故障診斷在機(jī)電設(shè)備管理與維修中的應(yīng)用

俞旻

（杭州杭港地鐵有限公司，浙江 杭州 310000）

故障診斷在機(jī)電設(shè)備管理與維修中的應(yīng)用

俞旻

（杭州杭港地鐵有限公司，浙江 杭州 310000）

隨著科學(xué)發(fā)展以及技術(shù)進(jìn)步，機(jī)電設(shè)備技術(shù)也在快速發(fā)展，設(shè)備故障診斷技術(shù)在如今企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)保障中顯得尤為重要，它已成為企業(yè)設(shè)備管理中的重要手段。機(jī)電設(shè)備的工作環(huán)境往往比較惡劣，不同行業(yè)、類(lèi)型的機(jī)電設(shè)備所承受的溫度、沖擊、摩擦、振動(dòng)等不盡相同，長(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)運(yùn)行下，容易出現(xiàn)各種故障，如果故障不能在早期及時(shí)發(fā)現(xiàn)，將導(dǎo)致后期故障維修困難，提高維修成本，影響故障停機(jī)率、完好率指標(biāo)。目前，設(shè)備故障診斷技術(shù)在利用先進(jìn)的傳感、測(cè)量、計(jì)算機(jī)等技術(shù)基礎(chǔ)上，與實(shí)際的設(shè)備故障理論模式相結(jié)合，對(duì)不同種類(lèi)的故障具有較強(qiáng)的針對(duì)性，大大提高了生產(chǎn)服務(wù)保障能力。

機(jī)電設(shè)備管理；維修；故障診斷

生產(chǎn)力的發(fā)展，離不開(kāi)機(jī)電設(shè)備，它大大提高生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，為企業(yè)帶來(lái)豐厚的經(jīng)濟(jì)效益。但是，如果在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)當(dāng)中，機(jī)電設(shè)備經(jīng)常出現(xiàn)故障，得不到及時(shí)診斷解決，也將給企業(yè)帶來(lái)不可估量的損失，如果是航空、地鐵等行業(yè)，還可能發(fā)生人員傷亡事故。正由于機(jī)電設(shè)備故障的產(chǎn)生充滿了各種不確定的因素，因此，在機(jī)電設(shè)備初期故障查找、降低故障成本、做好設(shè)備計(jì)劃?rùn)z修、避免故障停機(jī)等方面的故障診斷技術(shù)顯得尤為重要。

1 機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)概述

機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)是對(duì)機(jī)電設(shè)備運(yùn)行情況進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)運(yùn)行時(shí)得到的相關(guān)測(cè)量參數(shù)，查看并判斷其是否正常、滿足安全運(yùn)行，科學(xué)的故障診斷技術(shù)能夠提前發(fā)現(xiàn)機(jī)電設(shè)備的故障隱患，通過(guò)預(yù)防性的計(jì)劃?rùn)z修安排，有效的保障機(jī)電設(shè)備安全運(yùn)行。

2 機(jī)電設(shè)備產(chǎn)生故障的主要原因

所謂設(shè)備故障，一般是指設(shè)備失去或降低其規(guī)定功能的事件或現(xiàn)象，表現(xiàn)為設(shè)備的某些零件失去原有的精度或性能，使設(shè)備不能正常運(yùn)行、技術(shù)性能降低，致使設(shè)備中斷生產(chǎn)或效率降低而影響生產(chǎn)。設(shè)備在使用過(guò)程中，由于磨擦、外力、應(yīng)力及化學(xué)反應(yīng)的作用，零部件總會(huì)逐漸磨損和腐蝕、斷裂導(dǎo)致故障而停機(jī)。其故障產(chǎn)生的主要原因如下。

（1）機(jī)電設(shè)備的超負(fù)荷工作。在生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)過(guò)程中，如果機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)的實(shí)際工作參數(shù)超出設(shè)備設(shè)計(jì)生產(chǎn)時(shí)設(shè)置的最大工作值，會(huì)出現(xiàn)振動(dòng)加劇、溫度過(guò)熱、壓力過(guò)大等異常，造成零部件損壞，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備故障的產(chǎn)生。

