機械故障診斷技術

更新時間：2017-09-08 點擊次數：1886

機械故障診斷是20 世紀六七十年代產生并發展起來的一門綜合性邊緣學科。一方面, 隨著現代設備的日趨大型化、復雜化、自動化和連續化, 設備一旦發生故障, 給生產和質量以至人
們的生命財產安全造成難以估量的影響, 為使設備保持正常運行狀態所花的維修費用在企業經營費用中占了很大的比重。因此, 為使這一占有重要地位的設備維修工作更加而科學, 就必須對維修對象—設備的劣化、故障狀態、故障部位及其原因有正確的了解。另一方面, 信息傳感技術、信號處理技術以及現代測試技術等相關學科的發展, 特別是電子計算機技術的飛速發展, 為設備故障診斷提供了極大的, 從而使上述需要成為可能。正是在這種情況下, 受醫療診斷學中的一些基本邏輯思想地啟發, 并將之推廣到工程技術領域, 形成了一門新的學科—工程診斷。
1、機械故障診斷研究的內容
機械故障診斷是識別機器或機組運行狀態的科學, 它研究的是機器或機組運行狀態的變化在診斷信息中的反映, 其研究內容包括對機器運行現狀地識別診斷、對其運行過程的監測以及對其運行發展趨勢的預測3個方面。
2、機械故障診斷的基本原理
機械故障診斷包括機械故障診斷的理論與技術兩大部分。
2.1 機械故障診斷的基本環節
一個完整的診斷過程一般由以下幾個基本環節組成。
2.1.1 確定運行狀態監測的內容
主要包括確定監測參數、監測部位及監測方式等方面的內容, 這主要取決于故障形式, 同時也要考慮被監測對象的結構、工作環境等因素以及現有的測試設備條件, 這是整個診斷工作的基礎。狀態監測的內容確立得當, 不僅能極大地提高診斷效率, 有時甚至決定著診斷工作的成敗, 因此必須對此予以足夠的重視。
2.1.2 建立測試系統
根據步驟1 的要求選取傳感器及其配套設施, 組成測試系統, 用以收集故障診斷所需的信息。在建造測試系統時, 不僅要注意有用信號的獲取( 靈敏度和精度等性能) , 同時, 還要考慮測試系統的環境適應性以及如何在測試階段進行降噪除噪等, 以便簡化后續的信號分析處理過程。正確、有效信號的取得是正確診斷的先決條件, 偏離了這個前提, 診斷工作就無從談起。
2.1.3 測試、分析及信息提取
主要內容是對借助測試系統所獲得的信號進行加工, 包括濾波、異常數據的剔除以及各種分析算法等, 其主要目的是從有限的信號中獲得盡可能多的關于被診斷對象狀態的有用信息,這是機械故障診斷的核心。
2.1.4 狀態監測、判斷及預報
它是診斷工作的zui后一個環節, 也就是機械故障診斷的zui終目的之所在。這一步工作主要是構造或選定判據, 確定劃分設備狀態的各有關參量的等值等內容, 以此判定被診斷對象的運行狀態, 并對其未來發展趨勢進行預測。
2.2 故障特征參量
對于某一具體的故障類型, 我們所關心的問題是: ①這種故障通過哪些物理參量表現出來; ②與各物理參量間的關系強弱情況如何。一般而言, 對于前一個問題, 只要機械系統的狀態發
生了變化, 就必定會影響到與之相的各個動態物理參量, 牽涉面較廣; 而故障類型與物理參量之間的關系強弱是我們zui感興趣的。因為只有那些與某種故障類型之間的關系密切、對故障靈敏可靠的物理參量才被用于故障的診斷。在機械故障診斷領域, 將這些對故障靈敏、穩定可靠的物理參量稱為故障特征參量。
機械系統的故障類型是千差萬別的, 與每一種故障類型相對應, 機械系統必定會通過一個或多個物理參量將其表征出來,每一種故障類型也必須由一種或多種原因所引起。這就是說, 故
障表現與其特征參量和故障原因之間存在如下的對應關系:

F=f( α1,α2, ?)
式中: F: 某種故障類型;
α1,α2, ?: 各特征參量或故障原因。
故障診斷就是要確定F 與α1,α2, ?之間的對應關系f, 以便通過檢測α1,α2, ?來判斷故障類型F 是否發生, 或在已知F 發生的情況下去查明造成F 的原因α1,α2, ?等。

