鄭廣健

摘 要：本文根據(jù)鐵譜診斷的要求，分析了機(jī)械設(shè)備磨損故障和鐵譜診斷過程，在綜合分析鐵譜診斷方法的基礎(chǔ)上，提出了一個(gè)智能化鐵譜診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械磨損；故障分析；鐵譜技術(shù)；故障診斷

機(jī)械零部件的磨損是機(jī)械設(shè)備發(fā)生的故障中最常見、最主要的故障形式，據(jù)統(tǒng)計(jì)，磨損故障占機(jī)械設(shè)備故障的80%。機(jī)械零部件發(fā)生磨損時(shí)，磨損顆粒便進(jìn)入潤滑系統(tǒng)并懸浮在潤滑油中。這些微小的磨損顆粒攜帶有機(jī)械設(shè)備發(fā)生磨損故障的重要信息，為了從潤滑油里的磨損顆粒中獲取有關(guān)機(jī)械設(shè)備磨損故障的特征信息，常采用“油液監(jiān)測技術(shù)”，其中“鐵譜分析技術(shù)”是監(jiān)測磨損工況和診斷磨損故障最為有效的方法。

然而，在鐵譜診斷技術(shù)診斷過程中的磨粒識(shí)別和故障診斷這兩個(gè)關(guān)鍵步驟主要憑借人的經(jīng)驗(yàn)。隨著人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在鐵譜診斷中的應(yīng)用，對磨損故障的分類與鐵譜診斷方法提出了新的要求。

1 機(jī)械設(shè)備磨損故障分析

1、機(jī)械設(shè)備磨損故障的原因：

機(jī)械設(shè)備磨損故障（簡稱磨損故障）指由于相對運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)表面之間的摩擦磨損致使設(shè)備的功能低于規(guī)定水平的狀態(tài)。概括地講，引起磨損故障有兩種情況：

（1）由設(shè)備設(shè)計(jì)時(shí)預(yù)計(jì)之中的常規(guī)磨損引起的故障。

（2）設(shè)備安裝與使用過程中的異常磨損導(dǎo)致的故障。

機(jī)械零件在安裝過程中安裝不良或清洗不干凈會(huì)導(dǎo)致設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的異常磨損，或者在使用過程中由于偶然的外來因素和內(nèi)部因素影響而出現(xiàn)異常磨損。異常磨損引發(fā)的故障具有偶然性和突發(fā)性，對此類故障的診斷具有重要意義。

2、磨損故障的分類：

（1）按磨損機(jī)理劃分：

不同的磨損機(jī)理產(chǎn)生的磨粒各異，因而可通過磨粒分析來識(shí)別引起磨損故障的磨損機(jī)理：

1）粘著磨損：接觸表面作相對運(yùn)動(dòng)時(shí)，使材料從一個(gè)表面轉(zhuǎn)移到另一個(gè)表面而造成的一種磨損。

2）磨料磨損：由于硬顆?；蛴餐黄鹞锸共牧袭a(chǎn)生遷移而造成的一種磨損。

3）疲勞磨損：由于循環(huán)交變應(yīng)力引起疲勞而使材料脫落的一種磨損。

4）腐蝕磨損：由于與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的一種磨損。

（2）按磨損形式劃分：

磨粒產(chǎn)生與磨損表面有密切的聯(lián)系，因而可從磨損表面的破壞形式來分類：

1）劃傷：由于犁溝作用，在滑動(dòng)方向上產(chǎn)生寬而深的劃痕。

2）點(diǎn)蝕：在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下使金屬疲勞破壞而形成的表面凹坑。

3）剝落：金屬表面變形強(qiáng)化而變脆，在載荷作用下產(chǎn)生微裂紋隨后剝落。

4）膠合：由粘著效應(yīng)形成的表面結(jié)點(diǎn)具有較高的連接強(qiáng)度，使剪切破壞發(fā)生在表面層內(nèi)一定深度，因而導(dǎo)致嚴(yán)重磨損。