（2）機(jī)電設(shè)備的磨損。機(jī)電設(shè)備隨著運(yùn)行時(shí)間的增加，在長(zhǎng)時(shí)間受到內(nèi)部與外部因素的共同作用下，零部件發(fā)生磨損變形、老化失能，導(dǎo)致故障發(fā)生。

（3）違章操作、維護(hù)不當(dāng)。不嚴(yán)格執(zhí)行操作規(guī)程，違章操作，以及不按時(shí)維護(hù)、使用錯(cuò)誤的工具和方法，維護(hù)不當(dāng)，都會(huì)造成零部件損壞，導(dǎo)致的故障發(fā)生。

3 機(jī)電設(shè)備管理的必要性

機(jī)電設(shè)備是因現(xiàn)代發(fā)展的需要而出現(xiàn)的產(chǎn)物,它替代了人的體力勞動(dòng)，大大提高了企業(yè)的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)效率和質(zhì)量。機(jī)電設(shè)備管理工作以企業(yè)的運(yùn)營(yíng)發(fā)展為基點(diǎn)，通過(guò)對(duì)設(shè)備的科學(xué)管理，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率和質(zhì)量，并結(jié)合相關(guān)的管理理論及技術(shù)，使設(shè)備狀況能夠得到實(shí)時(shí)監(jiān)控、反饋、處理，是企業(yè)內(nèi)部管理的一個(gè)不可缺少的組成部分。隨著人工智能的發(fā)展，在未來(lái)的企業(yè)生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)中，將有更多智能機(jī)電設(shè)備取代人，從事普通操作工作，機(jī)電設(shè)備在企業(yè)的比重將大大提高，對(duì)企業(yè)未來(lái)的生存和發(fā)展有著深遠(yuǎn)的影響，機(jī)電設(shè)備的有效管理越發(fā)必要。

4 故障診斷技術(shù)在機(jī)電設(shè)備管理中的應(yīng)用

（1）故障診斷技術(shù)的簡(jiǎn)介。故障診斷技術(shù)的種類(lèi)包括了主觀診斷、數(shù)字模型的故障診斷、信息處理識(shí)別等，我們?cè)谠\斷機(jī)電設(shè)備故障的過(guò)程中，需要對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行全面的技術(shù)了解，依據(jù)設(shè)備技術(shù)圖紙資料，并與日常維修記錄等信息相結(jié)合，針對(duì)設(shè)備故障的機(jī)械、電氣、液壓等不同類(lèi)型特點(diǎn)，采取科學(xué)、合理的診斷方法，準(zhǔn)確檢測(cè)出故障情況，做好維修、維護(hù)，防止此類(lèi)設(shè)備故障的再次發(fā)生。在整個(gè)機(jī)電設(shè)備的主觀診斷過(guò)程中，經(jīng)驗(yàn)豐富的工作人員往往能利用以往的診斷經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行充分的前期故障勘察，更容易找出故障出現(xiàn)的位置。

