電動機常見機械故障分析及維護檢修

中國石化長城能源化工（寧夏）有限公司 梁正武

電動機的應(yīng)用頻率相對較高，是通過將電能轉(zhuǎn)化為機械能的方式，為設(shè)備運行提供能量動力。按照使用電源功能，電動機可以分為直流電動機和交流電動機兩種，現(xiàn)代企業(yè)所使用的電動機主要以交流電動機為主。隨著電動機使用時長的不斷增加，各種故障發(fā)生概率也呈現(xiàn)出明顯增加的趨勢，為更好地展開故障維修與預(yù)防，需要通過對故障產(chǎn)生原因的分析，制定出針對性的維護檢修策略，以便達到對故障發(fā)生形成有效抑制與治理的目標(biāo)。

1 常見機械故障診斷方法

機械故障的診斷方式相對較多，主要歸為以下幾類。

1.1 傳統(tǒng)診斷模式

通過對化學(xué)以及物理原理的應(yīng)用，按照設(shè)備出現(xiàn)故障時所伴隨著各種化學(xué)以及物理現(xiàn)象，對電動機展開直觀檢測。通過對其振動以及聲音和溫升等各項內(nèi)容的分析，掌握故障特征以及變化規(guī)律，直接展開故障的判斷。雖然該種診斷方式效果較好，但多以部分故障檢測為主，而且對于故障診斷人員的經(jīng)驗水平要求較高。綜合而言，依據(jù)故障現(xiàn)象進行診斷是較為常用且較為實用的診斷方式。

以旋轉(zhuǎn)機械故障的檢查為例。在對設(shè)備進行檢查過程中，通過對振動征兆事實和頻譜特性的分析，明確故障特點，從而按照故障情況做出針對性的判斷。技術(shù)人員需要通過對故障對應(yīng)征兆事實以及故障機理的分析，通過對傳感器所收集到的各種信號數(shù)據(jù)的研究，完成特征信息的提取，從而獲得故障征兆信息，作出正確的判斷。征兆信息與故障之間并不是一一對照的關(guān)系，需要通過對信息數(shù)據(jù)的反復(fù)探索與分析、對比獲得最終的結(jié)果。

1.2 智能診斷方法

各種智能技術(shù)的不斷普及，使得故障檢查手段也變得更加先進，智能系統(tǒng)理論與方式開始在機械故障診斷中得到應(yīng)用，成為有效的故障診斷方法，是今后故障診斷發(fā)展重要方向?？赏ㄟ^對人工智能的應(yīng)用，利用計算機模擬人腦進行分析以及決策等各項操作，通過運用專家系統(tǒng)的方式，對故障作判斷與分析，從而在短時間內(nèi)精準(zhǔn)完成對故障的分析與判斷。

專家系統(tǒng)核心問題，主要包括知識表示以及知識獲取兩種內(nèi)容。其中，對知識表示方式進行科學(xué)篩選，是保證知識組織質(zhì)量以及系統(tǒng)應(yīng)用性能的重要舉措。確保診斷專家系統(tǒng)診斷知識的儲備量以及豐富性，需要通過對診斷對象故障機理的分析，展開數(shù)學(xué)模型建設(shè)，并利用模型實施理論研究[1]。利用模型試驗以及現(xiàn)場測試等手段，結(jié)合對領(lǐng)域?qū)＜以\斷經(jīng)驗的總結(jié)，將所獲得的結(jié)果以相應(yīng)形式存儲到計算機之中，確保能夠做好知識的自動獲取以及分析，從而更好地為故障診斷工作提供服務(wù)。

1.3 故障診斷數(shù)學(xué)方法

故障診斷技術(shù)屬于交叉性學(xué)科，不僅會對專業(yè)經(jīng)驗以及各項知識展開應(yīng)用，同時還會應(yīng)用到一定的數(shù)據(jù)工具[2]。目前，較為常見的機械設(shè)備故障診斷數(shù)學(xué)方法主要以模式識別診斷，以及概率統(tǒng)計診斷等手段為主，通過對數(shù)學(xué)技術(shù)的應(yīng)用，輔助人員展開故障的診斷工作。

