機械設備故障診斷與監測方法研究

許春園

摘要：機械設備在工業生產中具有舉足輕重的地位，不但關系到生產效率，而且還與產品質量密切相關。一旦機械設備出現故障，輕則會影響產能，嚴重時可能造成停產。因此，對機械設備故障進行快速診斷顯得尤為必要。基于此點，文章從機械設備關鍵部件的常見故障分析入手，論述了機械設備故障診斷與監測方法。期望通過文本的研究能夠對促進機械設備故障診斷與監測水平的提升和機械設備使用壽命的延長有所幫助。

關鍵詞：機械設備;故障診斷;監測方法

0? 引言

近年來，在科技水平不斷提升的推動下，使制造業得到快速發展，智能化制造技術的應用越來越廣泛，基于這一背景，機械設備的精密程度越來越高。與此同時，機械設備的運行環境日趨復雜化，設備故障幾率顯著增大，如果未能及時發現機械設備的故障問題，可能會造成機械設備整體性損壞的嚴重后果。為此，對機械設備故障進行診斷和監測顯得尤為必要。借此，下面就機械設備故障診斷與監測方法展開分析探討。

1? 機械設備關鍵部件的常見故障

機械設備是工業生產中不可或缺的重要組成部分之一，其性能優劣直接關系到生產能效。機械設備是由各種零部件組合而成的裝置，這些零部件在長期的運轉過程中，難免會出現故障問題，由此會對機械設備的整體性能造成影響，進而導致生產效率下降。下面對機械設備中關鍵部件的常見故障進行分析。

1.1 滾動軸承故障

在機械設備中，滾動軸承是較為重要零部件，因該零部件的運轉頻率較高，從而使其成為機械設備的易損零件之一。當滾動軸承損傷之后，一些故障便會隨之出現，導致滾動軸承損傷的原因有疲勞損傷、摩擦損傷、腐蝕損傷、斷裂等。

1.2 齒輪箱故障

在機械設備中，齒輪箱是應用較為廣泛的部件之一，絕大部分機械設備都有齒輪箱。在機械運行過程中，齒輪箱內的齒輪常常會出現劃痕、磨損、斷裂等問題，如果這些問題得不到及時有效地處理，則會導致齒輪箱

失效。

1.3 轉子故障

在旋轉機械設備中，轉子是核心部件，如果轉子故障，則會對機械設備的運行穩定性造成影響。轉子常見的故障有不平衡、轉軸彎曲、不對中、連接松動等。

1.4 電動機故障

機械設備是由機械結構和電動機兩部分組合而成，如果電動機故障，則會導致機械設備無法正常運轉。電動機常見的故障有振動、異響、過熱、短路、空載損耗大、三相電流不平衡等。

2? 機械設備故障診斷與監測方法

當機械設備出現故障時，需要在最短的時間內對故障進行診斷，據此查明故障原因，從而為故障處理提供依據。

2.1 振動監測與診斷

在對機械設備進行狀態監測的過程中，會遇到以下幾種振動：周期振動、隨機振動等，振動會產生一定的振幅，其代表的是振動的強度和能量，而頻率則是機械振動的主要特征。通過相應的儀器，可以對機械設備的振動情況進行監測，在此基礎上能夠快速完成故障診斷。可用于機械設備振動監測的儀器有以下幾種：渦流式位移傳感器、磁電式速度傳感器以及壓電式加速度傳感器，其中壓電式加速度傳感器的靈敏度較高、頻率范圍寬、體積小，從而使其成為目前應用較為廣泛的振動監測儀器。除了傳感器之外，在機械設備振動監測與故障診斷中，還需要使用分析儀器和故障診斷專家系統。利用振動監測與診斷技術，能夠對機械設備的滾動軸承故障、齒輪箱故障以及轉子故障進行診斷。

2.2 噪聲監測與診斷

機械設備在運行時，除了振動之外，還會產生一定的噪聲，通過對噪聲的監測，可以為故障診斷提供依據。對于聲音而言，聲強和聲壓是較為重要的參數，同時，這兩個參數也是噪聲測量的主要對象。近年來，隨著科學技術水平的不斷提升，使得FFT（快速傅里葉變換）分析儀，在機械噪聲監測中得到廣泛應用。

