機械設備故障診斷技術及發展方向探討

史彬彬

摘 要：工業化的穩步推進帶動了機械設備的發展，使得集中、高速、連續、輕型、自動的大功率機械設備也得到了越來越廣泛的應用，這符合現代社會提高生產效率的需求，同時這也促使人們必須強化機械設備的故障診斷技術探討，才能確保機械設備的使用更加順利。由此，本文便從機械設備故障診斷的內涵出發，并結合故障診斷的技術內容對其未來的發展方向進行分析，以期為各位讀者提供參考。

關鍵詞：機械設備；故障診斷技術；發展方向

機械設備的故障頻發不僅導致工業生產的成本大幅增加，而且容易引起災難事故的發生，要避免因機械設備故障帶來的危害，保障機械設備的速度效率與安全性，加強關于機械設備故障診斷技術及其發展方法的探討則具備了較為深刻的現實意義。

1機械設備故障診斷的相關概述

機械設備在工作過程中因規定功能的喪失而導致作業活動不能繼續的現象被稱為機械設備故障，從狹義方面來看，其含義特指機械故障發生時，機械系統已經同正常的功能軌道相互偏離，從而導致原先的工作環境（包括零部件條件）不復存在，而通過對參數的調節，使得零部件與其他條件均能達到恢復，繼而使得機械設備又能達到之前的正常功能標準。從廣義方面來看，機械設備故障主要指的是設備零件的功能失效，即“故障=失效”，綜上，無論對何種含義下的機械設備故障進行研究，均需要對故障點、故障程度進行查找分析，并通過多角度的現象與條件研究，才能使得機械設備的故障診斷能夠更加真實有效。

2機械設備故障診斷的技術

2.1機械設備故障診斷的基礎思想

機械設備故障的診斷方法較為多樣，并且其手段還處于不斷發展更新之中，根據診斷對象、人員、要求、地點、設備等情況的不同，所采用的診斷措施也是各有不同的，但是關于機械設備的診斷總是遵循基礎的思想：

假設所診斷的對象設定在狀態空間集S中，可觀測量的特征空間集為Y，那么當系統正處在正常或故障某一狀態s時，系統則顯示出確定特征y，此時存在映射g，并有：g：s □（?┴ ）Y，反之，在存在特征對應狀態時也會有映射f：f：Y□（?┴ ） S，綜合以上分析，可以得出根據測量特征的向量可以對故障處于何種狀態進行診斷，其基礎邏輯思路如下圖一所示。

2.2機械設備故障診斷的常用技術

2.3機械設備故障診斷的實例運用

以某工廠的一臺大型風機的故障診斷為例，該風機的振動值非常高，并且從頻譜上看振動幅值集中在1倍頻（轉速頻率），轉動設備的振動頻譜顯示一倍頻高是比較典型的設備不平衡特征，因此某廠的狀態監測技術員判斷是風機的動平衡有問題，建議停機并委外檢查風機的動平衡。由于風機非常大，風機拆除需要使用吊車，清理風機葉輪并檢查風機動平衡也需要請專門的風機廠商才能完成，需要花費大量的人力物力，并且預計會使整個工廠停機3天。

在診斷過程中，首先對設備的振動頻譜進行分析，從中發現了風機的軸向振動大于水平和垂直方向的振動，由于振動的典型情況為非常高的一倍頻振幅，并且水平和垂直方向的振幅往往遠大于軸向振幅。所以某工廠風機所出現的振動現象不符合設備不平衡表現特征。利用放大的頻譜圖，從中可以獲得明確的轉速頻率的諧波（2X，3X，4X，5X …轉頻），這也是設備結構松動或軸承損壞的信號。結合軸向振動大，以及風機的機械結構。綜合以上情況，遂給出以下檢查建議：懷疑風機的問題是軸承損壞而非葉輪不平衡。建議停機檢查軸承，主要檢查軸承錐套（定位套）是否松動，軸承是否嚴重磨損造成間隙太大，軸承結構是否有損壞。通過詳細檢查，發現風機的一個軸承外圈斷裂，更換軸承后風機振動恢復到正常范圍。

2. 以紅外測溫的診斷技術為主的故障排除。機械設備是否存在零件磨損或發動機排煙是否正常等問題都會給機械設備系統的溫度帶來變化，當發動機內部堵塞、元件摩擦消耗過大或者液壓系統異常等情況發生時，容易造成系統內部溫度升高，甚至會引起部分電路燒毀，這些機械設備故障問題的產生也從側面反映出機械性能與溫度之間所具有的緊密聯系，由此可見，溫度測量也是檢驗機械設備故障的可行手段。

3.在診斷過程中可以結合根因分析（RCFA）、可靠性中心維修（RCM）等分析方式展開深入研究。從而在機械設備維修策略的制定與監控管理程序的執行方面，更好的提高設備可靠性，使其可以最大限度滿足提升工廠生產效率的要求。例如通過根因分析與現場調查，可以對設備故障原因進行了解，并提供改進方案，防止故障再次發生。再通過執行以可靠性為中心維修（RCM）的研究，制定和實施機械設備的可靠性維護策略，在分析維護表現數據時，也極大提高了設備正常運行時間。

以實際工作中的故障診斷為例，在聚合車間主原料計量泵經常出現軸和軸套抱死情況，該故障每次約隔三個月便會爆發一次，當故障每次出現時會導致聚合車間非計劃停機，這便給工廠設備運行可靠性帶來嚴重影響。通過根因分析，發現直接原因是這個物料比較容易結焦，計量泵本身設計的軸和軸套的間隙很小，同時由于工藝需求，軸和軸套的材質都是不銹鋼的，這幾個條件疊加在一起就造成運行中會發生軸和軸套中沒有足夠的物料潤滑和冷卻，造成軸和軸套擦碰，不銹鋼的特性又易咬死，造成泵瞬間咬死跳停。從相關維修記錄中了解到，曾經的解決方案就是在軸套內開槽，增加物料通過量，現場損壞的泵上安裝的就是這種改進后的軸套，但這并不能完全解決問題。

要攻克這一難題，便要對這臺泵的維修記錄進行仔細查看，從中可以得出在實施改造后的兩年時間內，這臺泵是沒有造成非計劃停機的，但在最近的幾年，故障又頻繁發生了。中間由于人員變動，一定有一些信息在調查中沒有并收集到。經過對當年改進實施的技術資料的反復查詢，在軸套上增加槽，同時在泵的前板特定位置也開了相應的槽，這樣物料會形成一個微循環，不斷流動潤滑和冷卻軸和軸套。改造后的兩年平穩運行證明改造是成功的，但后來現場維護時可能將前板更換了，但跟換的備件沒有開槽，使改造的效果喪失。發現根本原因后，便可以得出切實可行的改進建議：1. 按圖紙要求改進泵的前板，并利用下次停機的機會更換。2. 將改進后的前板在系統中設定為新的備件，區別于不開槽的前板，專門匹配給這臺泵，以免在維修中換錯，由此便達到了解決這一問題的效果。

3結束語

在運用診斷技術解決實際問題的過程中，需結合實際情況選用技術方法，因而只有完成好機械設備的診斷方法探索，并在此過程中對所存在的缺點與不足進行改進，確保診斷技術朝者不斷優化的方向邁進，才能保障機械設備故障診斷能夠盡早達到數字化、自動化、智能化的目標。

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