2.3 機械故障診斷的一般思維方法
故障識別理論與思維科學以及故障診斷技術手段的發展上密不可分的。與傳統的診斷手段相對應的識別理論只能借助形式邏輯進行一些簡單的推理, 而與現代診斷技術相對應, 則有故障樹分析、模式識別以及模糊診斷等多種識別理論。下面僅對兩種常見的思維方法進行闡述:
2.3.1 形式邏輯推理
可以認為, 故障診斷過程是一個觀察、假設、驗證、修正假設、再驗證??, 直至找到故障真正原因的過程, 即可把故障診斷過程劃分為以下5 個步驟: ①調研考察, 得出故障現象; ②假
設原因; ③由假設原因推斷出應有的結果; ④將推斷結果與考察所得的現象進行比較; ⑤得出假設成立與否的結論, 如果原假設不成立, 則需另立假設。
以上第③、④、⑤是屬于證實假設。在分析故障時, 往往進行某些試探性的調整和拆卸, 觀察故障癥狀的變化, 以查尋或反證故障發生的部位。
2.3.2 故障樹分析法
所謂故障樹分析, 就是首先選定某一影響zui大的系統故障作為頂事件, 然后將造成系統故障的原因逐級分解為中間事件,直至把不能或不需要分解的基本事件作為底事件為止, 這樣就得到了一張樹狀的邏輯圖, 稱為故障樹。圖1 就是一張簡單的故障樹。這一簡單的故障樹表明: 作為頂事件的系統故障是由部件A 的故障或部件B 的故障引起的, 而部件A 的故障可能由元件1引起, 也可能由元件2 引起, 部件B 的故障則由元件3 和元件4同時發生故障時引起。這樣, 就將引起系統故障的基本原因及其影響途徑表達得一清二楚。

圖1 簡單的故障樹
2.4 機械故障診斷的技術
經過各國專家、學者以及廣大工程技術人員30 多年來的共同努力, 機械故障診斷學無論在深度還是廣度方面都得到了較大的發展, 新的診斷理論不斷產生, 診斷技術手段也不斷完善,機械故障診斷學日趨科學化、實用化。目前, 已基本形成了以振動診斷技術、油壓分析技術、溫度檢測技術以及無損探傷技術等為主要技術手段的局面, 幾種技術各具特點。
2.4.1 機械故障的振動診斷技術
與其他方法相比, 振動診斷技術由于具有理論基礎雄厚、分析測試設備完善、診斷結果準確可靠、便于實時診斷等諸多優點而在機械故障診斷的整個技術體系中居主導地位。其不足之處在于, 因振動診斷技術涉及信息傳感、振動測試、信號處理等諸多領域, 因而對設備診斷技術人員的要求較高。此外, 振動診斷的另一個特點是部位敏感性。
2.4.2 油液分析技術
以光譜分析和鐵譜分析為代表的油液分析技術, 具有信息集成度高的顯著特點。所謂信息集成度高是指某一機械設備進行故障診斷時, 只要是油液所經過的部位, 其磨損故障一般都可通過對該處的油液進行取樣分析診斷出來, 這是它的優點; 其不足之處在于只對磨損類故障有效、診斷周期長, 而且一般還只能在實驗室進行, 診斷結果受操作人員的影響大。油液分析技術常用于液壓系統和潤滑系統的故障診斷。
2.4.3 溫度檢測技術
正如人的體溫可以用于其健康檢查, 溫度參數也常用于設備的故障診斷。其中, 接觸式測溫多用于需要連續監測或不可觀察的部位, 如軸承的溫度監測; 非接觸式測溫則多用于危險部位或不易接近的部位, 如高壓電器接點的溫度監測。溫度檢測的顯著特點是診斷過程簡單, 診斷結果一目了然, 特別是紅外攝像儀的出現, 使得對物體溫度場的測量更加直觀形象。
2.4.4 無損檢測技術
所謂無損檢測技術或無損探傷, 就是利用物質的某一物理性質因存在缺陷而發生變化的特點, 在不破壞被檢對象的前提下, 對其進行檢測, 以檢測其中是否有缺陷存在的一門綜合性診
斷技術。其顯著特點在于其無損性。無損探傷是20 世紀五六十年代在發達工業*先發展起來的。目前, 主要包括射線探傷、超聲探傷、磁力探傷和滲透探傷等。無損探傷技術對于改進產品制造工藝、降低制造成本、提高設備的運行可靠性等具有重要意義, 是一門很有發展前途的學科。

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