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機(jī)械故障診斷技術(shù)

更新時(shí)間:2017-09-08      點(diǎn)擊次數(shù):1319

機(jī)械故障診斷是20 世紀(jì)六七十年代產(chǎn)生并發(fā)展起來(lái)的一門綜合性邊緣學(xué)科。一方面, 隨著現(xiàn)代設(shè)備的日趨大型化、復(fù)雜化、自動(dòng)化和連續(xù)化, 設(shè)備一旦發(fā)生故障, 給生產(chǎn)和質(zhì)量以至人
們的生命財(cái)產(chǎn)安全造成難以估量的影響, 為使設(shè)備保持正常運(yùn)行狀態(tài)所花的維修費(fèi)用在企業(yè)經(jīng)營(yíng)費(fèi)用中占了很大的比重。因此, 為使這一占有重要地位的設(shè)備維修工作更加而科學(xué), 就必須對(duì)維修對(duì)象—設(shè)備的劣化、故障狀態(tài)、故障部位及其原因有正確的了解。另一方面, 信息傳感技術(shù)、信號(hào)處理技術(shù)以及現(xiàn)代測(cè)試技術(shù)等相關(guān)學(xué)科的發(fā)展, 特別是電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展, 為設(shè)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(yī)療診斷學(xué)中的一些基本邏輯思想地啟發(fā), 并將之推廣到工程技術(shù)領(lǐng)域, 形成了一門新的學(xué)科—工程診斷。
1、機(jī)械故障診斷研究的內(nèi)容
機(jī)械故障診斷是識(shí)別機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的科學(xué), 它研究的是機(jī)器或機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的變化在診斷信息中的反映, 其研究?jī)?nèi)容包括對(duì)機(jī)器運(yùn)行現(xiàn)狀地識(shí)別診斷、對(duì)其運(yùn)行過(guò)程的監(jiān)測(cè)以及對(duì)其運(yùn)行發(fā)展趨勢(shì)的預(yù)測(cè)3個(gè)方面。
2、機(jī)械故障診斷的基本原理
機(jī)械故障診斷包括機(jī)械故障診斷的理論與技術(shù)兩大部分。
2.1 機(jī)械故障診斷的基本環(huán)節(jié)
一個(gè)完整的診斷過(guò)程一般由以下幾個(gè)基本環(huán)節(jié)組成。
2.1.1 確定運(yùn)行狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容
主要包括確定監(jiān)測(cè)參數(shù)、監(jiān)測(cè)部位及監(jiān)測(cè)方式等方面的內(nèi)容, 這主要取決于故障形式, 同時(shí)也要考慮被監(jiān)測(cè)對(duì)象的結(jié)構(gòu)、工作環(huán)境等因素以及現(xiàn)有的測(cè)試設(shè)備條件, 這是整個(gè)診斷工作的基礎(chǔ)。狀態(tài)監(jiān)測(cè)的內(nèi)容確立得當(dāng), 不僅能極大地提高診斷效率, 有時(shí)甚至決定著診斷工作的成敗, 因此必須對(duì)此予以足夠的重視。
2.1.2 建立測(cè)試系統(tǒng)
根據(jù)步驟1 的要求選取傳感器及其配套設(shè)施, 組成測(cè)試系統(tǒng), 用以收集故障診斷所需的信息。在建造測(cè)試系統(tǒng)時(shí), 不僅要注意有用信號(hào)的獲取( 靈敏度和精度等性能) , 同時(shí), 還要考慮測(cè)試系統(tǒng)的環(huán)境適應(yīng)性以及如何在測(cè)試階段進(jìn)行降噪除噪等, 以便簡(jiǎn)化后續(xù)的信號(hào)分析處理過(guò)程。正確、有效信號(hào)的取得是正確診斷的先決條件, 偏離了這個(gè)前提, 診斷工作就無(wú)從談起。
2.1.3 測(cè)試、分析及信息提取
主要內(nèi)容是對(duì)借助測(cè)試系統(tǒng)所獲得的信號(hào)進(jìn)行加工, 包括濾波、異常數(shù)據(jù)的剔除以及各種分析算法等, 其主要目的是從有限的信號(hào)中獲得盡可能多的關(guān)于被診斷對(duì)象狀態(tài)的有用信息,這是機(jī)械故障診斷的核心。
2.1.4 狀態(tài)監(jiān)測(cè)、判斷及預(yù)報(bào)
它是診斷工作的zui后一個(gè)環(huán)節(jié), 也就是機(jī)械故障診斷的zui終目的之所在。這一步工作主要是構(gòu)造或選定判據(jù), 確定劃分設(shè)備狀態(tài)的各有關(guān)參量的等值等內(nèi)容, 以此判定被診斷對(duì)象的運(yùn)行狀態(tài), 并對(duì)其未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行預(yù)測(cè)。
2.2 故障特征參量
對(duì)于某一具體的故障類型, 我們所關(guān)心的問(wèn)題是: ①這種故障通過(guò)哪些物理參量表現(xiàn)出來(lái); ②與各物理參量間的關(guān)系強(qiáng)弱情況如何。一般而言, 對(duì)于前一個(gè)問(wèn)題, 只要機(jī)械系統(tǒng)的狀態(tài)發(fā)
生了變化, 就必定會(huì)影響到與之相的各個(gè)動(dòng)態(tài)物理參量, 牽涉面較廣; 而故障類型與物理參量之間的關(guān)系強(qiáng)弱是我們zui感興趣的。因?yàn)橹挥心切┡c某種故障類型之間的關(guān)系密切、對(duì)故障靈敏可靠的物理參量才被用于故障的診斷。在機(jī)械故障診斷領(lǐng)域, 將這些對(duì)故障靈敏、穩(wěn)定可靠的物理參量稱為故障特征參量。
機(jī)械系統(tǒng)的故障類型是千差萬(wàn)別的, 與每一種故障類型相對(duì)應(yīng), 機(jī)械系統(tǒng)必定會(huì)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)物理參量將其表征出來(lái),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(shuō), 故
障表現(xiàn)與其特征參量和故障原因之間存在如下的對(duì)應(yīng)關(guān)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(duì)應(yīng)關(guān)系f, 以便通過(guò)檢測(cè)α1,α2, ?來(lái)判斷故障類型F 是否發(fā)生, 或在已知F 發(fā)生的情況下去查明造成F 的原因α1,α2, ?等。

