機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測的常用方法及其發(fā)展趨勢

唐海燕 陳潮宇

摘要：在新時期環(huán)境下，越來越多的先進(jìn)機(jī)械設(shè)備得到了研發(fā)和使用，同時生產(chǎn)活動對機(jī)械設(shè)備的性能要求也在不斷提升，因此確保機(jī)械設(shè)備具有良好的運(yùn)行狀態(tài)至關(guān)重要。而在機(jī)械設(shè)備的使用中，常常會受到諸多因素的影響導(dǎo)致一些故障的出現(xiàn)，為了避免此類情況的發(fā)生，就需要做好對其診斷和監(jiān)測工作。下面，文章就主要針對機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測的常用方法和發(fā)展趨勢進(jìn)行分析，希望對相關(guān)工作的開展提供參考。

Abstract： In the new era environment， more and more advanced mechanical equipment has been developed and used， and the performance requirements of production activities for mechanical equipment are also improving， so it is very important to ensure that the mechanical equipment has a good running state. In the use of mechanical equipment， it is often affected by many factors leading to some failures. In order to avoid the occurrence of such a situation， it is necessary to do a good job in diagnosis and monitoring. In the following， the paper mainly focuses on the common methods and development trends of mechanical equipment fault diagnosis and monitoring， hoping to provide reference for the development of related work.

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備;故障診斷;監(jiān)測方法;發(fā)展趨勢

Key words： mechanical equipment;fault diagnosis;monitoring method;the development trend

中圖分類號：U673.38? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）15-0122-03

0? 引言

在各行各業(yè)的發(fā)展中，對機(jī)械設(shè)備的使用都比較廣泛，且機(jī)械設(shè)備的使用對實(shí)現(xiàn)行業(yè)生產(chǎn)水平提升以及現(xiàn)代化發(fā)展具有重要的價值。如果機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障，勢必會影響生產(chǎn)活動的正常進(jìn)行，甚至?xí)?dǎo)致安全事故的發(fā)生，因此為了實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備狀態(tài)的合理控制，逐漸產(chǎn)生了諸多故障診斷和監(jiān)測的方法，對機(jī)械設(shè)備故障預(yù)控和及時處理提供了支持。隨著時代不斷發(fā)展，為了更好實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備故障的控制，其診斷與監(jiān)測方法也朝著智能化和自動化不斷發(fā)展。

1? 機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測的常用方法

1.1 振動監(jiān)測診斷法

機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行中，振動的產(chǎn)生是不可避免的，往往有周期性振動和隨機(jī)性的振動等，而振動會導(dǎo)致一定振幅的產(chǎn)生，代表著振動強(qiáng)度以及能量，則頻率是機(jī)械發(fā)生振動的重要特征，因此可以通過對振動監(jiān)測來實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的故障診斷，如圖1。借助相應(yīng)儀器，能夠監(jiān)測機(jī)械設(shè)備振動的實(shí)時情況，進(jìn)而完成對其故障的診斷。常用的此類監(jiān)測儀器有磁電速度的傳感器、壓電加速度的傳感器和渦流位移的傳感器等，且因?yàn)閴弘娂铀俣鹊膫鞲衅骶哂休^高靈敏度、較寬頻率范圍和小體積等優(yōu)勢，得到了廣泛使用。在對機(jī)械設(shè)備采取振動監(jiān)測診斷中，不僅需要使用傳感器，而且還要結(jié)合分析儀器以及故障診斷的專家系統(tǒng)等使用。此方法一般在機(jī)械設(shè)備轉(zhuǎn)子故障、齒輪箱的故障和滾動軸承的故障中監(jiān)測使用[1]。

1.2 噪聲故障的監(jiān)測法

在機(jī)械設(shè)備的運(yùn)行中，設(shè)備噪聲信號和振動信號都有著大量的信息，因此通過對機(jī)械設(shè)備噪聲監(jiān)測也能夠?qū)崿F(xiàn)對機(jī)械設(shè)備故障的診斷。往往振動信號的監(jiān)測需要進(jìn)行相應(yīng)監(jiān)測儀器的安轉(zhuǎn)，在高溫或者高腐蝕等環(huán)境下不便于安裝，因此無法實(shí)現(xiàn)對振動的接觸測量，而噪聲信號并不會受到此種情況的影響，任何條件下都能夠借助采集設(shè)備實(shí)現(xiàn)聲學(xué)信號的采集和分析，從而實(shí)現(xiàn)對故障的有效診斷。在早期的噪聲故障診斷中，主要是通過聽診法對設(shè)備狀態(tài)進(jìn)行判斷，但需要聽診師傅具有豐富的經(jīng)驗(yàn)才能夠?qū)崿F(xiàn)對噪聲故障的辨別。現(xiàn)階段噪聲監(jiān)測技術(shù)是能力統(tǒng)計(jì)的方法，它是基于傳統(tǒng)聽診法的進(jìn)化，根據(jù)機(jī)械設(shè)備正常以及故障時呈現(xiàn)的聲能量變化情況實(shí)施對比，來實(shí)現(xiàn)故障的診斷[2]。但噪聲故障監(jiān)測中，往往會受到環(huán)境因素的影響，對聲音信號產(chǎn)生干擾，進(jìn)而影響其診斷的準(zhǔn)確性。

