■王利群

論機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)故障與檢測方法

■王利群

10.3969/j.issn.1671-489X.2012.35.113

作者：王利群，工程碩士，高級工程師，研究方向?yàn)闄C(jī)械加工、機(jī)械設(shè)備的管理與維修、工程設(shè)計(jì)與安裝、液壓傳動與氣動、礦山機(jī)械設(shè)備。

機(jī)械設(shè)備的故障診斷和檢測技術(shù)是在一定的工作環(huán)境之下，根據(jù)不同的機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行的過程中所發(fā)出的信息來判斷機(jī)械是否處于正常的工作狀態(tài)，并且能根據(jù)機(jī)械發(fā)生異常情況的部位和原因作出判斷，以便在最短的時(shí)間內(nèi)及時(shí)去處理。

企業(yè)當(dāng)中所使用的設(shè)備的狀態(tài)指的是設(shè)備具有的性能、精度及在生產(chǎn)等方面的技術(shù)狀態(tài)。設(shè)備是為了配合企業(yè)當(dāng)中的一些工程項(xiàng)目、一些生產(chǎn)要求等配備的，所以設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)的好壞會直接決定企業(yè)在生產(chǎn)過程中的價(jià)值。設(shè)備在使用的過程當(dāng)中會受到工作條件和環(huán)境及生產(chǎn)性質(zhì)等因素的影響，為了保證設(shè)備能有很好的運(yùn)行狀態(tài)，及時(shí)解決在運(yùn)行過程中出現(xiàn)的故障和問題，就應(yīng)該對設(shè)備進(jìn)行檢測和診斷，從而保證設(shè)備更加良好地運(yùn)行。

1 機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理的重要作用

企業(yè)應(yīng)當(dāng)設(shè)置專門的人員去對設(shè)備進(jìn)行日常的檢查和維修，以及對于設(shè)備的檢測和診斷活動，及時(shí)去判斷設(shè)備在精度、效率及在性能上面的變化，并且及時(shí)分析，一旦發(fā)現(xiàn)問題，應(yīng)當(dāng)在最短的時(shí)間內(nèi)去進(jìn)行維修，采取相應(yīng)的方式去保證設(shè)備能夠正常良好地運(yùn)行。

設(shè)備技術(shù)的狀態(tài)直接決定企業(yè)的生產(chǎn)活動是否能夠正常的運(yùn)行，所以，設(shè)備技術(shù)的狀態(tài)管理就是要控制設(shè)備的狀態(tài)，并且對其進(jìn)行檢查和診斷，盡早采取預(yù)防措施，排除設(shè)備中出現(xiàn)的隱患，降低設(shè)備出現(xiàn)的故障率，從而提高企業(yè)的效率和經(jīng)濟(jì)收益。

2 機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)故障分析

通常機(jī)械設(shè)備在使用的過程中有三種技術(shù)狀態(tài)，分別是：1）比較完好的技術(shù)狀態(tài)，這種狀態(tài)就是設(shè)備處于非常正常可用的狀態(tài)；2）故障狀態(tài)，處于這種狀態(tài)時(shí)，設(shè)備就喪失了其主要的性能；3）設(shè)備出現(xiàn)一些異常情況，有一些缺陷出現(xiàn)，但是還沒有出現(xiàn)故障的狀態(tài)，這種狀態(tài)是處于第一種狀態(tài)和第二種狀態(tài)之間的，有時(shí)候又稱為故障前狀態(tài)。為了使設(shè)備劣化的過程能夠延緩，減少一些故障的發(fā)生，使設(shè)備能夠處于很好的運(yùn)行狀態(tài)，不僅需要一些技術(shù)非常熟練的技術(shù)工人去保證設(shè)備能夠被合理地使用，同時(shí)需要對設(shè)備進(jìn)行維護(hù)和清掃，定期檢查，更換一些比較舊的零件，去進(jìn)行檢測和診斷等工作。除此之外，還要嚴(yán)格按照規(guī)章制度去進(jìn)行執(zhí)行和管理，做好定期的檢查和維修的記錄，以便更好地積累原始數(shù)據(jù)。還要進(jìn)行分析和統(tǒng)計(jì)，去探索故障的發(fā)生規(guī)律，從而更好地去控制故障的發(fā)生，使設(shè)備保持良好的運(yùn)行狀態(tài)。

機(jī)械的狀態(tài)故障主要有以下幾個(gè)特性。

1）存在潛在性。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備在使用的過程中會受到各種損傷，這些損傷就會使一些小部件在參數(shù)結(jié)構(gòu)上面發(fā)生一些變化，當(dāng)這些變化超過部件結(jié)構(gòu)的允許值的時(shí)候，機(jī)械就會存在潛在的故障，所以工作人員一定要在日常工作當(dāng)中不斷地對這些小部件去進(jìn)行維護(hù)和清潔，把這種隱患消除，使?jié)撛诘墓收系玫揭欢ǖ目刂?，這樣就會延長機(jī)械的使用壽命。

2）機(jī)械設(shè)備故障存在漸發(fā)性。由于設(shè)備發(fā)生磨損和老化等與時(shí)間的關(guān)系是非常密切的，所以引起機(jī)械的故障也和時(shí)間密不可分，機(jī)械的損傷是逐步產(chǎn)生的，零部件的結(jié)構(gòu)參數(shù)也發(fā)生緩慢的變化。機(jī)械使用的時(shí)間越長，發(fā)生老化和機(jī)械設(shè)備故障的可能性就會越大。所以對于故障的漸發(fā)性一定要注意和預(yù)防。

