夏衛(wèi)鋒

（邵陽職業(yè)技術(shù)學(xué)院機(jī)電工程系，湖南 邵陽 422004）

設(shè)備的故障診斷，自有工業(yè)生產(chǎn)以來就已存在，早期人們依據(jù)對(duì)設(shè)備的觸摸，對(duì)聲音、振動(dòng)等狀態(tài)特征的感受，憑借工匠的經(jīng)驗(yàn)，可以判斷某些故障的存在，并提出修復(fù)的措施。對(duì)于大型機(jī)床的診斷，一是防患于未然，早期診斷；二是診斷故障，采取措施。

1 設(shè)備故障信息的獲取方法

對(duì)設(shè)備故障進(jìn)行診斷，首先應(yīng)獲取有關(guān)信息。信息是提供人們判斷或識(shí)別狀態(tài)的重要依據(jù)，是指某些事實(shí)和資料的集成。信號(hào)是信息的載體，因而設(shè)備故障診斷技木在一定意義上是屬于信息技術(shù)的范疇。充分地檢測(cè)足夠量的、能反映系統(tǒng)狀態(tài)的信號(hào)，對(duì)診斷來說是至關(guān)重要的。下面介紹信息獲取的幾種方法。

1.1 直接觀測(cè)法

應(yīng)用這種方法對(duì)機(jī)器狀態(tài)作出判斷主要靠人的經(jīng)驗(yàn)和感官，受限于能觀測(cè)到的或接觸到的機(jī)器零件。這種方法可以獲得第一手資料，但在觀測(cè)中有時(shí)使用了一些輔助的工具和儀器，如檢查零件內(nèi)孔有無表面缺陷的光學(xué)窺鏡，探查零件表面有無裂紋的磁性涂料及著色滲透劑等，來擴(kuò)大和延伸人的觀測(cè)能力。

1.2 參數(shù)測(cè)定法

根據(jù)設(shè)備運(yùn)行的各種參數(shù)的變化來獲取故障信息是廣泛應(yīng)用的一種方法。因?yàn)闄C(jī)器運(yùn)行時(shí)各部件的運(yùn)動(dòng)必然會(huì)有各種信息，這些信息參數(shù)可以是溫度、壓力、振動(dòng)或噪聲等，它們都能反映機(jī)器的工作狀態(tài)，如根據(jù)軸瓦下部油壓變化可以了解軸轉(zhuǎn)動(dòng)中情況，分析油液中金屬碎削情況可以了解鈾瓦磨損程度等。在運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備中，振動(dòng)是最重要的信息來源，在振動(dòng)信號(hào)中包含了各種豐富的故障信息。任何機(jī)器在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)工作狀態(tài)發(fā)生了變化，必然會(huì)從振動(dòng)信號(hào)中反映出來。對(duì)旋轉(zhuǎn)機(jī)械來說，目前在國內(nèi)外應(yīng)用最普遍的方法是利用振動(dòng)情號(hào)對(duì)機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行判別。從測(cè)試手段來看，利用振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行測(cè)試也更方便、實(shí)用，要利用振動(dòng)信號(hào)對(duì)故障進(jìn)行判別，首先應(yīng)從振動(dòng)信號(hào)中提取有用的特征信號(hào)，即利用信號(hào)處理技術(shù)對(duì)振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行處理。目前應(yīng)用最廣泛的處理方法是進(jìn)行頻譜分析，即從振動(dòng)信號(hào)中的頻率成分和分布情況來判斷故障。

其他如噪聲、溫度、壓力、變形等參數(shù)也是故障信息的重要來源。

1.3 磨損殘余物的測(cè)定

機(jī)器零件，例如軸承、齒輪、活塞環(huán)、缸套等在運(yùn)行過程中的磨損殘?jiān)梢栽跐櫥椭姓业健y(cè)定的方法分為三種：一種是直接檢查殘?jiān)?，以及測(cè)定油膜間隙內(nèi)電容或電感的變化、潤滑油混濁度的變化等方法以迅速獲得零件失效的信息。第二種是殘?jiān)氖占?，例如采用磁性探頭、特殊的過濾器等收集齒輪、滾動(dòng)軸承等工作表面疲勞引起的大塊剝落顆粒。第三種方法是油樣分析，可以確定機(jī)器中什么零件在磨損。

測(cè)定機(jī)器零部件如軸承、齒輪、活塞環(huán)等的磨損殘?jiān)跐櫥橹械暮浚彩且环N有效的獲取故障信息的方法。根據(jù)磨損殘?jiān)跐櫥椭泻考邦w粒分布可以掌握零件磨損情況，并可預(yù)防機(jī)器故障的發(fā)生。

1.4 設(shè)備性能指標(biāo)的測(cè)定

設(shè)備性能包括整機(jī)及零部件性能，通過測(cè)量機(jī)器性能及輸入、輸出量的變化信息來判斷機(jī)器的工作狀態(tài)也是一種重要方法。

例如，柴油機(jī)耗油量與功率的變化，機(jī)床加工零件精度的變化，風(fēng)機(jī)效率的變化等均包含著故障信息。

2 設(shè)備故障的檢測(cè)方法

由于機(jī)器運(yùn)行的狀態(tài)千差萬別，因而出現(xiàn)的故障也多種多樣，采用的檢測(cè)方法各不相同?，F(xiàn)對(duì)具體的各種故障應(yīng)采用的方法及其應(yīng)用范圍作一介紹。

