区分小概率事件与小部件故障事件的概念严格区分小概率事件与小部件故障事件的概念 建树时切忌避免建树时切忌避免“门与门门与门”直接相连直接相连 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 55中国矿业大学机电学院6 6故障树与结构函数故
38、障树与结构函数 考虑一个由考虑一个由N个部件组成的系统，将系统失效称个部件组成的系统，将系统失效称为故障树的顶事件，记作为故障树的顶事件，记作T，系统中各部件失效则系统中各部件失效则称为底事件。假设系统和部件均只有失效和正常两称为底事件。假设系统和部件均只有失效和正常两种状态，则底事件可以定义如下：种状态，则底事件可以定义如下：11,2,0iixini，当第 个底事件发生时（故障），当第 个底事件不发生时（正常)第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 56中国矿业大学机电学院12(,)nx xx1,()0 x当顶事件发生时，当顶事件不发生时()x定义为故障树的定义为
39、故障树的结构函数结构函数 同时同时 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 系统顶事件的状态如用系统顶事件的状态如用来表示，则来表示，则必然必然是底事件状态是底事件状态 的函数的函数(1,2,)ix in57中国矿业大学机电学院“与门与门”故障树故障树“或门或门”故障树故障树1()niixx1()niixx11()1(1)nniiiixxx 58中国矿业大学机电学院 xTxx1)(“非门非门”故障树故障树59中国矿业大学机电学院故障树的简化 在分析系统故障时，最初建立的故障树往往并不是最简的，可以对它进行简化。最经常采用的简化方法是借助逻辑代数的逻辑法则进行简化。6
40、0中国矿业大学机电学院(1)基本逻辑关系 逻辑关系表达式含义其它表示方法逻辑非没有 ，逻辑与 与逻辑或 或 或两者蕴涵有 必有同一 同有同无1x21xx21xx 21xx 21xx 1x1x2x1x2x2x1x21,xx1cx1x21xx 21xx 21xx 21xx 212121,xxxxxx212121xxxxxx两个变量的基本逻辑关系61中国矿业大学机电学院两个变量逻辑运算的真值表 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 11x2x21xx 21xx 21xx21xx 1x2x62中国矿业大学机电学院Ex
41、p.张三：“今天肯定不点名，如果点名我就宴请全寝室同学。”点名 宴请全寝室 真话 1 1 1 1 0 0 0 0 1 0 1 121xx 63中国矿业大学机电学院逻辑运算的基本法则64中国矿业大学机电学院 常用的故障树化简方法有：常用的故障树化简方法有：修剪法修剪法、模块法、模块法、卡诺图法和计算机辅助化简法卡诺图法和计算机辅助化简法等。等。7 7故障树化简故障树化简 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 A+A=AA*A=A65中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 A+A*B=A66中国矿业大学机电学院67中国矿
42、业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 3134113411321)()(xxxxxxxxxxxxxT吸收率68中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 1451143121)()(xxxxxxxxxxT吸收率69中国矿业大学机电学院212121212121)()(xxxxxxxxxxAAT70中国矿业大学机电学院8 8 故障树的定性分析故障树的定性分析 目的目的:为了找出导致顶事件发生的所有可为了找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，即弄清系统能的故障模式，即弄清系统(或设备或设备)出出现某种最不希望发
43、生的事件现某种最不希望发生的事件(故障故障)有有多多少种可能性少种可能性。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 71中国矿业大学机电学院 故障树的某几个底事件组成一个集合，故障树的某几个底事件组成一个集合，如果集合内的几个底事件同时发生时，将如果集合内的几个底事件同时发生时，将引起顶事件引起顶事件(系统故障系统故障)的发生，则这个集的发生，则这个集合就称为合就称为割集割集。(1)(1)割集与最小割集割集与最小割集最小割集最小割集：指满足这样条件的割集，如果将：指满足这样条件的割集，如果将某一割集中的底事件某一割集中的底事件任意去掉一个任意去掉一个就不再是就不再是割
