機械設(shè)備故障診斷技術(shù)及發(fā)展方向探討

史彬彬

摘 要：工業(yè)化的穩(wěn)步推進(jìn)帶動了機械設(shè)備的發(fā)展，使得集中、高速、連續(xù)、輕型、自動的大功率機械設(shè)備也得到了越來越廣泛的應(yīng)用，這符合現(xiàn)代社會提高生產(chǎn)效率的需求，同時這也促使人們必須強化機械設(shè)備的故障診斷技術(shù)探討，才能確保機械設(shè)備的使用更加順利。由此，本文便從機械設(shè)備故障診斷的內(nèi)涵出發(fā)，并結(jié)合故障診斷的技術(shù)內(nèi)容對其未來的發(fā)展方向進(jìn)行分析，以期為各位讀者提供參考。

關(guān)鍵詞：機械設(shè)備；故障診斷技術(shù)；發(fā)展方向

機械設(shè)備的故障頻發(fā)不僅導(dǎo)致工業(yè)生產(chǎn)的成本大幅增加，而且容易引起災(zāi)難事故的發(fā)生，要避免因機械設(shè)備故障帶來的危害，保障機械設(shè)備的速度效率與安全性，加強關(guān)于機械設(shè)備故障診斷技術(shù)及其發(fā)展方法的探討則具備了較為深刻的現(xiàn)實意義。

1機械設(shè)備故障診斷的相關(guān)概述

機械設(shè)備在工作過程中因規(guī)定功能的喪失而導(dǎo)致作業(yè)活動不能繼續(xù)的現(xiàn)象被稱為機械設(shè)備故障，從狹義方面來看，其含義特指機械故障發(fā)生時，機械系統(tǒng)已經(jīng)同正常的功能軌道相互偏離，從而導(dǎo)致原先的工作環(huán)境（包括零部件條件）不復(fù)存在，而通過對參數(shù)的調(diào)節(jié)，使得零部件與其他條件均能達(dá)到恢復(fù)，繼而使得機械設(shè)備又能達(dá)到之前的正常功能標(biāo)準(zhǔn)。從廣義方面來看，機械設(shè)備故障主要指的是設(shè)備零件的功能失效，即“故障=失效”，綜上，無論對何種含義下的機械設(shè)備故障進(jìn)行研究，均需要對故障點、故障程度進(jìn)行查找分析，并通過多角度的現(xiàn)象與條件研究，才能使得機械設(shè)備的故障診斷能夠更加真實有效。

2機械設(shè)備故障診斷的技術(shù)

2.1機械設(shè)備故障診斷的基礎(chǔ)思想

機械設(shè)備故障的診斷方法較為多樣，并且其手段還處于不斷發(fā)展更新之中，根據(jù)診斷對象、人員、要求、地點、設(shè)備等情況的不同，所采用的診斷措施也是各有不同的，但是關(guān)于機械設(shè)備的診斷總是遵循基礎(chǔ)的思想：

假設(shè)所診斷的對象設(shè)定在狀態(tài)空間集S中，可觀測量的特征空間集為Y，那么當(dāng)系統(tǒng)正處在正常或故障某一狀態(tài)s時，系統(tǒng)則顯示出確定特征y，此時存在映射g，并有：g：s □（?┴ ）Y，反之，在存在特征對應(yīng)狀態(tài)時也會有映射f：f：Y□（?┴ ） S，綜合以上分析，可以得出根據(jù)測量特征的向量可以對故障處于何種狀態(tài)進(jìn)行診斷，其基礎(chǔ)邏輯思路如下圖一所示。

2.2機械設(shè)備故障診斷的常用技術(shù)

2.3機械設(shè)備故障診斷的實例運用

以某工廠的一臺大型風(fēng)機的故障診斷為例，該風(fēng)機的振動值非常高，并且從頻譜上看振動幅值集中在1倍頻（轉(zhuǎn)速頻率），轉(zhuǎn)動設(shè)備的振動頻譜顯示一倍頻高是比較典型的設(shè)備不平衡特征，因此某廠的狀態(tài)監(jiān)測技術(shù)員判斷是風(fēng)機的動平衡有問題，建議停機并委外檢查風(fēng)機的動平衡。由于風(fēng)機非常大，風(fēng)機拆除需要使用吊車，清理風(fēng)機葉輪并檢查風(fēng)機動平衡也需要請專門的風(fēng)機廠商才能完成，需要花費大量的人力物力，并且預(yù)計會使整個工廠停機3天。