2.1 振動(dòng)和噪聲的故障檢測(cè)

機(jī)器在運(yùn)行的過程中振動(dòng)是診斷的重要信息，它反映了機(jī)器的狀態(tài)。根據(jù)檢測(cè)的振動(dòng)和噪聲信號(hào)，可采用以下方法對(duì)機(jī)器狀態(tài)進(jìn)行診斷：

（1）振動(dòng)法：對(duì)機(jī)器主要部位的振動(dòng)值如位移、速度、加速度、轉(zhuǎn)速等進(jìn)行測(cè)定，與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較，據(jù)此可以宏觀地對(duì)機(jī)器的運(yùn)行狀況進(jìn)行評(píng)定，這是最常用的方法。

（2）特征分析法：對(duì)測(cè)得的上述振動(dòng)量在時(shí)域、頻域、時(shí)-頻域進(jìn)行特征分析，用以確定機(jī)器各種故障的內(nèi)容和性質(zhì)。

（3）模態(tài)分析與參數(shù)識(shí)別法：利用測(cè)得的振動(dòng)參數(shù)對(duì)機(jī)器零部件的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行識(shí)別，確定故障的原因和部位。

（4）沖擊能量與沖擊脈沖測(cè)定法：利用共振解調(diào)技術(shù)以測(cè)定滾動(dòng)軸承的故障。

（5）聲學(xué)法：對(duì)機(jī)器噪聲的測(cè)量可以了解機(jī)器運(yùn)行情況并尋找故障源。

2.2 材料裂紋及缺陷的故障檢測(cè)

材料裂紋包括應(yīng)力腐蝕裂紋及疲勞裂紋，一般可采用下述方法進(jìn)行檢測(cè)：

（1）超聲波探傷法：該方法成本低，可測(cè)厚度大，速度快，對(duì)人體無害，主要用來檢測(cè)平面型缺陷。

（2）射線探傷法：主要采用x射線。該方法主要用于展示體積型缺陷，適用于一切材料，測(cè)量成本較高，對(duì)人體有一定損害，使用時(shí)應(yīng)注意。

（3）滲透探傷法：主要有熒光滲透等。該方法操作簡單，成本低，應(yīng)用范圍廣，可直觀顯示，但僅適用于有表面缺陷的損傷類型。

（4）磁粉探傷法：該法使用簡便，較滲透探傷更靈敏，能探測(cè)材料表面的缺陷，但僅適用于鐵磁性材料。

（5）混流探傷法：這種方法對(duì)封閉在材料表面下的缺陷有較高的檢測(cè)靈敏度，容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化和計(jì)算機(jī)處理。

（6）激光全息檢測(cè)法：它是20世紀(jì)60年代發(fā)展起來的一種技術(shù)，可檢測(cè)各種蜂窩結(jié)構(gòu)、疊層結(jié)構(gòu)、高壓容器等。

（7）微波檢測(cè)技術(shù)：它也是近幾十年來發(fā)展起來的一種新技術(shù)，對(duì)非金屬的貫穿能力遠(yuǎn)大于超聲波方法，其特點(diǎn)是快速、簡便，是一種非接觸式的無損檢測(cè)。

（8）聲發(fā)射技術(shù)：它主要對(duì)大型構(gòu)件結(jié)構(gòu)的完整性進(jìn)行監(jiān)測(cè)和評(píng)價(jià)，對(duì)缺陷的增長可實(shí)行動(dòng)態(tài)、實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，且檢測(cè)靈敏度高。目前在壓力容器，核電站重點(diǎn)設(shè)備及放射性物質(zhì)泄漏、輸送管道焊接部位缺陷等方面的檢測(cè)獲得了廣泛的應(yīng)用。

2.3 設(shè)備零部件材料的磨損及腐蝕故障檢測(cè)

這類故障除采用上述無損檢測(cè)中的超聲探傷法外尚可用下列方法：

（1）光纖內(nèi)窺技術(shù)：它是利用特制的光纖內(nèi)窺探測(cè)器直接觀測(cè)到材料表面磨損及腐蝕情況。

（2）油液分析技術(shù)：油液分析技術(shù)可分為兩大類：一類是油液本身的物理、化學(xué)性能分析，另一類是對(duì)油液污染程度的分析。

2.4 溫度、壓力、流量變化引起的故障檢測(cè)

機(jī)器設(shè)備系統(tǒng)的有些故障往往反映在一些工藝參數(shù)（如溫度、壓力、流量）的變化中，在溫度測(cè)量中除常規(guī)使用的裝在機(jī)器上的熱電阻、熱電偶等接觸式測(cè)溫儀外，目前在一些特殊場(chǎng)合使用的非接觸式測(cè)溫方法有紅外測(cè)溫儀和紅外熱傷儀，它們都是依據(jù)物體的熱輻射進(jìn)行測(cè)量的。

3 結(jié)語

大型機(jī)床設(shè)備診斷技術(shù)的最根本的任務(wù)是通過測(cè)取設(shè)備的信息來識(shí)別設(shè)備的狀態(tài)。因?yàn)橹挥凶R(shí)別了設(shè)備的有關(guān)狀態(tài)，才有可能達(dá)到設(shè)備診斷的目的。

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