機(jī)械故障檢測與診斷

(西華大學(xué)西華學(xué)院 四川 成都 610000)

引言

本文主要分析了機(jī)械設(shè)備檢測與診斷技術(shù)的必要性，對故障檢測與診斷技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀做了簡單介紹，以及一些應(yīng)用最廣的檢測與診斷技術(shù)進(jìn)行說明。

一、機(jī)械設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷技術(shù)發(fā)展的前景

(一)是經(jīng)濟(jì)進(jìn)一步發(fā)展的需要

隨著現(xiàn)代化生產(chǎn)向著大型化、自動化、連續(xù)化、高精度、高效率等方向發(fā)展，生產(chǎn)效率率3大幅度提高，產(chǎn)品的質(zhì)量得到可靠的保證。與此同時(shí)，生產(chǎn)設(shè)備的突發(fā)性故障造成的經(jīng)濟(jì)損失也越來越大。因此對于生產(chǎn)設(shè)備必須隨時(shí)對其運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施監(jiān)測，發(fā)現(xiàn)故障征兆，盡快采取措施，進(jìn)行維修，以減少經(jīng)濟(jì)損失。

(二)是安全和可持續(xù)發(fā)展的需要

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展給人類帶來發(fā)展和幸福，但是，事物終有其反面。美國三里島的核泄漏、俄羅斯梯爾偌貝利核電站的核泄漏，印度一農(nóng)藥廠的毒氣泄漏，給當(dāng)?shù)睾椭車貐^(qū)的人民帶來很大的災(zāi)難，且可能延續(xù)數(shù)代人。這也是科學(xué)技術(shù)帶給人們的傷害。設(shè)備的老化，必然使得排放發(fā)生變化，因而增加氣體、液體、振動、噪音的污染，故此，從可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略高度看，實(shí)行狀態(tài)監(jiān)測與診斷技術(shù)勢在必行

(三)是維修體制改革的需要

我國過去實(shí)施的維修體制是沿引原蘇聯(lián)的維修體制，被稱為計(jì)劃預(yù)期維修，它是根據(jù)大量的統(tǒng)計(jì)規(guī)律而確定的。除出現(xiàn)故障實(shí)施事后維修外，根據(jù)統(tǒng)計(jì)規(guī)律和生產(chǎn)計(jì)劃定時(shí)實(shí)施小修、中修、大修，這種計(jì)劃預(yù)期維修體制隨著機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)、制造技術(shù)和材料可靠性提高，將會帶來一系列問題。這些問題促使維修體制的改革，即變計(jì)劃預(yù)期維修體制為狀態(tài)維修，或稱視情維修體制，即根據(jù)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)視情況決定修理。這就要求對機(jī)械運(yùn)行狀態(tài)實(shí)施周期性離線監(jiān)測或在線連續(xù)監(jiān)測。根據(jù)監(jiān)測參數(shù)判斷機(jī)械的運(yùn)行狀態(tài)，預(yù)報(bào)故障信息。這樣就可避免過剩維修，避免重大事故的產(chǎn)生，因而出現(xiàn)設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)。

機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)是多學(xué)科的綜合與交叉。

涉及機(jī)械狀態(tài)的評價(jià)參數(shù)、涉及機(jī)件損傷理論諸如磨損、疲勞累積損傷、斷裂力學(xué)、腐蝕理論等，涉及參數(shù)監(jiān)測，特別是非電量測技術(shù)、信號轉(zhuǎn)換、傳輸處理及分析，涉及診斷理論與技術(shù)，如邏輯診斷技術(shù)、模糊診斷技術(shù)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)等，也涉及預(yù)測技術(shù)等。因此，該課學(xué)習(xí)是讓學(xué)生綜合應(yīng)用這些技術(shù)，實(shí)施學(xué)科交叉等。

二、機(jī)械故障檢測與診斷的現(xiàn)狀

設(shè)備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷技術(shù)研究所涉及的學(xué)科領(lǐng)域非常廣泛，而且不斷擴(kuò)展。主要的研究內(nèi)容有：故障信息檢測；故障特征分析;狀態(tài)監(jiān)測方法；故障機(jī)理研究；故障識別與專家系統(tǒng)；狀態(tài)檢測和故障診斷系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。

(一)故障信息檢測

故障信息檢測是對機(jī)械設(shè)備實(shí)現(xiàn)狀態(tài)監(jiān)測與故障診斷的第一步，是故障診斷工作的重要礎(chǔ)障信息檢測是對機(jī)械設(shè)備本身的工作參數(shù)，性能指標(biāo)、相關(guān)物理量等信息的信號進(jìn)行檢測和量化的技術(shù)。