2.3 機(jī)械故障診斷的一般思維方法
故障識(shí)別理論與思維科學(xué)以及故障診斷技術(shù)手段的發(fā)展上密不可分的。與傳統(tǒng)的診斷手段相對(duì)應(yīng)的識(shí)別理論只能借助形式邏輯進(jìn)行一些簡(jiǎn)單的推理, 而與現(xiàn)代診斷技術(shù)相對(duì)應(yīng), 則有故障樹(shù)分析、模式識(shí)別以及模糊診斷等多種識(shí)別理論。下面僅對(duì)兩種常見(jiàn)的思維方法進(jìn)行闡述:
2.3.1 形式邏輯推理
可以認(rèn)為, 故障診斷過(guò)程是一個(gè)觀察、假設(shè)、驗(yàn)證、修正假設(shè)、再驗(yàn)證??, 直至找到故障真正原因的過(guò)程, 即可把故障診斷過(guò)程劃分為以下5 個(gè)步驟: ①調(diào)研考察, 得出故障現(xiàn)象; ②假
設(shè)原因; ③由假設(shè)原因推斷出應(yīng)有的結(jié)果; ④將推斷結(jié)果與考察所得的現(xiàn)象進(jìn)行比較; ⑤得出假設(shè)成立與否的結(jié)論, 如果原假設(shè)不成立, 則需另立假設(shè)。
以上第③、④、⑤是屬于證實(shí)假設(shè)。在分析故障時(shí), 往往進(jìn)行某些試探性的調(diào)整和拆卸, 觀察故障癥狀的變化, 以查尋或反證故障發(fā)生的部位。
2.3.2 故障樹(shù)分析法
所謂故障樹(shù)分析, 就是首先選定某一影響zui大的系統(tǒng)故障作為頂事件, 然后將造成系統(tǒng)故障的原因逐級(jí)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(shù)狀的邏輯圖, 稱為故障樹(shù)。圖1 就是一張簡(jiǎn)單的故障樹(shù)。這一簡(jiǎn)單的故障樹(shù)表明: 作為頂事件的系統(tǒng)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(shí)發(fā)生故障時(shí)引起。這樣, 就將引起系統(tǒng)故障的基本原因及其影響途徑表達(dá)得一清二楚。