44、集，则这个割集就被称为最小割集。割集，则这个割集就被称为最小割集。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 72中国矿业大学机电学院 故障树定性分析的主要任务就在于寻找并确定系故障树定性分析的主要任务就在于寻找并确定系统的最小割集。统的最小割集。(2)(2)最小割集算法最小割集算法 上行法上行法 又称塞迈特里斯又称塞迈特里斯(Semanderes)算法算法 下行法下行法 又称富塞尔又称富塞尔(Fussell)算法算法 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 73中国矿业大学机电学院 上行法上行法1()niixx1()niixx 对给定的故障
45、树，从最下一级中间事件开始，分对给定的故障树，从最下一级中间事件开始，分别应用下面两个公式顺次往上进行计算，直至顶事别应用下面两个公式顺次往上进行计算，直至顶事件为止。件为止。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 74中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 dcbGGGT 75中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 434241314342413142141413424141433423241314143321)()()()(xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxx
46、xxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxxGGGTdcb432431)()(xxxxxxT4个最小割集：x1x3，x1x4，x2x4，x3x476中国矿业大学机电学院432431)()(xxxxxxT77中国矿业大学机电学院 下行法下行法 第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 根据故障树中的逻辑根据故障树中的逻辑或门会增加割集或门会增加割集的数目的数目，逻辑，逻辑与门会增大割集容量与门会增大割集容量的性质，的性质，从故障树的顶事件开始，由上到下，顺次从故障树的顶事件开始，由上到下，顺次把上一级事件置换为下一级事件，遇到把上一级事件置换为下一级事件，遇到与
47、与门门将输入将输入横向并列写出横向并列写出，遇到，遇到或门或门则将输则将输入事件入事件竖向串列竖向串列写出，直至把全部逻辑门写出，直至把全部逻辑门都置换为底事件为止，由此可得该故障树都置换为底事件为止，由此可得该故障树的全部割集。的全部割集。78中国矿业大学机电学院T b cx1dx4ex1x3x1x4x4x2x4x3或门或门与门运用下行法前需对故障树进行布尔运算简化运用下行法前需对故障树进行布尔运算简化79中国矿业大学机电学院9 9故障树的定量分析故障树的定量分析 故障树的定量分析：就是以故障树为基故障树的定量分析：就是以故障树为基础，分析础，分析系统故障的发生概率系统故障的发生概率以及以及
48、各底事各底事件的重要程度件的重要程度，包括，包括结构重要度、概率重结构重要度、概率重要度和关键性重要度要度和关键性重要度等三个不同含义的定等三个不同含义的定量指标。量指标。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 80中国矿业大学机电学院第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 (1)(1)概率计算的基本公式概率计算的基本公式 设事件设事件x1、x2、xn的发生概率分别为的发生概率分别为P1、P2、Pn。和的概率和的概率当当x1、x2、xn为相互独立的事件时，有为相互独立的事件时，有 11()nniiiiPxP积的概率积的概率或门与门81中国
49、矿业大学机电学院当当x1、x2、xn为相斥事件时，有为相斥事件时，有 积的概率积的概率和的概率和的概率11()nniiiiPxP1()0niiPx第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 82中国矿业大学机电学院当当x1、x2、xn为相容事件时，有为相容事件时，有 1121123()()()()(1)()nnnnniijkijkniiijij kPxP xP x xP x x xP x xx 和的概率：和的概率：1213121211()()(/)(/)(/)ninniPxP x P xx P xx xP xx xx积的概率积的概率83中国矿业大学机电学院 实际计算时实
50、际计算时，当，当Pi0.1,i=1,2,n时，相容时，相容事件近似于独立事件；当事件近似于独立事件；当Pi0.01,i=1,2,n时，相容事件近似于相斥事件。时，相容事件近似于相斥事件。第三节第三节 机械故障诊断的一般思维方法机械故障诊断的一般思维方法 11()nniiiiPxP11()nniiiiPxP84中国矿业大学机电学院注意注意:在应用上述公式计算系统故障的概率时，在应用上述公式计算系统故障的概率时，当故当故障树中包含两个以上同一底事件时，则必须应用逻障树中包含两个以上同一底事件时，则必须应用逻辑代数整理简化后，才能使用以上概率计算公式，辑代数整理简化后，才能使用以上概率计算公式，否则
