謝長貴

[摘 要]機械設備是工業(yè)生產過程中的重要工具，可以提高工業(yè)生產效率，對工業(yè)生產過程中的各種問題進行解決，比如傳統(tǒng)人工操作無法完成的任務，都可以通過機械化得以實現。在機械設備的使用過程中，往往會出現各種故障和問題，針對故障要及時進行診斷和處理，確保機械設備處于正常的工作狀態(tài)，及時完成各種工作生產任務。本文對機械設備的問題成因進行大致分析，并且對機械設備的診斷和處理方法進行闡述，旨在為機械設備的診斷和處理提供必要的理論支持。

[關鍵詞]機械設備 故障診斷 診斷方法 處理方法

中圖分類號：TM734 文獻標識碼：A 文章編號：1009-914X（2017）01-0019-02

引言

機械設備的生產與使用，是促進我國工業(yè)生產水平不斷提升的基礎，比如鋼鐵生產企業(yè)、工程建設企業(yè)，都需要使用大量的機械設備，這些機械設備的造價較高，使用過程中可以對各種問題進行及時處理，使得工業(yè)生產、工程建設效率得到提升，從而提高社會經濟水平。以鋼鐵生產為例，在鋼鐵企業(yè)生產過程中，機械設備的使用率逐年上升，鋼鐵企業(yè)采購了很多大型機械生產設備，可以實現規(guī)?；?、批量化生產，同時很多鋼鐵企業(yè)的生產設備也逐漸實現智能化，生產技術人員通過對設備進行設置，就可以完成自動控制與管理，減少技術人員的工作強度。機械設備是企業(yè)生產過程中的重要工具，加強對機械設備的管理，無疑是提高企業(yè)生產水平的重要途徑，有利于企業(yè)實現現代化發(fā)展，為企業(yè)取得良好的經濟效益。當前很多工業(yè)生產企業(yè)的作業(yè)過程是一個封閉式、系統(tǒng)化、模式化、流水化的作業(yè)過程，整個生產系統(tǒng)的運行包括很多道工序，各道工序之間應該要實現良好的銜接，如果其中的一道工序出現問題，某個設備出現故障，則會導致整個生產順序被擾亂，生產效率受到影響，帶來嚴重的經濟損失。還是以鋼鐵生產企業(yè)為例，鋼鐵生產過程包括煉鐵、煉鋼、熱軋、冷軋四個主要工序，每一道工序都需要不同的機械設備，生產過程中的設備種類繁多，因此必須要加強對各種設備的使用情況的檢測，一旦發(fā)現故障問題，要及時進行處理，確保設備正常，提高設備的使用效率。

一、機械設備的診斷技術發(fā)展情況

機械設備是對各種工作進行完成的重要工具，機械設備的診斷技術是掌握設備運行過程中的異常狀態(tài)與故障之間的關系，從而預測未來的技術，當前關于機械設備的診斷技術的研究越來越多，主要是對設備的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，當機械在正常運行的時候具有一個狀態(tài)，設備產生故障的時候再進行運行，又會產生另一種狀態(tài)，針對這兩種狀態(tài)要進行分析和對比，從而找出機械設備的故障所在。機械設備故障診斷技術是利用對機械設備運行過程中的狀態(tài)信號進行處理，結合診斷對象的歷史狀態(tài)，來識別機械設備及其零部件的實時技術狀態(tài)的技術形式，根據所得到的結果，還能對未來機械設備的發(fā)展趨勢進行預測。總體來講，機械設備的診斷技術的發(fā)展經過了四個階段的發(fā)展：

第一，在十九世紀，機械已經出現在工業(yè)生產中，發(fā)達國家的工業(yè)革命使得機械化生產開始普及，當時機械設備診斷技術不高，當機械設備出現問題的時候不能及時發(fā)現，等到故障十分明顯的時候才能被察覺，一般是采取事后維修的方式對故障進行處理。

第二，從上世紀二十年大到五十年代，機械設備的復雜程度有了很大的提高，因此機械設備出現故障的可能性增大，對此，很多企業(yè)在機械設備使用過程中設置了定期維修的模式，在這個時期內，機械故障診斷技術已經開始萌芽。