5）腐蝕：由于潤滑油中含水和潤滑油膜破裂而使金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的表面損傷。

（3）按磨損類型劃分：

1）正常磨損和磨合期磨損：滑動(dòng)表面經(jīng)常發(fā)生的正常磨損。

2）切削磨損：由于滑動(dòng)表面的相互穿入引起的非正常磨料磨損。

3）滾動(dòng)疲勞磨損：滾動(dòng)接觸表面的疲勞磨損。

4）嚴(yán)重滑動(dòng)磨損：滑動(dòng)表面的過載和高速造成的磨損

（4）按磨損原因劃分

按磨損原因來分，可分為由磨料進(jìn)入、潤滑不良、油中含水、安裝不良或有裂紋、過載、高速、過熱和疲勞等引起的故障。

2 鐵譜診斷過程

鐵譜診斷技術(shù)是一種以磨損顆粒分析為基礎(chǔ)的診斷技術(shù)。采用該技術(shù)監(jiān)測機(jī)械零部件的磨損狀態(tài)，無需將正在運(yùn)轉(zhuǎn)的機(jī)械設(shè)備打開或關(guān)閉，就可確定其磨損狀態(tài)。由機(jī)械零部件產(chǎn)生的磨損顆粒作為分離相存在于潤滑油中，通過鐵譜儀磁場的作用將它們從潤滑油中分離出來。通過觀察磨粒的顏色、形態(tài)、數(shù)量、尺寸及尺寸分布，可以推斷機(jī)械設(shè)備的磨損程度、磨損原因和磨損部位。

具體來講，鐵譜診斷過程可分為以下幾個(gè)步驟：

（1）取油樣，制譜片，得到設(shè)備磨損狀態(tài)的特征顆粒；

（2）從譜片上的磨損顆粒中提取設(shè)備磨損狀態(tài)的有用信息（征兆），磨粒識(shí)別與統(tǒng)計(jì)，磨損參數(shù)測量；

（3）根據(jù)上述征兆，識(shí)別設(shè)備的磨損狀態(tài)，包括識(shí)別設(shè)備的磨損狀態(tài)將有無異常與是否已有異常；

（4）根據(jù)設(shè)備的征兆與狀態(tài)，進(jìn)一步分析設(shè)備的磨損狀態(tài)及其發(fā)展趨勢，包括當(dāng)設(shè)備有故障時(shí)，分析故障位置、類型、性質(zhì)、原因與趨勢等；

（5）根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)與趨勢，作出決策，干預(yù)設(shè)備及其運(yùn)行過程。

為了提高鐵譜診斷技術(shù)的準(zhǔn)確性和智能性，必須進(jìn)一步發(fā)展定量鐵譜診斷方法，將智能化技術(shù)應(yīng)用到鐵譜診斷。

3 智能化鐵譜診斷

從實(shí)際應(yīng)用的需要出發(fā)，提出了一種智能化鐵譜診斷系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括3 大模塊：磨粒分析模塊、磨粒識(shí)別與統(tǒng)計(jì)模塊和機(jī)械磨損故障鐵譜診斷模塊。在磨粒分析模塊中可以采用計(jì)算機(jī)圖像分析和模擬人工分析兩種方式。鐵譜圖像分析子系統(tǒng)能夠提取定量的磨粒特征參數(shù)，提取的信息中的一部分輸入磨粒識(shí)別與統(tǒng)計(jì)模塊，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)識(shí)別磨粒，經(jīng)統(tǒng)計(jì)后，將結(jié)果送入磨粒信息庫。模擬人工分析子系統(tǒng)，采用人機(jī)協(xié)作的方法，人工提取定性的磨粒特征參數(shù)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)進(jìn)行磨粒識(shí)別，識(shí)別結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計(jì)后送入磨粒信息庫。機(jī)械磨損故障鐵譜診斷模塊根據(jù)用戶需要可實(shí)現(xiàn)磨損狀態(tài)診斷、磨損故障類型診斷和磨損原因診斷。

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