關(guān)于機(jī)械設(shè)備故障診斷的探討

金勇

摘 要：機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)是一門掌握和了解機(jī)械設(shè)備在使用過程中的一種狀態(tài)，提前發(fā)現(xiàn)故障及原因，同時(shí)預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢的技術(shù)前景，在現(xiàn)代工業(yè)中有著至關(guān)重要的效能作用。本文針對故障診斷的發(fā)展歷史，對故障診斷的方法和優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備 故障 檢測技術(shù) 診斷

中圖分類號(hào)：TH17 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2014）08（a）-0095-01

故障診斷技術(shù)走過了將近40年的發(fā)展歷程，在理論上已經(jīng)初始形成了較完整的學(xué)科體系步驟，一點(diǎn)點(diǎn)形成以油樣分析、振動(dòng)診斷、無損檢測探傷和溫度監(jiān)測為主，同時(shí)很多新的技術(shù)和方法也逐漸形成性的發(fā)展局面。其中故障診斷（FD）始于對機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行診斷，其全稱則是狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷（CMFD）。其主要內(nèi)容包含了兩個(gè)方面：一是在發(fā)現(xiàn)特殊的情況下，對各項(xiàng)設(shè)備的故障進(jìn)行診斷與分析；二是對設(shè)備的運(yùn)行進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測。計(jì)算機(jī)軟硬件技術(shù)的發(fā)展非常的促進(jìn)了信號(hào)分析與處理技術(shù)的飛躍跨步，推向了機(jī)械故障診斷和監(jiān)測技術(shù)朝實(shí)用化和科學(xué)化路線發(fā)展。

1 主要技術(shù)方法現(xiàn)狀

1.1 系統(tǒng)故障原因結(jié)構(gòu)圖的形成

通過結(jié)構(gòu)圖對系統(tǒng)故障造成的原因，做出從整體到部分的按樹狀依次的細(xì)致劃分。故障樹則表示出系統(tǒng)或者設(shè)備上的不理想事件和指定設(shè)備之間的邏輯結(jié)構(gòu)圖，同時(shí)好包含了它的各個(gè)部件和各個(gè)子系統(tǒng)之間的邏輯結(jié)構(gòu)圖，該方法稱之為圖形演繹法。故障圖表則是由造成故障的各項(xiàng)因素與系統(tǒng)中的故障這兩者相互繪制而成，而這樣就可以很直觀的反、反映出了系統(tǒng)、元部件、因素、故障以及其他因素之間的相互關(guān)系，并且可以定量的計(jì)算出故障的程度、故障的原因和故障的概率等。

1.2 模糊數(shù)學(xué)的故障診斷方法應(yīng)用

根據(jù)模糊的集合論征兆空間和故障狀態(tài)空間的某種映射關(guān)系，故障診斷用征兆的方法來進(jìn)行。只因它的集合理論還未發(fā)展成形，大部分能借用經(jīng)驗(yàn)和大量諸多的試驗(yàn)來定位。系統(tǒng)本身存在的模糊與不確定的相關(guān)信息因素，同時(shí)還對每個(gè)特征參數(shù)與每一個(gè)征兆來制定其上、下限以及合格的隸屬度的函數(shù)，從而在應(yīng)用上存在一定的局限控制性。隨著模糊集合論的不斷完善更新，運(yùn)用這個(gè)方法的可觀性能上還是十分被關(guān)注重用的。

1.3 診斷故障的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法應(yīng)用

在20世紀(jì)80年代末90年代初，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法才真正的開始實(shí)用。因?yàn)樯窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)中存在很多功能，其中包含了對結(jié)構(gòu)的聯(lián)想、推測、記憶、自適應(yīng)和學(xué)習(xí)、容錯(cuò)、處理繁瑣和并行模式等方面，并且在工程的實(shí)際工作中還存在許多的突發(fā)性能，同時(shí)故障很多，過程也很復(fù)雜，使它在龐大多樣的機(jī)器、突發(fā)性故障較多以及系統(tǒng)檢測和診斷中可以發(fā)揮出更加廣泛的應(yīng)用。

2 機(jī)械設(shè)備故障的診斷技術(shù)

2.1 故障診斷技術(shù)依次分類介紹

（1）簡易診斷又稱之為初級(jí)診斷。一般由現(xiàn)場的職責(zé)人員開始進(jìn)行觸及診斷及其能對設(shè)備的狀態(tài)做出極速有效的概括和進(jìn)行討論評(píng)價(jià)。

（2）精密診斷是在初始診斷的基礎(chǔ)上對于出現(xiàn)特殊狀況的設(shè)備進(jìn)行清晰識(shí)別，并進(jìn)行詳細(xì)的診斷策略，檢查出設(shè)備出現(xiàn)的異常部位，并對設(shè)備不同的種類和故障程度執(zhí)行研究和判斷實(shí)施進(jìn)行。

（3）運(yùn)行診斷和功能診斷。對剛剛組裝或剛開始維修的設(shè)備檢查其功能和狀況是否出現(xiàn)異常的診斷稱之為功能診斷，同時(shí)根據(jù)他們對設(shè)備或者機(jī)組進(jìn)行檢查，所得到的結(jié)果來進(jìn)行相應(yīng)的整改。同時(shí)對正常工作的設(shè)備所產(chǎn)生的故障特征進(jìn)行檢測運(yùn)行診斷。