3）耗損性。機(jī)械發(fā)生老化和疲勞是隨著能量和質(zhì)量而不斷地變化的，隨著使用時(shí)間的增加，盡管局部故障的排除會恢復(fù)機(jī)械設(shè)備的性能，但是機(jī)械設(shè)備的故障率是在不斷提升的。

4）多樣性。因?yàn)闄C(jī)械設(shè)備在使用的過程中，會受到老化和磨損、腐蝕等的作用，所以一個(gè)零部件可能存在很多的故障原因和模式，比如軸承的彎曲和疲勞斷裂等。這些故障不僅在故障機(jī)理及表現(xiàn)形式上面有很大的不同，并且影響程度也是不同的，表現(xiàn)出多樣性。

5）模糊性。機(jī)械設(shè)備由于在使用的過程中會受到環(huán)境等條件的影響，使得其損傷的程度和參數(shù)的變化都會有一定的隨機(jī)性，而且由于設(shè)備的制造材料也有一定的影響，同一機(jī)械設(shè)備在不同的環(huán)境下使用，其參數(shù)變化和產(chǎn)生故障發(fā)生的標(biāo)準(zhǔn)也會不同，所以就會使設(shè)備的故障發(fā)生具有一定的模糊性。

3 機(jī)械設(shè)備故障檢測及診斷技術(shù)

隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)水平的飛快發(fā)展，機(jī)械設(shè)備也是越來越復(fù)雜，機(jī)械設(shè)備的自動化水平也逐漸提高，所以就要做好對于設(shè)備故障的檢測，對故障產(chǎn)生的原因進(jìn)行診斷，找出設(shè)備出現(xiàn)故障的原因，使之能夠更加安全地進(jìn)行工作和生產(chǎn)。

對于機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)檢測過程主要有兩點(diǎn)：第一就是對于設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行很好的檢測，第二就是在一些特殊情況發(fā)生之后要對機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行分析和診斷。

對于故障檢測的方法主要有兩種。

1）基于系統(tǒng)數(shù)學(xué)模型的故障診斷檢測方法。這種診斷檢測方法是通過使用觀測器來對系統(tǒng)的輸出進(jìn)行估計(jì)，再讓這個(gè)估計(jì)與實(shí)際的輸出的值進(jìn)行比較，從而獲取故障的信息。這種方法能夠很好地控制系統(tǒng)密切地結(jié)合，是監(jiān)控和系統(tǒng)修復(fù)的重要的前提。這種方法是通過現(xiàn)代的控制理論以及現(xiàn)代化的方法作為指導(dǎo)的，然后在數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上進(jìn)行診斷和檢測。

2）基于非模型的故障診斷檢測方法。

①基于故障診斷專家的系統(tǒng)診斷檢測方法。專家系統(tǒng)是在最近幾年非常顯著的成就系統(tǒng)之一，這種診斷檢測方法主要包括對于診斷知識和推理的方法以及對于不確定的推理和診斷知識的獲取方法等，隨著計(jì)算機(jī)和人工智能的不斷發(fā)展，這種方法已經(jīng)克服了對于模型的依賴性，是一種非常有效的機(jī)械設(shè)備故障檢測方法。

②故障模式識別的故障診斷檢測方法。這種方法主要是以技術(shù)為基礎(chǔ)，在故障模式特征量上面去進(jìn)行提取的。這種方法主要分為離線分析以及在線分析這兩個(gè)階段，通過離線分析能夠確定出系統(tǒng)的狀態(tài)故障以及這種特征的向量描述的故障模式的向量，然后再形成故障基準(zhǔn)模式集，并且能夠確定和識別出故障模式向量的函數(shù)，根據(jù)在診斷時(shí)所提取的故障的特征向量，再判別函數(shù)對故障去進(jìn)行分離定位。

4 要做好機(jī)械設(shè)備的維護(hù)工作，降低設(shè)備發(fā)生故障的概率

首先應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)對于設(shè)備的保養(yǎng)工作，管理人員要嚴(yán)格按照設(shè)備的使用說明來對設(shè)備進(jìn)行管理和保養(yǎng)，并且要與技術(shù)人員做好溝通，從而延長設(shè)備的使用壽命，減少故障發(fā)生的次數(shù)和可能；

其次，要提高管理人員的操作水平，加強(qiáng)設(shè)備日常檢查的工作，管理人員一定要對機(jī)械設(shè)備的性能和原理有很好的了解，同時(shí)要對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行檢查，做好記錄，便于分析設(shè)備發(fā)生故障的原因；

第三，就是要提高機(jī)械維修的質(zhì)量以及維修隊(duì)伍的素質(zhì)，提高他們的責(zé)任心和技術(shù)水平。

5 總結(jié)

本文主要介紹了機(jī)械設(shè)備的狀態(tài)故障主要的特性，機(jī)械設(shè)備技術(shù)狀態(tài)管理的重要作用，以及主要的機(jī)械設(shè)備狀態(tài)故障的檢測和診斷技術(shù)?，F(xiàn)在的機(jī)械設(shè)備正在朝著大型化、精密化、自動化等方向不斷地發(fā)展，其設(shè)備結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，所以一定要做好對于機(jī)械設(shè)備的故障檢測，從而減少由于機(jī)械設(shè)備發(fā)生故障所造成的經(jīng)濟(jì)損失。

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