（2）常用的故障診斷技術(shù)。①振動(dòng)診斷技術(shù)：機(jī)電設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，如內(nèi)部裂紋、破損、變形時(shí)，設(shè)備相關(guān)零部件的振動(dòng)特性將發(fā)生顯著的變化，借助這一原理，在機(jī)電設(shè)備合適位置上安裝振動(dòng)傳感器，收集振幅、頻率、頻域等振動(dòng)信號(hào)數(shù)據(jù)，通過(guò)分析軟件，得到圖表報(bào)告，以此來(lái)診斷、評(píng)估設(shè)備零部件的損壞程度，如軸承的損傷、齒輪磨損與零部件的松動(dòng)程度等。但是，根據(jù)振動(dòng)信號(hào)識(shí)別設(shè)備故障是件難度很大的工作，這主要是因?yàn)椋还收峡梢员憩F(xiàn)出多種癥候,同一癥候可由不同故障引起,不同類(lèi)型的機(jī)器,其故障與癥候的對(duì)應(yīng)關(guān)系可能不完全一樣,這種對(duì)應(yīng)關(guān)系又與運(yùn)行條件、環(huán)境條件、故障歷史及維修情況密切聯(lián)系。顧在故障振動(dòng)技術(shù)診斷中,熟悉和掌握設(shè)備的結(jié)構(gòu)、特性、使用和維修情況，具有豐富的診斷實(shí)際經(jīng)驗(yàn)都是非常重要。②無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)：無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)，是在不損壞零部件工作狀態(tài)的前提下，對(duì)被檢驗(yàn)零部件的表面和內(nèi)部質(zhì)量進(jìn)行檢測(cè)，通過(guò)無(wú)損檢測(cè)的方法，對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行科學(xué)診斷的技術(shù)?？梢詸z測(cè)出設(shè)備零部件的表面及其材料內(nèi)部、零部件之間的結(jié)合部是否產(chǎn)生損壞，如裂紋、缺失及腐蝕等。常規(guī)無(wú)損檢測(cè)方法有超聲波檢測(cè)、射線檢測(cè)、磁粉檢測(cè)、滲透檢測(cè)、渦流檢測(cè)等。在我國(guó)由于無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)的起步相對(duì)較晚，無(wú)損檢測(cè)診斷的專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員相對(duì)較少，但是相對(duì)于其它的故障診斷技術(shù)來(lái)說(shuō)，這種技術(shù)能夠在不損傷機(jī)電設(shè)備的情況下，檢測(cè)出設(shè)備故障，因此無(wú)損檢測(cè)診斷技術(shù)在我國(guó)具有很大的發(fā)展空間。③紅外診斷技術(shù)：傳統(tǒng)故障診斷方法往往需要停電檢測(cè)，并且有些項(xiàng)目對(duì)設(shè)備具有一定的破壞性，降低了設(shè)備的使用壽命，為此產(chǎn)生了在設(shè)備不停電的情況下檢測(cè)設(shè)備的方法——紅外診斷技術(shù)。運(yùn)用先進(jìn)的紅外線對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行掃描，通過(guò)測(cè)得機(jī)電設(shè)備的溫度來(lái)判斷機(jī)電設(shè)備是否發(fā)生故障。紅外診斷器是由紅外測(cè)溫儀與紅外熱像儀組成，通過(guò)其獨(dú)特的檢測(cè)手段——非接觸式的在線紅外檢測(cè)及熱成像技術(shù)來(lái)監(jiān)測(cè)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，可以及時(shí)了解設(shè)備現(xiàn)狀，有效查找故障原因，并能預(yù)測(cè)設(shè)備未來(lái)情況，把設(shè)備故障消滅在萌芽狀態(tài)。紅外診斷技術(shù)以非接觸、遠(yuǎn)距離、不停電為顯著特點(diǎn)，在電力系統(tǒng)的設(shè)備安全運(yùn)行中發(fā)揮著重要的作用。