1.3 紅外測溫法

在此方法的使用中，主要是使用紅外測溫的儀器根據(jù)機(jī)械設(shè)備的不同位置存在不同溫度以及溫度變化的情況等實(shí)現(xiàn)對其運(yùn)行狀態(tài)分析與判斷。紅外測溫的儀器測溫原理主要為黑體輻射的定律，即物體溫度越高的話，所發(fā)紅外輻射的能力就越強(qiáng)，如圖2。若某些故障的部位往往會體現(xiàn)出溫度升高特征，進(jìn)而提示此位置出現(xiàn)排煙管阻塞、磨損或者接點(diǎn)的燒壞等故障。此方法中，紅外測溫的儀器發(fā)揮重要的作用，它能夠非接觸性和遠(yuǎn)距離地實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的測溫目的，還可以結(jié)合信息處理、運(yùn)算和判斷等功能，來對機(jī)械設(shè)備工作環(huán)境的周圍溫度和變化狀況如實(shí)反映。此方法在實(shí)踐運(yùn)用中，能夠有效避免戶外監(jiān)測受天氣因素的影響，提升測量精確度，且便于對數(shù)據(jù)進(jìn)行存取[3]。

1.4 油液磨屑的分析法

在對機(jī)械設(shè)備運(yùn)行情況的分析中，可以通過對油液磨屑的粒型情況分析、介質(zhì)的化學(xué)和物理成分變化等為依據(jù)來對故障判斷，就是油液磨屑的分析法。在此方法的使用中，需要對設(shè)備潤滑以及液壓系統(tǒng)情況進(jìn)行參考。因?yàn)槟バ剂Ｐ鸵话阋驗(yàn)槲廴净蛘吣p而產(chǎn)生，所以可以按照粒型具體的情況對機(jī)械磨損發(fā)展情況實(shí)施判斷。在油液分析中，基于元素對不同波長光吸收和發(fā)射情況來實(shí)現(xiàn)，不同元素在受到一定能量激發(fā)影響，會呈現(xiàn)對特定的波長光發(fā)射或吸收的特性，而不同的光譜儀在對油液的發(fā)射光譜進(jìn)行化學(xué)分析后，就能夠?qū)ζ浠瘜W(xué)的成分和含量呈現(xiàn)，因此借助此類信息就能夠?qū)υO(shè)備受損位置和程度大小進(jìn)行判斷。此方法使用中，具有速度快、便捷、準(zhǔn)確等特點(diǎn)，在較小粒徑磨屑的分析中特別適用。

2? 機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測發(fā)展趨勢

2.1 信息融合發(fā)展

在現(xiàn)代化科學(xué)技術(shù)迅猛發(fā)展下，人們對信號的獲取方式也是各種各樣，而在對機(jī)械設(shè)備的故障信號獲取中，如何實(shí)現(xiàn)其特征信號的準(zhǔn)確和及時獲取是研究重點(diǎn)。在對機(jī)械設(shè)備故障信號獲取中，不僅需要借助信號采集和傳遞裝置進(jìn)行相應(yīng)信號的獲取和傳輸，且還需要通過信息融合的分析技術(shù)對此類信號進(jìn)行有效處理，才能夠更好實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備的準(zhǔn)確診斷。在對信號頻譜的分析中，對信號處理需要實(shí)現(xiàn)信息融合發(fā)展，對傅里葉的變換、小波變換等方式合理使用[4]。通過傅里葉的變換，能夠在整個的頻域內(nèi)對信號成分實(shí)現(xiàn)有效分析，但其不能同時對頻域以及時域進(jìn)行分析;但小波變換就能夠同時對頻域以及時域進(jìn)行分析，特別擅長對故障信號的時間與頻率方面細(xì)節(jié)的分析，實(shí)現(xiàn)對信號局部的特點(diǎn)突出表現(xiàn)，同時小波變換對非定常性瞬態(tài)變化的信號特性能夠簡單、有效分析，在實(shí)際的操作中并不需要借助數(shù)學(xué)的模型就能夠?qū)π盘柗€(wěn)定和迅速分析。在基于小波變換上，和神經(jīng)網(wǎng)格以及分形理論結(jié)合，還可以進(jìn)一步實(shí)現(xiàn)可靠故障信號的獲取。