故障診斷技術(shù)往往是通過組合形式出現(xiàn)的，會按照具體的診斷要求以及故障情況確定使用哪一種診斷技術(shù)或診斷技術(shù)的組合方式，從而利用各項技術(shù)的優(yōu)勢，高質(zhì)量完成故障的分析以及判斷工作，以便為后續(xù)故障處理提供精準(zhǔn)依據(jù)。

2 電動機常見機械故障與維修方式

2.1 轉(zhuǎn)子鐵芯與定子鐵芯故障

定子與轉(zhuǎn)子鐵芯是由相互絕緣硅鋼片疊加而成的，屬于電動機磁路部分內(nèi)容。該部分出現(xiàn)變形以及損壞的問題，主要是由于以下幾方面原因所導(dǎo)致的。

一是軸承與端蓋存在過度磨損或裝配不良的問題，轉(zhuǎn)子與定子之間相互進行摩擦，從而導(dǎo)致鐵芯表面受損，致使硅鋼片出現(xiàn)短路狀況，電動機的鐵損問題出現(xiàn)嚴重趨勢，導(dǎo)致電動機出現(xiàn)升溫過高的狀況。在對此種問題進行處理過程中，需要通過對工具的有效使用，對毛刺展開合理處理，并要在完成清潔之后進行絕緣漆的涂抹，以便達到切實解決硅鋼片短路的問題。

二是如果在進行舊繞組的拆除過程中，存在用力過大的狀況，很容易會造成向外張開以及盜槽歪斜等方面的問題?？赏ㄟ^使用木榔頭以及尖嘴鉗等工具，對其展開修整處理，確保齒槽能夠恢復(fù)到原位[3]。如果無法進行復(fù)位，可通過在有縫隙硅鋼片間加入膠木板或青殼紙等的方式，利用硬質(zhì)絕緣材料達到相應(yīng)的處理效果。

三是如果是因為受潮等方面原因影響，導(dǎo)致鐵芯表面出現(xiàn)銹蝕問題，可通過使用砂紙，對其進行打磨處理，在完成清潔之后，通過涂刷絕緣漆的方式，降低銹蝕問題影響程度。如果是因為圍繞組接地造成高熱燒毀齒部或鐵芯槽的狀況，需要通過利用刮刀或鑿子等工具，對熔積物展開清除處理，并通過涂刷絕緣漆與烘干的方法完成相應(yīng)的處理任務(wù)。如果機座與鐵芯之間存在結(jié)合松動的問題，需要對原有定位螺栓進行擰緊處理。但如果螺釘已經(jīng)失效，則需要通過重新進行鉆孔以及安裝螺栓的方式，處理好松動的狀況。

2.2 軸承故障

作為軸承支撐轉(zhuǎn)動的重要零部件，轉(zhuǎn)軸屬于負荷重要組成，很容易會出現(xiàn)磨損問題。在對故障進行檢查過程中，需要根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)確定具體的故障檢查方式。如果設(shè)備處于運行狀態(tài)，會在缺油時出現(xiàn)一定的雜音，但如果出現(xiàn)不連續(xù)的聲音，可能是因為軸承鋼圈破裂而造成的。同時，如果軸承零件存在輕度磨損或內(nèi)部存在雜質(zhì)問題，也會造成輕微的雜音，需要仔細進行辨別。

如果設(shè)備處于拆卸狀態(tài)，需要對內(nèi)外鋼圈以及軸承滾動體展開檢查，確定是否存在疤痕、破損或者銹蝕等方面問題，要對軸承進行擺平處理，通過推外鋼圈的方式，確定軸承的狀態(tài)。如果軸承狀態(tài)較為理想，外鋼圈會處于較為平穩(wěn)的運動狀態(tài)，不會在轉(zhuǎn)動中出現(xiàn)明顯的卡滯或振動等方面問題，而且在停止轉(zhuǎn)動之后也不會出現(xiàn)倒退的狀況。如果所呈現(xiàn)出來的狀態(tài)與之相反，則表明軸承存在嚴重的磨損問題，無法再繼續(xù)使用，需要對其進行更換處理。維修人員可用一只手卡住外圈，用另一只手捏住內(nèi)鋼圈，通過向各個方向進行有力推動的方式，按照推動時是否感覺到松動狀況，也可以對軸承的間隙進行測量，判定是否存在磨損問題。