第三，上世紀六十年代到七十年代時期，計算機技術、數據處理技術、通信技術等先進的技術得到快速發(fā)展，這些技術在機械領域的應用，使得機械設備的維修變得更加方便、及時，很多維修人員可以按照科學的方式對機械設備的狀態(tài)進行掌握，并且及時對故障進行維修。

第四，上世紀八十年代開始，人工智能技術以及專家系統(tǒng)、神經網絡技術的研究和應用，使得機械設備的維修又進入都一個全新的時代，在機械設備的使用過程中，診斷技術的智能化水平不斷提高，使得機械設備的診斷變得更加智能化、自動化，而且提高了設備故障的診斷效率和維修效率。

二、機械設備的故障診斷方式和故障分類

（一）機械設備的故障診斷方式

機械設備故障診斷包括兩種方式，第一，簡易診斷技術，主要依靠技術人員的經驗來判斷，技術人員要對設備運行過程中的狀態(tài)進行快速地概況和評價，同時，技術人員要對設備有詳細的了解，對其歷史維修情況等進行掌握，從而當機械設備出現異常情況的時候能夠第一時間確定設備的基本故障類型。簡易診斷技術主要是通過人的視覺、聽覺、嗅覺、味覺、觸覺，或者借助一些簡單的工具和儀器，按照預先設計的方式對設備上的一些固定點位進行檢測，使得設備上的一些缺陷或者安全隱患能夠被及早發(fā)現，并且得到及時處理。第二，精密診斷技術。精密診斷技術指的是由專業(yè)技術人員借助專業(yè)精密的儀器對機械設備進行診斷的技術，這是在簡易診斷基礎上實施的更加細致的診斷和分析，從而能夠對故障的類型進行明確，確定故障的位置、原因、程度以及發(fā)展趨勢。采用精密儀器進行診斷，必須要使用相應的儀器設備，對故障檢測準確率的提升有一定幫助，但同時也存在由于儀器設備誤差問題帶來的檢測誤差。（見圖1）

（二）機械設備的故障分類

無論是哪一種機械，其故障的分類都可以歸結為以下兩類：

第一，劣化故障。當機械設備使用一段時間之后，設備中的很多元器件都可能會出現老化現象，一些零件會發(fā)生磨損、疲勞、腐蝕等現象，尤其是一些金屬材料組織，其改變過程是不可逆的，當這些元器件出現問題的時候，就會使得機械設備的功能受到影響和阻礙，最終引起更加嚴重的故障。

第二，人為故障。機械設備的操作應該要配備專業(yè)的技術人員，在設備操作運行過程中，一方面由于技術人員的專業(yè)素養(yǎng)不高，加上責任心缺乏，工作態(tài)度不端正，因此導致機械設備管理工作不到位，出現的很多問題不能及時進行處理，導致問題不斷擴大，最后產生大范圍地故障。比如技術人員在使用機械的時候超載、超速以及違反其他的規(guī)定，造成嚴重的故障。

另外，按照不同的分類方式也可以將故障分成不同的種類，比如按照故障的持續(xù)時間，可以分為臨時故障、持久性故障，臨時故障為持續(xù)時間較短的故障，持久性故障為持續(xù)時間較長，直至機械設備不能工作為止。按照故障形成的速度，可以將其分為突發(fā)性故障、漸發(fā)性故障，突發(fā)性故障指的是突然發(fā)生的故障，而漸發(fā)性故障則指的是在機械設備工作過程中漸漸產生的故障。按照故障的性質分類，可以分為功能故障、參數故障等，前者指的是由于機械設備的功能受損的故障，而后者指的是機械設備的參數異常故障，參數異常也會造成機械設備的功能受到影響。無論是何種分類方式，都應該要以故障的處理為先導，及時對故障進行確定，并且采取相應的技術措施對故障進行解決，確保設備能夠盡快恢復到正常工作的狀態(tài)，提高設備的工作效率。

