淺析機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)

李春風(fēng)

摘要：機(jī)械設(shè)備故障診斷技術(shù)是一門了解和掌握機(jī)械設(shè)備在使用過程中的狀態(tài)，確定其整體或局部是否正常，早期發(fā)現(xiàn)故障及原因，并預(yù)報(bào)故障發(fā)展趨勢(shì)的技術(shù)，在現(xiàn)代工業(yè)中發(fā)揮著十分重要的作用。本文從故障診斷的發(fā)展歷史入手，介紹了故障診斷的方法及其優(yōu)缺點(diǎn)以及目前該方法的研究重點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：機(jī)械設(shè)備;故障;檢測(cè)技術(shù)

一、前言

自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)的研究內(nèi)容包括：一是研究如何正確地獲得所需信息的方法;二是研究在當(dāng)今電子信息時(shí)代對(duì)所需信息進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換，傳輸和處理的測(cè)量儀器及自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)。

自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)通常由傳感器，測(cè)量電器和輸出單元等部分組成，其中還包括電源和傳輸通道等不可缺少的部分。系統(tǒng)中傳感器的主要作用是將被測(cè)非電量轉(zhuǎn)換成與其成一定關(guān)系的電量。但是傳感器的輸出信號(hào)一般很弱，而且伴有各種噪聲，因此需要檢測(cè)電路將它放大、剔除噪聲選取有用信號(hào)并進(jìn)行演算處理與轉(zhuǎn)換，從而輸出能控制執(zhí)行機(jī)構(gòu)動(dòng)作的信號(hào)。由此可見，傳感器在自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)中占有重要地位，它獲取的信號(hào)正確與否關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的測(cè)量精度。

在工程技術(shù)領(lǐng)域中，工程研究、產(chǎn)品開發(fā)、生產(chǎn)監(jiān)督、質(zhì)量控制和性能實(shí)驗(yàn)等都離不開檢測(cè)技術(shù)。在機(jī)械制造行業(yè)中，通過對(duì)機(jī)床的許多靜態(tài)、動(dòng)態(tài)參數(shù)，如工件的加工精度、切削速度、床身振動(dòng)等進(jìn)行在線檢測(cè)，從而控制加工質(zhì)量。在化工、電力等生產(chǎn)過程中，溫度壓力、流量、液壓等過程參數(shù)的檢測(cè)是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過程自動(dòng)化的基礎(chǔ)。在工業(yè)機(jī)器人中自動(dòng)檢測(cè)技術(shù)應(yīng)用也手臂的位置和角度，傳感器應(yīng)用于視覺和觸覺，檢測(cè)技術(shù)已廣泛應(yīng)用于工業(yè)，交通，機(jī)械等各個(gè)方面，成為國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步的一項(xiàng)必不可少的重要基礎(chǔ)技術(shù)。

在機(jī)械制造與自動(dòng)化行業(yè)中，生產(chǎn)過程的自動(dòng)化的首要環(huán)節(jié)就是通過檢測(cè)獲得相關(guān)信息，從而進(jìn)行分析判斷并實(shí)施控制。所謂自動(dòng)化，就是用各種技術(shù)工具與方法代替人工完成檢測(cè)、分析、判斷和控制工作。因此，檢測(cè)裝置代替了人的眼睛作用，具有工業(yè)眼睛之稱。它獲取信息是否準(zhǔn)確及時(shí)是實(shí)施自動(dòng)化，確保生產(chǎn)正常的關(guān)鍵所在。在自動(dòng)檢測(cè)與轉(zhuǎn)換是自動(dòng)化技術(shù)中不可缺少的組成部分。

檢測(cè)技術(shù)所涉及的知識(shí)非常廣泛，滲透到各個(gè)學(xué)科領(lǐng)域。由于科學(xué)和技術(shù)的發(fā)展，自動(dòng)化程度越來越高，因而對(duì)自動(dòng)檢測(cè)系統(tǒng)的要求越來越高。在流水化作業(yè)中，常大量采用自動(dòng)化生產(chǎn)線以減少中間環(huán)節(jié)，提高工作效應(yīng)，以降低生產(chǎn)成本。傳感器是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)線自動(dòng)化的重要條件，在一條生產(chǎn)線中傳感器往往有上百個(gè)，絕大多數(shù)的傳感器起著位置檢測(cè)的作用，也有一些溫度傳感器，顏色判別，長度檢測(cè)等傳感器。自動(dòng)化生產(chǎn)線中最常使用的傳感器有光電傳感器、磁性開關(guān)。如果把自動(dòng)化生產(chǎn)線比做人，則電傳感器就是人的眼睛，磁性開關(guān)就是人的觸覺，它們是自動(dòng)化生產(chǎn)線中的檢測(cè)元件。

機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)在現(xiàn)代化生產(chǎn)中有相當(dāng)重要的作用，應(yīng)用故障診斷技術(shù)對(duì)機(jī)械設(shè)備進(jìn)行監(jiān)測(cè)和診斷，可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)機(jī)器的故障和預(yù)防設(shè)備惡性事故的發(fā)生，從而避免人員的傷亡、環(huán)境的污染和巨大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著現(xiàn)代化大生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步，機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜，這門技術(shù)已受到越來越高的重視。