在對軸承故障進行修理過程中，如果外表面存在銹斑問題，需要運用砂紙進行清潔處理，并通過軸承清洗液進行清洗的方式，保證最終的清潔程度以及使用質(zhì)量[4]。如果存在內(nèi)外圈碎裂或軸承存在裂紋等方面的狀況，需要對軸承進行更換處理，要選擇和原有型號相同的軸承，以防出現(xiàn)所選軸承和設(shè)備具體情況不符的狀況。

2.3 轉(zhuǎn)軸故障

轉(zhuǎn)軸部分的故障主要分為以下三種：一是軸彎曲。如果彎曲的程度相對較小，可以通過滑環(huán)或磨光軸頸的方式進行修復(fù)處理，如果彎曲超過了0.2mm，則可通過使用壓力機，對軸彎處實施校正處理，并要在矯正完成之后對軸表面展開切削磨光處理，如果彎曲過大，則需要對轉(zhuǎn)軸進行重新更換，以免留下安全隱患；二是軸頸磨損。如果磨損相對較小，可通過鍍鉻的方法處理，在完成鍍鉻之后，按照需要的尺寸，對其進行磨削處理，如果磨損相對較嚴重，則可通過進行套筒的方式，在軸頸上進行套裝，并根據(jù)尺寸需求，展開車削操作；三是斷裂或裂紋。如果縱向裂紋以及橫向裂紋的深度相對較淺，可以通過堆焊手段進行修補處理，但如果裂紋問題相對較為嚴重，則需要考慮重新進行換軸。

2.4 端蓋與機殼故障

如果端蓋和機殼部分存在裂紋問題，需要通過運用堆焊手段對其進行修復(fù)。如果存在軸承鏜孔隙過大的狀況，導(dǎo)致軸承端蓋出現(xiàn)過松的問題，此時可通過噴涂技術(shù)的應(yīng)用，通過對端蓋進行噴涂的方式，完成軸承與端蓋間隙的調(diào)整。如果電動機的功率相對較大，要求精度較高，可運采用電鍍或鑲補的手段，按照具體的尺寸要求完成端蓋和軸的加工工作，保證軸承與端蓋、軸的間隙符合標(biāo)準(zhǔn)。

3 機械故障自動化診斷系統(tǒng)及其設(shè)計

由于故障自動化診斷模式已經(jīng)成為機械故障診斷的主流趨勢，所以在此將重點對機械故障自動化診斷系統(tǒng)及其設(shè)計方式展開分析，以便通過合理設(shè)置，高質(zhì)量完成診斷系統(tǒng)的應(yīng)用，確保能夠有效提高機械故障診斷的智能化水平，保證診斷結(jié)果效率以及精準(zhǔn)度。

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計

在此所介紹的自動化診斷系統(tǒng)，由旋轉(zhuǎn)類轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)所組成，可以詳細分為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)以及專家系統(tǒng)兩部分內(nèi)容，能夠?qū)崿F(xiàn)對故障的自動化診斷以及對診斷結(jié)果的存檔等操作。在具體進行系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中，按照系統(tǒng)的整體需求，對開發(fā)工具進行選擇，保證系統(tǒng)的人機對話界面以及動態(tài)圖形等界面的建設(shè)質(zhì)量。需要通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的應(yīng)用，利用系統(tǒng)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模塊，展開數(shù)據(jù)計算以及識別等各項操作，完成轉(zhuǎn)子故障診斷模塊的各個診斷節(jié)點值的獲取工作，確保能夠為轉(zhuǎn)子故障的診斷提供精準(zhǔn)數(shù)據(jù)依據(jù)，在短時間內(nèi)完成對故障原因以及故障類型等方面的分析，并可以針對分析結(jié)果提出相應(yīng)的解決方案。因為考慮到后續(xù)發(fā)展的持續(xù)性，在進行系統(tǒng)設(shè)計時需要展開結(jié)構(gòu)故障診斷接口設(shè)置，要通過此種方式確保后續(xù)系統(tǒng)能夠自由進行功能擴充與處理，保證系統(tǒng)設(shè)計能夠滿足持續(xù)性發(fā)展理念要求。