三、鋼鐵機械設備的診斷與處理方法

本文以鋼鐵生產機械設備為例，對機械設備的診斷和處理方法進行分析，旨在加深對機械設備的故障的及時處理。（見圖2）

（一）鋼鐵冶煉機械設備故障診斷技術分析

在鋼鐵冶煉過程中，由于生產規(guī)模較大、生產強度高，因此一般都會采用機械設備進行生產，在鋼鐵冶煉過程中使用的設備種類很多，大多是傳動設備、液壓設備，比如各種原材料和鋼鐵成品的輸送裝置、鋼鐵檢測裝置、液壓設備、傳動設備等。在每一個環(huán)節(jié)，使用的設備類別不相同，設備性能的好壞也會直接影響鋼鐵冶煉過程的效率和質量。在鋼鐵冶煉過程中，應該要定期對這些設備進行檢測，及時進行保養(yǎng)和維護，確保每個環(huán)節(jié)的設備都處于正常工作的狀態(tài)。鋼鐵生產企業(yè)的環(huán)境比較惡劣，涉及的設備也比較多，在診斷過程中應該要建立其完善的設備診斷系統(tǒng)，該系統(tǒng)的工作原理是根據機械設備的振動特點對設備的工作狀態(tài)進行了解，同時要收集機械設備工作過程中的溫度、壓力、轉速等各種詳細參數數據，通過對這些數據的準確分析，從而得到機械設備的工作運行情況以及可能發(fā)生的故障與損壞，并且及時作出反應和處理。具體來講，鋼鐵生產機械設備的故障診斷系統(tǒng)的中心是計算機系統(tǒng)，該系統(tǒng)中包括三個獨立的模塊，分別是信息采集模塊、數據檢測模塊以及數據處理模塊。主要過程有以下幾個步驟：

第一，通過傳感器將機械設備的工作情況信號反饋到計算機系統(tǒng)，其中包括設備的機械振動情況、工作溫度情況、設備壓力情況等。

第二，提取特征信號。不同的傳感器采集到的信號數據不相同，傳感器應該要講信號信息傳遞到主機系統(tǒng)中，比如速度傳感器主要采集的是機械工作的速度信號，溫度傳感器采集的主要是機械工作時的溫度信號，對于不同的信號，要傳到不同的系統(tǒng)分區(qū)中。

第三，對信號進行處理。對于傳感器收集到的各種信號，應該要及時進行提取和處理，故障診斷系統(tǒng)要及時對信號進行對比，比如當診斷系統(tǒng)接收到溫度信號的時候，發(fā)現溫度過高，則說明機械設備出現過熱現象。過熱現象一般都發(fā)生在設備的發(fā)動機、變速器、制動器、軸承等部位。如果機械設備是正常的，則無論工作時間多長，這些部位的溫度都應該是正常的，不會過高，當傳感器傳來的溫度信號過高時則說明這些部位可能出現故障，當發(fā)現過熱現象時要進一步對過熱的位置進行確定，可以停止機械工作，對這些可能出現過熱現象的部位進行逐一檢查，當發(fā)現是變速器或軸承出現過熱現象時，可以觀察是否由于缺少潤滑油所致。對于傳感器反饋回來的任何一個信號都不能忽視，要及時進行分析和處理。

第四，將提取到的信號進行故障處理。通過前面步驟的故障分析，可以對設備當前的工作情況、工作狀態(tài)進行分析，并且及時做出相應的應對措施，對設備的故障進行及時處理。

（二）鋼鐵冶煉設備常見故障的處理措施

對于鋼鐵生產過程中的設備，其故障大多是通過設備的振動異常情況來判斷的，當設備出現振動異常情況時，則說明是設備的機械部分出現故障，對于鋼設備而言，常見的故障及其處理方式為以下幾個方面：