在診斷過程中，首先對設(shè)備的振動頻譜進(jìn)行分析，從中發(fā)現(xiàn)了風(fēng)機的軸向振動大于水平和垂直方向的振動，由于振動的典型情況為非常高的一倍頻振幅，并且水平和垂直方向的振幅往往遠(yuǎn)大于軸向振幅。所以某工廠風(fēng)機所出現(xiàn)的振動現(xiàn)象不符合設(shè)備不平衡表現(xiàn)特征。利用放大的頻譜圖，從中可以獲得明確的轉(zhuǎn)速頻率的諧波（2X，3X，4X，5X …轉(zhuǎn)頻），這也是設(shè)備結(jié)構(gòu)松動或軸承損壞的信號。結(jié)合軸向振動大，以及風(fēng)機的機械結(jié)構(gòu)。綜合以上情況，遂給出以下檢查建議：懷疑風(fēng)機的問題是軸承損壞而非葉輪不平衡。建議停機檢查軸承，主要檢查軸承錐套（定位套）是否松動，軸承是否嚴(yán)重磨損造成間隙太大，軸承結(jié)構(gòu)是否有損壞。通過詳細(xì)檢查，發(fā)現(xiàn)風(fēng)機的一個軸承外圈斷裂，更換軸承后風(fēng)機振動恢復(fù)到正常范圍。

2. 以紅外測溫的診斷技術(shù)為主的故障排除。機械設(shè)備是否存在零件磨損或發(fā)動機排煙是否正常等問題都會給機械設(shè)備系統(tǒng)的溫度帶來變化，當(dāng)發(fā)動機內(nèi)部堵塞、元件摩擦消耗過大或者液壓系統(tǒng)異常等情況發(fā)生時，容易造成系統(tǒng)內(nèi)部溫度升高，甚至?xí)鸩糠蛛娐窡龤В@些機械設(shè)備故障問題的產(chǎn)生也從側(cè)面反映出機械性能與溫度之間所具有的緊密聯(lián)系，由此可見，溫度測量也是檢驗機械設(shè)備故障的可行手段。

3.在診斷過程中可以結(jié)合根因分析（RCFA）、可靠性中心維修（RCM）等分析方式展開深入研究。從而在機械設(shè)備維修策略的制定與監(jiān)控管理程序的執(zhí)行方面，更好的提高設(shè)備可靠性，使其可以最大限度滿足提升工廠生產(chǎn)效率的要求。例如通過根因分析與現(xiàn)場調(diào)查，可以對設(shè)備故障原因進(jìn)行了解，并提供改進(jìn)方案，防止故障再次發(fā)生。再通過執(zhí)行以可靠性為中心維修（RCM）的研究，制定和實施機械設(shè)備的可靠性維護策略，在分析維護表現(xiàn)數(shù)據(jù)時，也極大提高了設(shè)備正常運行時間。

以實際工作中的故障診斷為例，在聚合車間主原料計量泵經(jīng)常出現(xiàn)軸和軸套抱死情況，該故障每次約隔三個月便會爆發(fā)一次，當(dāng)故障每次出現(xiàn)時會導(dǎo)致聚合車間非計劃停機，這便給工廠設(shè)備運行可靠性帶來嚴(yán)重影響。通過根因分析，發(fā)現(xiàn)直接原因是這個物料比較容易結(jié)焦，計量泵本身設(shè)計的軸和軸套的間隙很小，同時由于工藝需求，軸和軸套的材質(zhì)都是不銹鋼的，這幾個條件疊加在一起就造成運行中會發(fā)生軸和軸套中沒有足夠的物料潤滑和冷卻，造成軸和軸套擦碰，不銹鋼的特性又易咬死，造成泵瞬間咬死跳停。從相關(guān)維修記錄中了解到，曾經(jīng)的解決方案就是在軸套內(nèi)開槽，增加物料通過量，現(xiàn)場損壞的泵上安裝的就是這種改進(jìn)后的軸套，但這并不能完全解決問題。

要攻克這一難題，便要對這臺泵的維修記錄進(jìn)行仔細(xì)查看，從中可以得出在實施改造后的兩年時間內(nèi)，這臺泵是沒有造成非計劃停機的，但在最近的幾年，故障又頻繁發(fā)生了。中間由于人員變動，一定有一些信息在調(diào)查中沒有并收集到。經(jīng)過對當(dāng)年改進(jìn)實施的技術(shù)資料的反復(fù)查詢，在軸套上增加槽，同時在泵的前板特定位置也開了相應(yīng)的槽，這樣物料會形成一個微循環(huán)，不斷流動潤滑和冷卻軸和軸套。改造后的兩年平穩(wěn)運行證明改造是成功的，但后來現(xiàn)場維護時可能將前板更換了，但跟換的備件沒有開槽，使改造的效果喪失。發(fā)現(xiàn)根本原因后，便可以得出切實可行的改進(jìn)建議：1. 按圖紙要求改進(jìn)泵的前板，并利用下次停機的機會更換。2. 將改進(jìn)后的前板在系統(tǒng)中設(shè)定為新的備件，區(qū)別于不開槽的前板，專門匹配給這臺泵，以免在維修中換錯，由此便達(dá)到了解決這一問題的效果。

3結(jié)束語

在運用診斷技術(shù)解決實際問題的過程中，需結(jié)合實際情況選用技術(shù)方法，因而只有完成好機械設(shè)備的診斷方法探索，并在此過程中對所存在的缺點與不足進(jìn)行改進(jìn)，確保診斷技術(shù)朝者不斷優(yōu)化的方向邁進(jìn)，才能保障機械設(shè)備故障診斷能夠盡早達(dá)到數(shù)字化、自動化、智能化的目標(biāo)。

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