3.2 專家系統(tǒng)設(shè)計

該系統(tǒng)會通過對可視化人機界面的應(yīng)用，對機械可能發(fā)生的故障現(xiàn)象集進行匯總與顯示。在具體對其進行使用過程中，會通過對判斷對象發(fā)生故障征兆以及各項信息的收集，從系統(tǒng)中完成類似或相同故障集的挑選工作，以便通過全面性的分析，確定故障的發(fā)生原因以及故障類型等各方面信息，會按照最終的分析結(jié)果提供相應(yīng)的解決策略，為用戶提供精準(zhǔn)的診斷結(jié)果打印以及存儲功能，能夠為后續(xù)各項工作的開展提供可靠支持，并可以通過不斷積累保證故障診斷的精準(zhǔn)性。

3.3 神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)設(shè)計

在對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進行設(shè)計過程中，需要通過設(shè)置默認路徑調(diào)入的方式，對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)信號展開計算與處理操作。用戶可根據(jù)自身的實際需求對計算程序進行調(diào)整與修改，整體計算會與實際需求更加相符合，能夠根據(jù)所需要的診斷樣本數(shù)據(jù)進行相關(guān)的計算操作與訓(xùn)練，保證最終診斷結(jié)果的可信度。如果用戶并不需要對計算程序進行修改，可以直接跳過網(wǎng)絡(luò)訓(xùn)練步驟，通過對診斷樣本數(shù)據(jù)的計算與分析，完成最終診斷結(jié)果的判斷工作。通過對神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)工具箱的合理應(yīng)用，達到對數(shù)據(jù)進行計算以及用戶信號進行處理的目標(biāo)，通過綜合性的分析確定最終的結(jié)果，保證神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用價值能夠達到預(yù)期目標(biāo)，能夠在故障診斷中發(fā)揮出更大的貢獻。

3.4 旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子故障智能化診斷系統(tǒng)設(shè)計

雖然按照系統(tǒng)功能方面的設(shè)計要求，在完成神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)的設(shè)計之后，可以利用兩者對機械故障產(chǎn)生的具體原因作出判斷，但由于兩項技術(shù)無法對復(fù)雜機械故障問題展開分析，所以還需要通過對復(fù)雜問題進行分解的方式，以此問題特點為著手點，利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)對問題展開詳細性分析，從而完成對復(fù)雜問題的處理，保證最終問題處理質(zhì)量。

因為神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)在進行故障診斷過程中的處理方式并不相同，神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)主要以數(shù)值算法為主，能夠?qū)⑸窠?jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)的優(yōu)勢有機結(jié)合在一起，作出正確的判斷，而專家系統(tǒng)會通過對啟發(fā)式推理以及符號等內(nèi)容的應(yīng)用，通過選擇能夠進行知識表達形式顯示的方式，對故障診斷推理行為進行分析與解釋，具有自學(xué)習(xí)以及容易維護等方面的優(yōu)勢。

總之，在對復(fù)雜機械故障進行處理過程中，需要運用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和專家系統(tǒng)相結(jié)合的模式，將兩項技術(shù)的優(yōu)勢充分發(fā)揮出來，以便實現(xiàn)對復(fù)雜機械故障的科學(xué)化處理。而在此所設(shè)計的旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子故障智能診斷系統(tǒng)，就是對兩種技術(shù)的有機融合，能夠按照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以及專家系統(tǒng)的特點，制定出精準(zhǔn)的故障診斷與處理方案，保證復(fù)雜的故障問題能夠得到妥善解決與處理。