（4）連續(xù)監(jiān)控和定期診斷。每間隔一定時(shí)間就對工作的設(shè)備進(jìn)行檢測即是定期診斷。連續(xù)監(jiān)控就是采用儀表和計(jì)算機(jī)信息處理系統(tǒng)對機(jī)器運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)視和控制；何時(shí)使用連續(xù)監(jiān)控？多在因故障而導(dǎo)致重大生產(chǎn)耗失，事故影響悲劣以及頻頻出現(xiàn)故障和較容易發(fā)生故障的設(shè)備，由于安全以及勞動(dòng)保護(hù)方面的因素?zé)o法點(diǎn)檢的設(shè)備都將使用連續(xù)監(jiān)控。

2.2 技術(shù)的診斷形式

（1）外觀檢查：借用人體的感官，從味道，聲音，溫度和運(yùn)行狀態(tài)等諸多方面，可直接觀察故障信號(hào)的發(fā)生，同時(shí)通過豐富的檢查經(jīng)驗(yàn)和維修經(jīng)驗(yàn)及技術(shù)來判斷故障將會(huì)出現(xiàn)的個(gè)別部位和成因，目的就是達(dá)到預(yù)測的效果。

（2）振動(dòng)測量：振動(dòng)是機(jī)械設(shè)備中比較平常的現(xiàn)象，振動(dòng)一般在作回轉(zhuǎn)或往復(fù)運(yùn)動(dòng)都會(huì)產(chǎn)生的，振動(dòng)信息的產(chǎn)生通過設(shè)備運(yùn)行的狀態(tài)特征來判斷。大多數(shù)振動(dòng)的增強(qiáng)都將會(huì)發(fā)生故障。

（3）噪聲：物體的機(jī)械振動(dòng)通過彈性媒質(zhì)向遠(yuǎn)處傳播的結(jié)果，聲源是發(fā)生聲音的振動(dòng)機(jī)械振動(dòng)將是媒質(zhì)中的傳播過程。如機(jī)械振動(dòng)系統(tǒng)實(shí)機(jī)械噪聲的聲源。機(jī)械設(shè)備噪的聲源主要包括電機(jī)、液壓泵、齒輪、軸承等，其噪聲頻率與其運(yùn)動(dòng)頻率或固有頻率都有關(guān)系。不動(dòng)的零件（如支架、箱體、蓋板等）的噪聲均是受其它聲源或振源的誘發(fā)引起共鳴造成的。

（4）泄漏：在機(jī)械設(shè)備運(yùn)行的過程中，氣態(tài)，液態(tài)和粉塵狀的介質(zhì)從其孔眼和裂縫和空隙中流出或者涌入，形成泄漏，造成能源的大量浪費(fèi)，工況惡質(zhì)化，環(huán)境受到污染，損壞快速這是機(jī)械設(shè)備使用中力圖防止的最壞現(xiàn)象。

3 材料缺陷損傷和裂紋的故障檢測

（1）超聲波探傷法：這種方法不僅成本低，測厚度較大，速度較快，尤其對人體無任何傷害，檢測平面型缺陷是主要目的。

（2）射線探傷法：重要使用X射線。此方法關(guān)鍵用于展示體積型的缺陷，大多數(shù)材料均適用，測量的成本非常之高，對人體具有相當(dāng)?shù)膿p害，要小心謹(jǐn)慎的使用。

（3）滲透探傷法：包括熒光滲透和著色滲透兩種方法。這兩種方法的操作不僅容易而且成本極低，廣泛的范圍應(yīng)用能夠直觀的顯示出來，但是也只僅適用于表面缺陷的損傷種類。

（4）磁粉探傷法：此種方法的使用容易方便，與滲透探傷比較特別敏捷，近表面的缺陷能夠探測出來，鐵磁性材料最為適用。

（5）渦流探傷法：對封閉在材料表面下的缺陷有非常高的檢測靈敏度比較適應(yīng)，此種方法定位為電學(xué)測量方法，方便自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)的運(yùn)用處理。

（6）激光全息檢測法：此種方法是20世紀(jì)60年代才興盛起來的一種科研技術(shù)，此種方法不僅檢測各種高壓容器、蜂窩結(jié)構(gòu)還有疊層結(jié)構(gòu)等。

（7）微波檢測技術(shù)：此種方法也是近幾十年挖掘出來的一種新興技術(shù)，超聲波方法遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如非金屬的貫穿能力方法，此方法的特征是簡便快速，屬于一種非接觸式的無損檢測技術(shù)。

（8）聲發(fā)射技術(shù)：重點(diǎn)對大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性進(jìn)行長期監(jiān)測和評(píng)價(jià)，對缺陷的增長可實(shí)時(shí)監(jiān)測和實(shí)行動(dòng)態(tài)，檢測靈敏度極高，目前，壓力容器，核電站重點(diǎn)設(shè)備還有放射性物質(zhì)的偶爾泄漏，得到廣泛應(yīng)用的是輸送管道的焊接部位缺陷等方面的檢測。

4 結(jié)語

機(jī)械設(shè)備一定要深化各種理論和技術(shù)的相互滲透性；應(yīng)用范圍必須要廣，使用內(nèi)容也要更豐富實(shí)用。機(jī)械故障診斷學(xué)不管在技術(shù)上或是在理論方法角度學(xué)都需要進(jìn)一步發(fā)展研究和健全完善，以適應(yīng)時(shí)代的機(jī)械化的新需求。

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