機械故障診斷與監(jiān)測方法的研究

王光宇

摘要：本文開篇闡明了機械故障診斷與監(jiān)測的重要性，并簡述了故障診斷與監(jiān)測的發(fā)展歷程，最后詳盡說明了現(xiàn)階段的診斷過程和監(jiān)測方法。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)備；故障診斷；故障監(jiān)測

一、機械故障診斷與監(jiān)測的重要性

當今科學技術(shù)的進步和社會化大生產(chǎn)的發(fā)展，機械設(shè)備構(gòu)造的復雜程度加深，機械功能的完善度增強，并且自動化水平也在逐年提升。但有很多無法避免的因素促進機械設(shè)備出現(xiàn)各種故障，以致于降低設(shè)備功能性的體現(xiàn)甚至會產(chǎn)生災難性的事故，給人身及財產(chǎn)安全帶來了嚴重損害，并會造成不良的社會影響。例如日本福島第一核電站的反應堆廠房爆炸事件。該座核電站始建于1971年，在安全理念和防護措施都出現(xiàn)過諸多問題，此次爆炸源于在安全殼和廠房之間的氫氣爆炸，但起源是由于反應堆停堆后缺乏強制散熱手段而導致的。本次爆炸引起一定程度的核泄漏，日本當局在爆炸周邊劃設(shè)了長12.5英里的禁區(qū)，禁區(qū)內(nèi)有約16萬名居民被迫搬離家園。由此可見，機械故障診斷與監(jiān)測在社會化大生產(chǎn)中的重要性，因此著力開展故障診斷與監(jiān)測工作具有深遠的意義。

二、機械故障診斷與監(jiān)測的發(fā)展歷程

在第二次世界大戰(zhàn)期間，大量武器設(shè)備缺乏足夠的故障診斷與監(jiān)測，導致諸多非戰(zhàn)斗型損耗，如在二戰(zhàn)期間飛機失事頻繁，據(jù)后期考證部分是由于駕駛員在起飛及降落時操作不當外，大多數(shù)原因都是飛行過程中飛機機械故障造成的。但直到20世紀中后期對于機械故障診斷的研究才得到足夠重視，20世紀60年代美國機械故障預防小組成立，開始有計劃的有目的對故障診斷技術(shù)做分類別研究，現(xiàn)階段在航空航天、軍事等技術(shù)領(lǐng)域處于領(lǐng)先地位。20世紀70年代初期英國成立了機器保健與狀態(tài)監(jiān)測協(xié)會，開展故障診斷的專項研究工作，現(xiàn)階段在汽車、飛機發(fā)動機監(jiān)測和診斷方面具有領(lǐng)先的地位。20世紀70年代中期，新日本制鐵公司開展對于故障診斷技術(shù)領(lǐng)域的研究，并逐步達到實用階段，現(xiàn)階段日本在鋼鐵、化工、鐵路等行業(yè)的診斷技術(shù)遙遙領(lǐng)先。我國的研究起步相對較晚，從20世紀80年代開始逐步組建故障診斷的研究機構(gòu)，從最初的簡易診斷到如今的智能化診斷，并在化工、冶金、電力等行業(yè)取得廣泛的應用。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，機械設(shè)備故障的診斷與監(jiān)測有了質(zhì)的飛躍，已形成了完備的學科體系，并隨著信號分析和處理技術(shù)的發(fā)展，不斷推動著診斷技術(shù)和監(jiān)測方法向更加科學更加實用化的方向發(fā)展。

三、機械故障診斷過程與監(jiān)測方法

機械故障診斷與監(jiān)測是基于過往和現(xiàn)階段機械設(shè)備運行中的狀態(tài)體現(xiàn)，來判斷出現(xiàn)故障的原因以及對于未來的影響，以便形成相應的解決方案。這是一個綜合性極強的技術(shù)，涉及到如通信技術(shù)、傳感技術(shù)、計算機技術(shù)及人工智能領(lǐng)域的相關(guān)知識和技術(shù)。故障診斷的基本過程為，首先要進行信號采集的工作，是相關(guān)數(shù)據(jù)的收集工作，是故障診斷的前提。之后要把故障信號進行特征提取，要運用計算機視覺和圖像處理技術(shù)進行呈現(xiàn)。最后進行狀態(tài)識別，通過識別和診斷的結(jié)果來做出決策。