在對機械轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)進行使用時，首先需要對轉(zhuǎn)子設(shè)備的相關(guān)特征信號進行提取，要通過對數(shù)據(jù)的收集與分析，為后續(xù)診斷工作開展提供數(shù)據(jù)支持；其次需要按照轉(zhuǎn)子設(shè)備特征信號內(nèi)容，完成對設(shè)備征兆的信息提取工作；最后按照所提取的設(shè)備征兆相關(guān)信息，通過進入到反饋狀態(tài)的方式，對相關(guān)裝置展開識別處理，以便對系統(tǒng)結(jié)構(gòu)狀態(tài)展開精準(zhǔn)識別，完成對轉(zhuǎn)子設(shè)備故障的診斷以及分析工作，為后續(xù)維修工作開展提供方案依據(jù)。

3.5 電動機故障診斷專家系統(tǒng)設(shè)計

按照具體的故障診斷要求，在進行機械故障自動化診斷系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要再展開旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)建設(shè)的同時，展開電動機故障專家診斷系統(tǒng)建設(shè)，完成相關(guān)的子系統(tǒng)建設(shè)工作。電動機故障診斷專家系統(tǒng)，是以專家系統(tǒng)智能診斷技術(shù)為依據(jù)，專門針對工業(yè)領(lǐng)域中的電動機設(shè)備進行故障診斷的系統(tǒng)模式。在具體進行系統(tǒng)的設(shè)計時，需要做好開發(fā)工具以及數(shù)據(jù)庫開發(fā)工具的選擇與應(yīng)用，確保所選擇工具能夠滿足各項開發(fā)工作的實際開展要求。

系統(tǒng)主要由控制部分、人機接口以及知識管理系統(tǒng)等各項內(nèi)容所組成，為方便系統(tǒng)能夠在大型電動機故障診斷中更好地展開應(yīng)用，需要在進行設(shè)計時，通過對窗口驅(qū)動系統(tǒng)的使用，對系統(tǒng)整體運行結(jié)構(gòu)以及控制策略展開合理設(shè)置，合理展開封閉性較強以及完整性較高的子系統(tǒng)建設(shè)工作。由于該系統(tǒng)與旋轉(zhuǎn)機械轉(zhuǎn)子故障診斷系統(tǒng)相同，均屬于以神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)與專家系統(tǒng)為依據(jù)系統(tǒng)的子系統(tǒng)，所以該系統(tǒng)也能夠?qū)D(zhuǎn)子設(shè)備以及大型機械電動機所存在的各項問題展開精準(zhǔn)診斷與分析，整體應(yīng)用對于大型機械故障的處理而言，應(yīng)用價值相對較高，能夠?qū)ξ覈I(yè)發(fā)展起到良好的推動作用。

4 結(jié)語

鑒于電動機的重要性以及應(yīng)用價值，相關(guān)企業(yè)需要加強對電動機故障處理方式方法的研究力度。不僅要加大對各種故障診斷方法的分析與判斷研究，同時還要結(jié)合故障的產(chǎn)生原因，制定針對性的故障處理方案，保證各種故障能夠得到及時診斷與處理，能夠?qū)⒐收纤a(chǎn)生的影響控制在最低，從而通過有效的檢修維護手段，達到保證設(shè)備運行狀態(tài)的目標(biāo)，以便更好地完成對設(shè)備的應(yīng)用與維護。在進行智能化診斷系統(tǒng)的設(shè)計過程中，需要按照實際診斷需要確定系統(tǒng)功能以及各方面設(shè)置，并要在使用過程中不斷對系統(tǒng)存在的問題進行更新與優(yōu)化，以便通過不斷調(diào)整達到最優(yōu)化的系統(tǒng)應(yīng)用模式，實現(xiàn)對故障診斷工作開展的有效輔助，確保智能化診斷手段可以得到更好的發(fā)展。