二、設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)的發(fā)展

機(jī)械故障檢測(cè)作為一門新型的學(xué)科，發(fā)展至今，已有30余年，初步形成了以震動(dòng)和診斷、溫度檢測(cè)、油樣分析和無損探傷為主的局面。其檢測(cè)內(nèi)容包括兩方面：對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)和發(fā)現(xiàn)異常情況后對(duì)設(shè)備的故障進(jìn)行分析、診斷。而時(shí)至今日，又興起一種多變量、多故障的綜合診斷技術(shù)——人工智能，而作為其重要分支的人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，已成為機(jī)械故障檢測(cè)的研究熱點(diǎn)。如今人造衛(wèi)星、電網(wǎng)系統(tǒng)、發(fā)電機(jī)組、冶金設(shè)備和飛機(jī)、輪船、騎車發(fā)動(dòng)機(jī)等領(lǐng)域都應(yīng)用上設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)。

三、故障檢測(cè)的主要方法

經(jīng)過30年的發(fā)展，機(jī)械設(shè)備故障檢測(cè)技術(shù)在深度和廣度上都得到了充分的發(fā)展，總體趨于完善和成熟，此外，還有多新興技術(shù)手段不斷涌現(xiàn)，呈現(xiàn)出一派欣欣向榮的景象。下面，我將介紹幾種比較常用的故障檢測(cè)方法。

（一）解析冗余取代硬件冗余

解析冗余主要是通過構(gòu)造觀測(cè)器估計(jì)出系統(tǒng)輸出，然后將它與輸出的測(cè)量值比較從中取得故障信息。該方法是以系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型為基礎(chǔ)，利用觀測(cè)器、參數(shù)模型和空間方程的方法產(chǎn)生殘差，通過現(xiàn)代優(yōu)化方法和控制理論作為指導(dǎo)，再結(jié)合相應(yīng)的閾值或法則來評(píng)估決定殘值。作為系統(tǒng)修復(fù)、重構(gòu)和監(jiān)控、容錯(cuò)控制的前提，這種診斷方法必須要與控制系統(tǒng)緊密結(jié)合。

（二）振動(dòng)檢測(cè)技術(shù)

振動(dòng)信號(hào)是設(shè)備狀態(tài)信息的載體，它蘊(yùn)含了豐富的設(shè)備異常或故障的信息.而振動(dòng)特征是設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)好壞的重要標(biāo)志。系統(tǒng)的輸出在幅值、相位、頻率及相關(guān)性上與故障源存在著某種關(guān)系，當(dāng)系統(tǒng)的某個(gè)零件故障時(shí)，其振動(dòng)信號(hào)的功率譜就會(huì)出現(xiàn)相應(yīng)的反應(yīng)，通過對(duì)這種信號(hào)的處理分析，并結(jié)合診斷對(duì)象的歷史情況就可以分析出系統(tǒng)的故障所在。用的方法相關(guān)分析、有譜分析、功率譜分析和概率密度法。

四、診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)

現(xiàn)代故障診斷的發(fā)展方向是是實(shí)現(xiàn)主動(dòng)維修策略、監(jiān)測(cè)控制、容錯(cuò)控制、自治控制、可信性系統(tǒng)等設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵，他與冗余控制、容錯(cuò)控制、余度管理監(jiān)控控制和監(jiān)控控制等可靠性系統(tǒng)設(shè)計(jì)緊密結(jié)合的。數(shù)學(xué)工具在機(jī)械設(shè)備的故障診斷與監(jiān)測(cè)技術(shù)發(fā)展中起了相當(dāng)重要的作用。數(shù)理統(tǒng)計(jì)和概率論都曾成功地解決了許多機(jī)械診斷問題。因此，大力發(fā)展信號(hào)處理技術(shù)也是至關(guān)重要的。隨著網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，實(shí)現(xiàn)多專家與多系統(tǒng)的共同診斷，一種有效的解決途徑就是建立基于網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程故障診斷與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)?；诰W(wǎng)絡(luò)的設(shè)備故障診斷與監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是今后發(fā)展的必由之路，可以直接提高企業(yè)設(shè)備管理和護(hù)水平，對(duì)提高企業(yè)效益和國際競爭力具有巨大作用。

五、結(jié)束語

近幾年來，機(jī)械故障診斷學(xué)科征國內(nèi)外都得到了前所未有的發(fā)展，在生產(chǎn)中的應(yīng)用已深入到各個(gè)領(lǐng)域，診斷理論和方法已有多種。盡管如此，無論在技術(shù)上還是在理論方法方面都有待于進(jìn)一步發(fā)展和完善。故障機(jī)理和故障特性的研究不僅應(yīng)適應(yīng)學(xué)科發(fā)展，而且應(yīng)領(lǐng)先一步;新理論和新方法的應(yīng)用不僅要快，還應(yīng)更深入;各種理論和技術(shù)的相互滲透應(yīng)不斷深化;應(yīng)用范圍不僅應(yīng)更廣，而且內(nèi)容也應(yīng)更豐富;監(jiān)測(cè)診斷應(yīng)與維修保養(yǎng)管理結(jié)合得更緊密。

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（作者單位：江蘇沿海農(nóng)業(yè)機(jī)械檢測(cè)有限公司）