由于領(lǐng)域內(nèi)及各行業(yè)專家學者的努力，機械故障的診斷監(jiān)測方法在不斷趨于完善，很多新技術(shù)的出現(xiàn)也給診斷方式方法的創(chuàng)新起到了很大的促進作用。首先是振動分析診斷技術(shù)，是利用設(shè)備正常運轉(zhuǎn)的動態(tài)性指標與設(shè)備異常出現(xiàn)的動態(tài)性指標的不同來判定設(shè)備故障的技術(shù)。同時該項技術(shù)在機械設(shè)備故障診斷的技術(shù)體系中有著重要的地位。振動分析是一項非常復雜的技術(shù)手段，涉及振作測繪、信號分析處理等諸多方面技術(shù)要求，需要故障診斷人員有深厚的理論功底及豐富的實踐經(jīng)驗。在振動分析診斷中振動信號是機械設(shè)備的信息載體，但振動信號要依賴于監(jiān)測點的選擇，只有選擇最佳的監(jiān)測點及運用合理的檢測方式才能更好的反映設(shè)備運行的信息，在實際運用中監(jiān)測點的選擇要滿足三個方面：能對設(shè)備振動狀態(tài)作出全面的描述，選取設(shè)備振動的關(guān)鍵點，選取離機械設(shè)備核心部位最近的敏感點。大量的事實證明振動分析卓越的預見性能節(jié)約許多的維修費用，且理論知識雄厚測試設(shè)備完善，在各行業(yè)都取得了良好的經(jīng)濟效益。同時隨著傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，助力振作分析診斷結(jié)果更加準確更加可靠。其次是無損檢測診斷技術(shù)，是在不損害檢測設(shè)備的條件下，對檢測對象的內(nèi)外部進行檢查的技術(shù)，是對未知工藝缺陷的檢查。無損檢測根據(jù)原理與手段的不同有幾種分類，第一是超聲檢測，是超聲波進入物體缺陷時會發(fā)生反射來判斷缺陷位置與大小。優(yōu)點在于適用內(nèi)部缺陷的檢測，探測范圍大靈敏度高并操作簡單，大范圍應用于金屬及非金屬的焊接與板材中。第二是射線檢測，是射線穿透檢測對象時呈指數(shù)規(guī)律被吸收衰減，通過膠片記錄下后形成底片，根據(jù)黑度不均的影像來評定產(chǎn)品缺陷。優(yōu)點在于適用于所有材料，探傷結(jié)果直觀并易于保存，特別是對于體積型缺陷有最佳的檢測效果。第三是磁粉檢測，是鐵磁性材料被磁化后，由于不連續(xù)存在形成局部畸形并產(chǎn)生漏磁場，在吸附磁粉時形成目測可見的磁痕來評定缺陷。優(yōu)點在于不受設(shè)備大小和形狀限制，檢測速度快并價格低廉，主要用于檢測鐵磁性材料的表面缺陷。另外還有滲透檢測和渦流檢測方式，都是針對不同材料不同缺陷的無損檢測方式。

四、機械故障診斷的發(fā)展趨勢

要不斷推進診斷的精度和速度，需要在理論體系和實踐應用上有更好的突破，展望未來以下兩種診斷方式會形成發(fā)展的趨勢。首先是基于機械故障診斷與計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的深度融合，遠程故障的診斷方式將逐步成為主流。該診斷方式重點為遠程信號的采集與分析，實時監(jiān)測數(shù)據(jù)的遠程傳輸。其次是根據(jù)機械設(shè)備運行的狀態(tài)決定下一步的運行策略，防止機械設(shè)備故障的發(fā)生，從萌芽階段就消除安全隱患，形成監(jiān)測、診斷、控制、管理一體化的智能體系。同時這也是故障診斷的最高目標，需要多種技術(shù)融合共同推進診斷技術(shù)的發(fā)展。

隨著國民經(jīng)濟和科學技術(shù)的不斷發(fā)展，我國機械設(shè)備故障診斷與監(jiān)測領(lǐng)域會取得更大的突破，并且會用最佳的姿態(tài)助力我國社會主義現(xiàn)代化建設(shè)。