2.2 智能化決策算法

在人工智能發(fā)展中，能夠把人工智能的控制算法在機(jī)械設(shè)備的故障判斷決策中使用，如遺傳算法和模糊控制等，且隨著不斷深入的研究，對智能控制和機(jī)械設(shè)備的故障診斷關(guān)聯(lián)不斷深入研究，則遺傳算法和模糊控制等對其故障診斷中的應(yīng)用會更加有效，這也是未來研究中的重點(diǎn)內(nèi)容。將模糊理論應(yīng)用在機(jī)械設(shè)備的故障診斷，只需要進(jìn)行合適隸屬函數(shù)以及模糊矩陣的建立，就可以實(shí)現(xiàn)問題來源的準(zhǔn)確獲取，并不需要因?yàn)閷?zhǔn)確數(shù)學(xué)模型的建立而消耗大量時間;通過神經(jīng)網(wǎng)格對故障判斷進(jìn)行決策，能夠以分類、聯(lián)想、自我組織等辦法對繁雜信息準(zhǔn)確處理;故障診斷中使用遺傳算法，能夠?qū)Χ鄠€問題同時處理且還能夠?qū)Ω黝I(lǐng)域內(nèi)問題處理和判斷，它在非線性的問題和寬泛查找的問題上呈現(xiàn)顯著優(yōu)勢[5]。

2.3 網(wǎng)絡(luò)化集成資源

在時代不斷發(fā)展背景下，工業(yè)控制的技術(shù)領(lǐng)域中局域網(wǎng)具有著顯著的技術(shù)地位，且在信息的收集以及分析中，局域網(wǎng)的技術(shù)也發(fā)揮著重要的作用，因此在工業(yè)生產(chǎn)中，機(jī)械設(shè)備的故障診斷與監(jiān)測就需要和網(wǎng)絡(luò)手段有效結(jié)合。對機(jī)械設(shè)備的故障診斷中，可以通過局域網(wǎng)對信號檢測的設(shè)備和計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)連接，借助設(shè)備來對原始的信息數(shù)據(jù)實(shí)施接收、歸納和決策分析，且通過計(jì)算機(jī)的強(qiáng)大計(jì)算功能，來更加快速和準(zhǔn)確地實(shí)現(xiàn)對故障的診斷和分析，對機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)提供保障。

2.4 容錯控制

對于容錯控制來說，主要是當(dāng)機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)故障后，系統(tǒng)可以對故障自動剔除且能夠?qū)ο到y(tǒng)重新構(gòu)建，即使系統(tǒng)出現(xiàn)故障，此系統(tǒng)仍能夠穩(wěn)定運(yùn)行，其運(yùn)行的性能盡管有所下降，但仍可以對需求滿足。在系統(tǒng)容錯控制中，功能拓展設(shè)計(jì)的方法是前提，如在對設(shè)備裝置的設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)內(nèi)有自我補(bǔ)償?shù)慕Y(jié)構(gòu)，也就是設(shè)備構(gòu)件可以實(shí)現(xiàn)自我的重建，或設(shè)備在運(yùn)行中參數(shù)可以自我進(jìn)行調(diào)節(jié)，對設(shè)備的穩(wěn)定和安全運(yùn)行提供保障。智能化容錯控制的發(fā)展，是工業(yè)的自動化控制發(fā)展的主要趨勢，在其發(fā)展中需要針對機(jī)械設(shè)備的自動化控制系統(tǒng)內(nèi)自我故障的處理能力不斷改進(jìn)和優(yōu)化[6]。

3? 結(jié)語

綜上所述，在機(jī)械設(shè)備的故障控制中，用到很多診斷和監(jiān)測的方法，這些方法具有著不同的原理和優(yōu)勢，隨著時代發(fā)展，為了更好實(shí)現(xiàn)對機(jī)械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測，就需要在研究中把握好機(jī)械設(shè)備故障的診斷和監(jiān)測發(fā)展的趨勢，做好對相關(guān)方向監(jiān)測診斷方法的不斷研究和改進(jìn)，這也是其領(lǐng)域中需要重點(diǎn)研究的內(nèi)容。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫昌元，趙靜靜.機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].百科論壇電子雜志，2018（003）：682，675.

[2]張婷婷，賈銘鈺.機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)的常用方法及新技術(shù)的應(yīng)用研究[J].自動化與儀器儀表，2017（10）：38-39.

[3]馬驥.機(jī)械設(shè)備中的可靠性及故障診斷方法研究[J].企業(yè)科技與發(fā)展，2019（002）：135-136.

[4]王曉蕾，姬治崗.煤礦機(jī)械設(shè)備故障分析與診斷技術(shù)及發(fā)展趨勢[J].科學(xué)技術(shù)與工程，2020，020（012）：4621-4630.

[5]陰紅國.化工機(jī)械設(shè)備的常見故障及診斷研究[J].工程技術(shù)（文摘版），2016（001）：00286.

[6]秦海峰.煤礦機(jī)電設(shè)備故障監(jiān)測與診斷技術(shù)分析[J].工程技術(shù)與管理（英文），2018，002（007）：279-280.