设计学与诊断学的联姻0多级泵
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设计学与诊断学的联姻*
设计学与诊断学的联姻* 2011年12月09日 来源： 1 从医学诊断谈起 从人类诞生起，为了生存、繁殖，需要进食和营养，人体各系统和器官免不了要生病，生病后要寻找方法去治病，治病过程中要研究诊断方法和诊断手段(各种仪器)。随着科技的进步，人们最关心的两件事：保健预防和疾病诊断。其核心是有了病症应及早预防和恢复，这就是保健学；已形成疾病要确诊，这就是诊断学。正如各个国家有预防科学研究院和医学科学研究院，它们的目标都是为了保证人类的健康，但实施的内容各有不同。 对设备进行故障诊断是人类医学诊断的延伸。人(有生命)和机器(无生命)是不同范畴的事物，但在诊断领域有共同哲理——人和机器的保健学和诊断学。保健和诊断，治疗和维修，都是相辅相成地为人和机器的健康服务。 人为什么会生病，可能有哪些病，用什么方法诊断，用哪些药物，这是医学科学的研究领域。机器为什么有故障，可能有哪些故障，如何诊断和维修，这是机器诊断和维修的研究领域。从研究的宏观成熟性而言，对机器的诊断和预防还远不如对人的那样水平，从组成的复杂性而言，则人体结构比机器要复杂得多。 人有疾病或征兆，可能是显式的(有感觉)和隐式的(暂时无感觉甚至若干年后才转化为显式)。机器有故障，也可能是显式的和隐式的。人可靠感觉来诉说病状，机器故障无论是显式和隐式都要靠人用各种手段去监测。 关于人和机器的关系与区别是个大课题，需要多方面去研究和深化，这里仅作为引子。本文目的是提出机器诊断学与设计学的良性循环联姻问题。2 故障诊断原因分析和反馈到设计的几个案例2.1 前苏联T72坦克行星变速箱齿轮裂纹的原因和改进 T72坦克是70年代产品，其性能和可靠性至今仍为国际上称颂。在研制初期，要用4台传动系在台架上作寿命考核和可靠性试验。试验到一定阶段，发现每台有几个齿轮均出现裂纹。设计者很自然想到是疲劳强度不足，但要弄清是弯曲疲劳还是接触疲劳问题才能有针对性地去改进设计。故障分析者各执其词，公婆都有理。有一位润滑油专家否认简单地认为是强度问题，提出改用另一种润滑油，经由另4台作同样寿命试验考核，均未发现裂纹因而不必作改进设计，至今已生产几万辆，其经验在以后T80、T90坦克传动均借鉴，可见故障原因分析的重要性。可以设想，如果润滑油专家不坚持己见，盲目地去改进疲劳强度，亦可能有效，但花费的代价和时间就大得多。应指出，选择油品亦是设计学问题。2.2 某传动的磨损故障和问题 此传动经200 h试验，还远未达要求寿命，拆检后发现齿轮齿面严重磨损，但未出现裂纹，显然需改进设计:提高其耐磨性承载能力。由于试验过程中未进行磨损类故障诊断，不易判别是首先出现胶合磨损还是接触疲劳磨损，故即使首先出现胶合，也已被后期的磨损现象所掩盖。尽管故障分析者从各方面去分析，也是公婆均有理，未找出磨损的真正机理。如果一开始就跟踪故障诊断，可以判定是否首先出现胶合还是接触磨损，改进设计目标就很明确。从这个案例可见，诊断学对设计的重要性。2.3 涡轮机滑动轴承磨损故障和对策 某预研涡轮机在台架试验过程中，用MOA原子发射光谱仪和铁谱仪跟踪取油样分析。到一定阶段，发现有几个油样中的元素含量显著增加，但性能指标尚未下降。分析人员建议必须拆检，而且判定滑动轴承有问题。由于试验延续性的严格要求、花费代价和时间进度等原因，项目设计师一开始不同意拆检，经多方利弊分析，还是同意拆检，结果发现滑动轴承已磨偏和局部烧伤，及时更换维修，找到了故障原因和改进设计的依据。如不拆检，很可能造成飞车而使几千万投资毁于一旦。可见诊断学对设计学的联姻关系。2.4 某传动中行星轮滚针轴承烧伤和对策 行星传动中行星轮滚动轴承往往处在负荷大、相对转速高、润滑条件较差和支承刚度较弱条件下工作，是多故障元件。在台架试验中，用原子发射光谱仪MOA、铁谱和理化等跟踪取油样分析，发现Fe、Ni、Cr几种主要元素含量连续增加，且有时呈跳跃式上升，但运转尚正常，性能指标也未见异常。经分析，认为故障部位是行星轮轴承或密封环，前者可能性更大。最后决定拆检，结果是：行星轮轴承的滚针已磨成扁方、有的已断裂研碎，行星架上轴承孔已烧伤变黑，但行星轮仍能灵活自由转动。经研究分析，首先是润滑油不畅，其次是轴承结构和制造精度问题，找到了故障原因和设计改进的依据。如不及时拆检，样机中部分部件会被破坏。现代维修技术已发展到主动维修，即故障尚未形成之前及时排除可能性故障原因，从而不会演变为故障。确定故障原因是排除故障和改进设计的重要内容，必然与设计有关。3 设计、制造、使用与诊断必须形成良性反馈3.1 产品形成的4个层次 一般说来，产品形成过程经历由预研→开发→批生产→使用的4个层次。预研要求有创新，因而风险大，可能失败，也允许失败，但希望代价尽可能小，并能取得经验和教训，继续研究。开发过程