圖1 簡(jiǎn)單的故障樹(shù)
2.4 機(jī)械故障診斷的技術(shù)
經(jīng)過(guò)各國(guó)專家、學(xué)者以及廣大工程技術(shù)人員30 多年來(lái)的共同努力, 機(jī)械故障診斷學(xué)無(wú)論在深度還是廣度方面都得到了較大的發(fā)展, 新的診斷理論不斷產(chǎn)生, 診斷技術(shù)手段也不斷完善,機(jī)械故障診斷學(xué)日趨科學(xué)化、實(shí)用化。目前, 已基本形成了以振動(dòng)診斷技術(shù)、油壓分析技術(shù)、溫度檢測(cè)技術(shù)以及無(wú)損探傷技術(shù)等為主要技術(shù)手段的局面, 幾種技術(shù)各具特點(diǎn)。
2.4.1 機(jī)械故障的振動(dòng)診斷技術(shù)
與其他方法相比, 振動(dòng)診斷技術(shù)由于具有理論基礎(chǔ)雄厚、分析測(cè)試設(shè)備完善、診斷結(jié)果準(zhǔn)確可靠、便于實(shí)時(shí)診斷等諸多優(yōu)點(diǎn)而在機(jī)械故障診斷的整個(gè)技術(shù)體系中居主導(dǎo)地位。其不足之處在于, 因振動(dòng)診斷技術(shù)涉及信息傳感、振動(dòng)測(cè)試、信號(hào)處理等諸多領(lǐng)域, 因而對(duì)設(shè)備診斷技術(shù)人員的要求較高。此外, 振動(dòng)診斷的另一個(gè)特點(diǎn)是部位敏感性。
2.4.2 油液分析技術(shù)
以光譜分析和鐵譜分析為代表的油液分析技術(shù), 具有信息集成度高的顯著特點(diǎn)。所謂信息集成度高是指某一機(jī)械設(shè)備進(jìn)行故障診斷時(shí), 只要是油液所經(jīng)過(guò)的部位, 其磨損故障一般都可通過(guò)對(duì)該處的油液進(jìn)行取樣分析診斷出來(lái), 這是它的優(yōu)點(diǎn); 其不足之處在于只對(duì)磨損類故障有效、診斷周期長(zhǎng), 而且一般還只能在實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行, 診斷結(jié)果受操作人員的影響大。油液分析技術(shù)常用于液壓系統(tǒng)和潤(rùn)滑系統(tǒng)的故障診斷。
2.4.3 溫度檢測(cè)技術(shù)
正如人的體溫可以用于其健康檢查, 溫度參數(shù)也常用于設(shè)備的故障診斷。其中, 接觸式測(cè)溫多用于需要連續(xù)監(jiān)測(cè)或不可觀察的部位, 如軸承的溫度監(jiān)測(cè); 非接觸式測(cè)溫則多用于危險(xiǎn)部位或不易接近的部位, 如高壓電器接點(diǎn)的溫度監(jiān)測(cè)。溫度檢測(cè)的顯著特點(diǎn)是診斷過(guò)程簡(jiǎn)單, 診斷結(jié)果一目了然, 特別是紅外攝像儀的出現(xiàn), 使得對(duì)物體溫度場(chǎng)的測(cè)量更加直觀形象。
2.4.4 無(wú)損檢測(cè)技術(shù)
所謂無(wú)損檢測(cè)技術(shù)或無(wú)損探傷, 就是利用物質(zhì)的某一物理性質(zhì)因存在缺陷而發(fā)生變化的特點(diǎn), 在不破壞被檢對(duì)象的前提下, 對(duì)其進(jìn)行檢測(cè), 以檢測(cè)其中是否有缺陷存在的一門綜合性診
斷技術(shù)。其顯著特點(diǎn)在于其無(wú)損性。無(wú)損探傷是20 世紀(jì)五六十年代在發(fā)達(dá)工業(yè)*先發(fā)展起來(lái)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(wú)損探傷技術(shù)對(duì)于改進(jìn)產(chǎn)品制造工藝、降低制造成本、提高設(shè)備的運(yùn)行可靠性等具有重要意義, 是一門很有發(fā)展前途的學(xué)科。

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