淺析機械設備故障檢測技術

李春風

摘要：機械設備故障診斷技術是一門了解和掌握機械設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是否正常，早期發現故障及原因，并預報故障發展趨勢的技術，在現代工業中發揮著十分重要的作用。本文從故障診斷的發展歷史入手，介紹了故障診斷的方法及其優缺點以及目前該方法的研究重點。

關鍵詞：機械設備;故障;檢測技術

一、前言

自動檢測技術的研究內容包括：一是研究如何正確地獲得所需信息的方法;二是研究在當今電子信息時代對所需信息進行采集，轉換，傳輸和處理的測量儀器及自動檢測系統。

自動檢測系統通常由傳感器，測量電器和輸出單元等部分組成，其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。系統中傳感器的主要作用是將被測非電量轉換成與其成一定關系的電量。但是傳感器的輸出信號一般很弱，而且伴有各種噪聲，因此需要檢測電路將它放大、剔除噪聲選取有用信號并進行演算處理與轉換，從而輸出能控制執行機構動作的信號。由此可見，傳感器在自動檢測系統中占有重要地位，它獲取的信號正確與否關系到整個系統的測量精度。

在工程技術領域中，工程研究、產品開發、生產監督、質量控制和性能實驗等都離不開檢測技術。在機械制造行業中，通過對機床的許多靜態、動態參數，如工件的加工精度、切削速度、床身振動等進行在線檢測，從而控制加工質量。在化工、電力等生產過程中，溫度壓力、流量、液壓等過程參數的檢測是實現生產過程自動化的基礎。在工業機器人中自動檢測技術應用也手臂的位置和角度，傳感器應用于視覺和觸覺，檢測技術已廣泛應用于工業，交通，機械等各個方面，成為國民經濟發展和社會進步的一項必不可少的重要基礎技術。

在機械制造與自動化行業中，生產過程的自動化的首要環節就是通過檢測獲得相關信息，從而進行分析判斷并實施控制。所謂自動化，就是用各種技術工具與方法代替人工完成檢測、分析、判斷和控制工作。因此，檢測裝置代替了人的眼睛作用，具有工業眼睛之稱。它獲取信息是否準確及時是實施自動化，確保生產正常的關鍵所在。在自動檢測與轉換是自動化技術中不可缺少的組成部分。

檢測技術所涉及的知識非常廣泛，滲透到各個學科領域。由于科學和技術的發展，自動化程度越來越高，因而對自動檢測系統的要求越來越高。在流水化作業中，常大量采用自動化生產線以減少中間環節，提高工作效應，以降低生產成本。傳感器是實現生產線自動化的重要條件，在一條生產線中傳感器往往有上百個，絕大多數的傳感器起著位置檢測的作用，也有一些溫度傳感器，顏色判別，長度檢測等傳感器。自動化生產線中最常使用的傳感器有光電傳感器、磁性開關。如果把自動化生產線比做人，則電傳感器就是人的眼睛，磁性開關就是人的觸覺，它們是自動化生產線中的檢測元件。

機械設備故障檢測技術在現代化生產中有相當重要的作用，應用故障診斷技術對機械設備進行監測和診斷，可以及時發現機器的故障和預防設備惡性事故的發生，從而避免人員的傷亡、環境的污染和巨大的經濟損失。隨著現代化大生產的發展和科學技術的進步，機械設備的結構越來越復雜，這門技術已受到越來越高的重視。

二、設備故障檢測技術的發展

機械故障檢測作為一門新型的學科，發展至今，已有30余年，初步形成了以震動和診斷、溫度檢測、油樣分析和無損探傷為主的局面。其檢測內容包括兩方面：對設備運行狀態進行監測和發現異常情況后對設備的故障進行分析、診斷。而時至今日，又興起一種多變量、多故障的綜合診斷技術——人工智能，而作為其重要分支的人工神經網絡，已成為機械故障檢測的研究熱點。如今人造衛星、電網系統、發電機組、冶金設備和飛機、輪船、騎車發動機等領域都應用上設備故障檢測技術。

三、故障檢測的主要方法

經過30年的發展，機械設備故障檢測技術在深度和廣度上都得到了充分的發展，總體趨于完善和成熟，此外，還有多新興技術手段不斷涌現，呈現出一派欣欣向榮的景象。下面，我將介紹幾種比較常用的故障檢測方法。

（一）解析冗余取代硬件冗余

解析冗余主要是通過構造觀測器估計出系統輸出，然后將它與輸出的測量值比較從中取得故障信息。該方法是以系統數學模型為基礎，利用觀測器、參數模型和空間方程的方法產生殘差，通過現代優化方法和控制理論作為指導，再結合相應的閾值或法則來評估決定殘值。作為系統修復、重構和監控、容錯控制的前提，這種診斷方法必須要與控制系統緊密結合。

（二）振動檢測技術

振動信號是設備狀態信息的載體，它蘊含了豐富的設備異?；蚬收系男畔?而振動特征是設備運行狀態好壞的重要標志。系統的輸出在幅值、相位、頻率及相關性上與故障源存在著某種關系，當系統的某個零件故障時，其振動信號的功率譜就會出現相應的反應，通過對這種信號的處理分析，并結合診斷對象的歷史情況就可以分析出系統的故障所在。用的方法相關分析、有譜分析、功率譜分析和概率密度法。

四、診斷技術的發展趨勢

現代故障診斷的發展方向是是實現主動維修策略、監測控制、容錯控制、自治控制、可信性系統等設計中的關鍵，他與冗余控制、容錯控制、余度管理監控控制和監控控制等可靠性系統設計緊密結合的。數學工具在機械設備的故障診斷與監測技術發展中起了相當重要的作用。數理統計和概率論都曾成功地解決了許多機械診斷問題。因此，大力發展信號處理技術也是至關重要的。隨著網絡技術的發展，實現多專家與多系統的共同診斷，一種有效的解決途徑就是建立基于網絡的遠程故障診斷與監測系統?；诰W絡的設備故障診斷與監測系統是今后發展的必由之路，可以直接提高企業設備管理和護水平，對提高企業效益和國際競爭力具有巨大作用。

五、結束語

近幾年來，機械故障診斷學科征國內外都得到了前所未有的發展，在生產中的應用已深入到各個領域，診斷理論和方法已有多種。盡管如此，無論在技術上還是在理論方法方面都有待于進一步發展和完善。故障機理和故障特性的研究不僅應適應學科發展，而且應領先一步;新理論和新方法的應用不僅要快，還應更深入;各種理論和技術的相互滲透應不斷深化;應用范圍不僅應更廣，而且內容也應更豐富;監測診斷應與維修保養管理結合得更緊密。

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（作者單位：江蘇沿海農業機械檢測有限公司）