(二)故障特征分析

故障特征分析是指對信號分析和處理，從傳感器來的原始信號中分析提取能代表故障特征的信息，這是故障診斷的核心問題。常用的提取故障特征方法有時(shí)域分析法、頻域分析法、旋轉(zhuǎn)特征分析法、相位分析法、時(shí)間序列分析法、模態(tài)分析法等。這些方法適用于聲與振動信號的分析處理，現(xiàn)在已經(jīng)成為現(xiàn)代故障診斷技術(shù)的主流。

(三)故障機(jī)理研究

故障機(jī)理研究是對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障診斷的最基本的部分。深入研究機(jī)械設(shè)備在運(yùn)動時(shí)的動力學(xué)特性及各部件之間的相互關(guān)系，研究設(shè)備正常運(yùn)行時(shí)和發(fā)生故障后產(chǎn)生的各種癥狀與可能性，是對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷的前提。

三、故障診斷方法

(一)對比診斷法

對多種工藝參數(shù)的多種信息進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和存儲，采集的信息包括振動幅值、頻率、相位、轉(zhuǎn)速、位移、模態(tài)、溫度、壓力和流量等。并且建立相應(yīng)信息的數(shù)據(jù)庫，同時(shí)作出趨勢分析等圖譜。當(dāng)設(shè)備發(fā)生故障時(shí)，把當(dāng)前數(shù)據(jù)和正常運(yùn)行狀態(tài)的數(shù)據(jù)進(jìn)行比對，并且結(jié)合故障表現(xiàn)的信息特征，同時(shí)利用診斷知識，作出故障原因和故障狀態(tài)的判定。

(二)函數(shù)診斷法

故障征兆和故障原因之間存在著一定的函數(shù)關(guān)系，經(jīng)過對設(shè)備運(yùn)行參數(shù)的計(jì)算，可以預(yù)測故障或者識別設(shè)備已經(jīng)存在的故障。這在設(shè)備設(shè)計(jì)階段也是必需的。

(三)模擬試驗(yàn)診斷法

設(shè)備有很多故障，它表現(xiàn)的征兆與故障原因之間的關(guān)系是未知的或是不確定的，必須通過模擬試驗(yàn)，研究故障形成的機(jī)理和特征，解答產(chǎn)生這種故障的原因，提出表現(xiàn)這類故障的特征參數(shù)以及各種參數(shù)之間的定量關(guān)系等

(四)故障樹診斷法

故障樹分析是故障診斷技術(shù)的一種有效方法。它是從研究系統(tǒng)中最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)出發(fā)，按照一定的邏輯關(guān)系從總體到部件一層層地進(jìn)行逐級細(xì)化，推理分析故障形成的原因，最終確定故障發(fā)生的最初基本原因、影響程度和發(fā)生概率。分析步驟是：①選擇頂事件。②建立故障樹。③求故障樹的結(jié)構(gòu)函數(shù)。④定性分析。⑤定量分析。

(五)模糊診斷法

因?yàn)樵跈C(jī)械設(shè)備故障分析中，復(fù)雜的機(jī)械設(shè)備系統(tǒng)可能會出現(xiàn)各種故障，大多數(shù)情況下，故障原因和相應(yīng)癥狀之間的相互關(guān)系，常出現(xiàn)許多異常癥狀與故障程度之間邊界不明的模糊關(guān)系，因此很難甚至不可能用精確的數(shù)學(xué)模型來描述。模糊數(shù)學(xué)能夠處理各種邊界不明的模糊集合的數(shù)量關(guān)系。利用模糊數(shù)學(xué)分析方法就能將各種故障及其癥狀視為兩類不同的模糊集合，它們之間的關(guān)系能夠用一個(gè)模糊關(guān)系矩陣來描述。兩個(gè)模糊集合中，集合之間的相互關(guān)系就可以映射來確定。

四、結(jié)束語

科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，使得人工智能更有效的應(yīng)用于機(jī)械故障診斷及其它領(lǐng)域。面對日益激烈的機(jī)械行業(yè)的競爭，研發(fā)基于專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯等的混合智能設(shè)計(jì)、控制、監(jiān)測、診斷系統(tǒng)將成為一大研究熱點(diǎn)。雖然智能技術(shù)已經(jīng)應(yīng)用于機(jī)械故障診斷的各個(gè)方面，但是將現(xiàn)有的先進(jìn)故障診斷設(shè)備和技術(shù)進(jìn)一步推廣應(yīng)用、實(shí)現(xiàn)低成本、高精度、高效率的診斷系統(tǒng)任然成為亟待解決的問題

【參考文獻(xiàn)】

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