第一，轉子不平衡的故障處理分析。當機械設備的轉子在轉動過程中，轉子上的每個質點都會產生離心力，如果轉子的轉動過程不平衡，則每個質點的離心力是不能相互抵消的，因此導致離心力不平衡。通常情況下轉子的不平衡是通過頻譜圖來顯示的，對于新設備而言，應該要綜合考慮各種因素，比如出現異常振動的是剛性轉子，則應該要對轉子的最大轉速進行確定，并且對轉子的轉速進行對比，得出具體的診斷結論。并且要區(qū)分出具體的相位，當轉子的相位與頻率保持一致，則可以判定是基礎共振，如果機械設備上的各個質點的離心振幅有差速，則可能由于轉子不平衡造成的，對此可以加強對轉子的轉速控制，使得轉子保持相對平衡。

第二，齒輪的故障處理分析。對于齒輪的故障，一般都采用頻域診斷或者時域診斷，這兩種方式都可以對齒輪的工作狀態(tài)進行診斷，齒輪的工作狀態(tài)決定了齒輪面之間的轉動力會隨著齒輪的轉動情況而不斷發(fā)生變化，而且齒輪的剛度是不斷發(fā)生變化的。不管設備上的齒輪是不是處于正常的工作狀態(tài)，其振動都是不能避免的，在圖譜上會出現邊頻帶。頻譜圖

和波形圖都能夠反映出設備的振動情況，因此可以根據圖譜的異常情況對齒輪的故障進行發(fā)現，如果圖譜的波動情況過大，則說明齒輪可能出現缺齒現象，要及時對齒輪進行拆卸檢查，如果確實是出現缺齒現象，要更換齒輪，防止出現其他故障和安全事故。

第三，滾動軸承的故障處理分析。在機械設備的正常工作過程中，軸承產生的振動對其本身并不會造成損害，在設備的不同部位發(fā)生的震動，其聲音是不相同的，因此可以借助聲音來判斷損傷的部位。對軸承故障情況進行檢測和處理，一般有兩種方式，首先要對脈沖信號進行接收，根據軸承出現腐蝕或者損壞的情況，其產生的脈沖信號不同的原理，對具體的脈沖信號進行分析。在軸承表面上產生的損壞或者裂痕會使得脈沖信號產生不同的頻率，一般通過聽覺就可以進行初步判斷。另一種是通過諧振信號來判斷軸承的故障。這種方法一般是根據元器件本身固有的頻率進行判斷的，任何一種元件自身都會存在一個固定的振動頻率，在運行過程中，軸承如果出現故障，則其振動頻率會發(fā)生改變，導致其運行過程中出現振動沖擊，并且引起其他零件的振動，在傳感器上反映出來的就是信號的異常。針對異常的信號，可以確定軸承出現了故障，對此要積極加強對軸承的維修，如果維修之后還是有異常情況，則要考慮更換一個新的軸承。

第四，裂紋故障。裂紋故障屬于物理故障，在機械設備的使用過程中常常會有零件損壞，出現裂紋，而且裂紋會不斷擴大，在設備的老化過程中，各種元件的磨損、斷裂、腐蝕等形態(tài)都會產生裂紋，對于這種故障的檢驗，一般是通過維修人員觀察完成的，當裂紋不明顯的時候一般不會對機械性能產生影響，但是如果不及時對裂紋問題進行控制，則裂紋會不斷擴大，最終會導致機械設備的性能受到影響，對此，應該要積極加強對機械設備的觀察，為了防止嚴重的裂紋產生較大的安全隱患，技術人員應該要定期對設備的元件進行觀察，而且觀察過程中要細致，如果發(fā)現設備元件中出現裂紋，則應該要及時對裂紋進行修復，如果不能修復，則要及時更換元件，防止出現更加嚴重的安全隱患。

結語

綜上所述，在工業(yè)生產過程中，機械設備是必要的工具，機械設備使用過程中往往會出現設備老化、人為故障等多種問題，當出現故障問題的時候應該要及時對故障進行診斷，對故障的類型進行確定，并且找到故障的具體位置，對故障進行排除和解決，提高機械設備的工作性能。此外，在機械設備運行過程中，應該要定期對設備進行檢查，要設定完善的檢測機制，對機械設備的檢查結果進行記錄，形成檔案，便于后續(xù)觀察。定期檢查可以確保設備能夠處于正常的工作狀態(tài)，減少設備使用過程中的安全隱患。

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