不僅如此，雙話筒互譜技術在聲強測量中也得到一定的應用，由此不但提高了檢測速度，還確保了檢測結果的準確性。在機械設備運行現場，對噪聲進行測量時，可以借助聲級計，該儀器最為突出的特點是能夠直接測得聲壓級。在對機械設備運行中產生的噪聲進行測量后，根據所得的結果，便可對機械故障的部位及其程度進行確定。當機械設備運行時發出噪聲，便可通過噪聲監測與診斷技術，對機械設備的故障進行診斷，從而為故障維修提供依據。

2.3 紅外測溫與診斷

機械設備在運行的過程中，設備本身的溫度會發生一定程度的變化，當機械設備出現故障后，此時的溫度變化幅度會顯著增大，通過紅外測溫，對機械設備的溫度變化情況進行監測，能夠提高故障診斷效率。目前，對機械設備的溫度變化進行監測時，常用的儀器為紅外線測溫儀，不同型號的紅外線測溫儀，可以檢測的物體表面溫度范圍有所區別，由于測溫儀不需要與機械設備相接觸，所以可以遠距離完成溫度檢測。通過對紅外線測溫儀測得的結果進行分析，便可對機械設備的故障進行診斷。需要注意的是，紅外線測溫儀容易受到環境因素的影響，由此可能會導致測量結果的誤差增大，為避免這一問題的發生，應當對測得的數據進行補償和修正，從而使測量誤差降至允許范圍之內，提高結果的準確性。

2.4 潤滑油磨粒監測與診斷

機械設備在運行的過程中，部分零部件可能會因為磨損程度過于嚴重而導致失效。機械零件出現磨損時，會產生磨粒，其中隱含著大量與設備運行狀態有關的信息，通過對機械設備潤滑油中的磨損顆粒進行監測，并對其成分、形貌、尺寸等指標進行分析，可以判斷出機械設備的磨損程度，從而為故障診斷提供依據。由于機械設備的磨損狀態具有復雜性的特點，致使磨損顆粒的分析結果會受到一些因素的影響，如工況、運行環境等等，因此，需要對磨損顆粒進行在線監測，借助傳感器和通信網絡，將現場采集到的信息傳給計算機系統，確保分析結果的準確性。

2.5 智能監測與診斷

近年來，在AI（人工智能）技術快速發展的推動下，一些智能化的監測與診斷系統隨之出現，這給機械設備故障診斷與監測提供了強有力的技術支撐，不僅提高了監測效率，而且還使診斷結果更加準確。因此，在機械設備故障診斷中，推廣應用智能監測系統尤為必要。

從目前的總體情況來看，智能監測是機械設備故障診斷最為先進的技術之一，可將該技術用于旋轉機械的故障診斷當中，借助設置在現場的數據采集裝置，能夠對機械設備的運行參數進行實時采集，經通信網絡傳給智能監測系統，系統則會根據這些參數對機械設備當前的運行狀態進行分析。在旋轉機械設備中，泵和齒輪傳動系統是較為重要的組成部分之一，這兩個部分在機械運行中，會出現不同程度的磨損，并且有時還會出現螺栓松動、軸對中偏移等現象，如果上述問題得不到及時有效地處理，將會逐步演變為故障。通過智能監測系統的運用，可以在機械運行狀態異常時，發出報警提示，并對相關數據進行分析，判斷出故障的成因，從而為故障快速處理提供詳實、可靠的依據，避免了故障問題擴大造成的損失。

2.6 超聲波無損監測與診斷

超聲波探傷無損檢測是一種較為先進的技術，主要是利用超聲波的穿透性，對金屬材料內部的缺陷進行檢查。當超聲波從金屬零件表面通入之后，在傳播的過程中，如果遇到缺陷便會產生反射波，其波形會顯示在液晶屏上，通過對波形的分析，能夠準確診斷出機械零件中的缺陷位置及程度。超聲波探傷最為突出的特點是不會對零部件造成任何損傷，檢測速度快、準確度高。正因如此，使得該技術在機械設備故障監測與診斷中得到越來越廣泛的應用。如，可以利用超聲波探傷對機械設備滾動軸承中的故障問題進行快速檢測。

3? 結論

綜上所述，機械設備作為工業生產的重要組成部分之一，保證其穩定、可靠運行尤為必要。然而由于機械設備的運行環境較為復雜，加之工作時間長，從而增大了故障發生幾率，一旦機械設備出現故障，會對工業正常生產造成影響。所以，應當采取有效的方法，對機械設備故障進行監測和診斷，從而為故障維修處理提供準確依據。在未來一段時期，應當加大對機械設備故障診斷與監測技術的研究力度，除對現有的技術進行改進和完善之外，還應開發一些新的技術，更好地為機械設備故障診斷服務。

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