5 故障診斷技術(shù)的應(yīng)用

機(jī)電設(shè)備管理制度能不能夠具體的實(shí)現(xiàn)，我們能夠在機(jī)電設(shè)備操作上直觀的反映出來(lái)，所以我們需要時(shí)刻保持注意機(jī)電設(shè)備的管理情況。機(jī)電設(shè)備由于長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行在惡劣的工作環(huán)境下，并不能保證每次的保養(yǎng)和維護(hù)能夠按時(shí)進(jìn)行，從而導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備零件磨損、老化嚴(yán)重，這樣發(fā)生的故障原因是不同的，故障的原因也出現(xiàn)明顯的區(qū)別，傳統(tǒng)的機(jī)電設(shè)備維修，是將機(jī)電設(shè)備進(jìn)行拆卸然后在發(fā)送到維修人員進(jìn)行維修，這必然會(huì)將造成二次損害設(shè)備，還浪費(fèi)大量的生產(chǎn)時(shí)間，增加企業(yè)的生產(chǎn)成本。而當(dāng)故障診斷技術(shù)的出現(xiàn)以后，作為一種新的診斷技術(shù)，為現(xiàn)代生產(chǎn)企業(yè)帶來(lái)了非常大的改變，產(chǎn)生的影響也更加深遠(yuǎn)。例如：地鐵電客車(chē)的牽引電機(jī)是整個(gè)電客車(chē)的動(dòng)力源，軸承作為牽引電機(jī)的關(guān)鍵部件，承載運(yùn)行中的振動(dòng)和沖擊，其質(zhì)量和壽命對(duì)地鐵安全運(yùn)營(yíng)有十分重要的作用，對(duì)軸承的維護(hù)有極高要求。目前，部分地鐵公司已開(kāi)始采用SPM（Shock Pulse Method）沖擊脈沖技術(shù)，對(duì)電客車(chē)牽引電機(jī)軸承故障進(jìn)行診斷，通過(guò)滾動(dòng)軸承滾道和滾動(dòng)體之間接觸面，在滾動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的沖擊脈沖信號(hào)，通過(guò)分析頻域、振動(dòng)有效值及幅值來(lái)找出故障部位。對(duì)西門(mén)子牽引電機(jī)軸承進(jìn)行振動(dòng)檢測(cè)，在驅(qū)動(dòng)端和非驅(qū)動(dòng)端軸承所在位置選取檢測(cè)點(diǎn)，在保持指定電機(jī)轉(zhuǎn)速時(shí)，測(cè)量獲得軸承沖擊脈沖值HDm，它以分貝表示測(cè)量結(jié)果，用以判斷軸承損壞嚴(yán)重程度。當(dāng)HDm＜20dB時(shí)，可認(rèn)為軸承狀態(tài)良好；當(dāng)20dB≤HDm≤35dB時(shí)，軸承逐漸劣化，可通過(guò)軸承添加潤(rùn)滑油脂方式降低HDm值；當(dāng)HDm＞35dB時(shí)，軸承的某部位極大概率已出現(xiàn)裂紋等損傷，若繼續(xù)工作，有較高的安全隱患和運(yùn)營(yíng)風(fēng)險(xiǎn)，通過(guò)更換軸承解決。通過(guò)故障診斷技術(shù)，及時(shí)發(fā)現(xiàn)初期故障，提前制定維護(hù)策略、確定維護(hù)計(jì)劃，對(duì)故障原因分析及解決起到關(guān)鍵作用。

6 設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展和趨勢(shì)

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測(cè)與故障診斷技術(shù)以復(fù)雜、關(guān)鍵系統(tǒng)和設(shè)備為研究對(duì)象，以高新技術(shù)為依托，融會(huì)貫通了多種工程技術(shù)系統(tǒng)設(shè)備及領(lǐng)域，已形成了一門(mén)理論與方法相結(jié)合，且工程應(yīng)用性很強(qiáng)的跨學(xué)科、綜合性的應(yīng)用技術(shù)。隨著現(xiàn)代數(shù)學(xué)、信息科學(xué)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)、人工智能技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的更加廣泛和深入的應(yīng)用，設(shè)備故障診斷技術(shù)與當(dāng)前前沿科學(xué)的融合是設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。當(dāng)今故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)是傳感器的精密化、多維化、診斷理論診斷模型的多元化，診斷技術(shù)的智能化。

7 結(jié)語(yǔ)

目前，先進(jìn)的故障診斷技術(shù)在機(jī)電設(shè)備管理和維護(hù)中得到廣泛應(yīng)用，除了能夠大量減少機(jī)電設(shè)備的停機(jī)維修時(shí)間，還能在不增加維修人員數(shù)量和人力成本、在避免對(duì)設(shè)備進(jìn)行拆卸的情況下，完成故障診斷，有效地避免拆卸對(duì)設(shè)備的損壞。隨著機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)的快速發(fā)展，故障診斷理論的進(jìn)一步完善，將使機(jī)電設(shè)備管理維護(hù)更加簡(jiǎn)便，通過(guò)量化的數(shù)據(jù)顯示、參數(shù)對(duì)比,快速查找出故障部位、隱患、趨勢(shì)，為企業(yè)進(jìn)行有序的生產(chǎn)運(yùn)營(yíng)，提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益提供有力支撐。

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