机械故障诊断及优化研究

机械故障诊断及优化研究

廖培杰

廖培杰

中交三航局厦门分公司机械施工处福建厦门361000

摘要：现代工业的特点主要表现为生产设备大型化、连续化、高速化以及自动化。任何事物都有双面性，由于机械设备发生故障而停工造成的损失成负相关，维修费用从而也显著地增加。因此，利用先进故障诊断方法保证设备的正常稳定运行是推动企业不断前进的保障。以及，在机械设备故障的诊断中更需研究出多种优化方法，目的就是发现问题，解决问题，提高工作效率。该文阐述了机械设备诊断的研究近况，以及优化方法简单的探讨。

关键词：机械设备；故障；诊断；优化

在科学技术的不断攀升以及国内外企业合作交流不断加强大背景下，我国各个行业的有了长远的发展，机械设备在现代工业生产中的地位也是在逐步提升，对工业的影响也是越来越大。由于许多天灾人祸等因素的影响有时设备会出现各种故障以致降低其预定的功能甚至造成严重的灾难性事故国内外曾经发生的各种恶性事故造成了人员伤亡产生了严重的社会影响；即使是经常生产中的事故也因生产过程不能正常运行或机器设备损坏而造成不仅有经济的损失还有人员的伤亡[1]。故保证机械设备稳定、可靠、安全的运行是非常重要的，对设备进行可靠、准确的故障诊断具有重要意义，对其故障优化解决也是不可或缺。

1机械设备诊断的重要性

机械设备正在朝着自动化、智能化、高速化、复杂化、大型化以及大功率化方向发展，设备之间的关联程度、各组分的集成化越来越强，其中某一零件的失效可能导致整个系统的瘫痪。这些故障不仅对生产和机械设备造成损坏，而且还会严重影响公司的经济效益，甚至造成人员伤亡。

据国内外报道，电厂机组——汽轮发电机组由于振动产生的机械故障引起严重的断轴毁机事件，这故障的存在造成了不可挽回的经济损失。据美国国家统计局统计，1980年美国在设备维修上花费了2460亿美元，而同年全国税收只有7500亿美元，铁路维修用了113亿美元，三里岛核电站故障修复费10亿美元，据美国专家分析，在2460亿中有750亿是浪费的，原因是不恰当的维修方法造成的。因此保证设备的安全运行消除事故是十分迫切的问题。

设备故障诊断是指在设备运行中或在基本不拆卸设备的情况下，通过各种手段，掌握设备运行状态，判定产生故障的部位和原因，并预测、预报设备未来的状态，从而找出对策色一门技术。它是防止事故和计划外停机的有效手段。

当前，我国的各行企业中大型设备的使用率越来越高，其的正常运行在生产中的重要性不言而喻，对关键设备的及时检测和有效诊断技术所带来的各种效益，其重要性体现的越来越明显，具体包括：（1）规避事故发生，不仅要保障设备的安全，最主要以人为本。（2）设备维修制度的改革势在必行：预防维修→预知维修。

（3）根本目的提高经济效益。设备诊断可以避免故障的发生，使各个零部件的寿命得到有效长久的发挥，检修周期得到延长，维修精度及速度得到飞速提高，降低维修费用，从而获得最显著经济效益。

2设备故障诊断技术

于1983年，我国才对机械设备故障诊断工作的开展。20多年以来，科学技术的不断进步和发展设，计算机技术得到广泛应用，设备故障诊断技术备成为国际上一大热门学科。我国的化工、冶金、电力、铁路等行业对该学科应用度最高，并且取得了较好的效果。与之有关的厂家随着诊断技术的发展也不断涌现，其中一些传感器、数据采集器已接近国际水平，同时研制开发了一些诊断仪器和设备。经过这么多年的发展，一步一步走来已成为一门独立的跨学科的综合信息处理技术，它的理论基础建立在可靠性理论为、控制论、信息论和系统论为，并以现代测试仪器和计算机为手段，结合各种诊断对象的特殊规律而逐步形成的一门新兴学科。

故障的诊断方法可划分为以下三个派别：①传统的诊断方法、②数学诊断方法、③智能诊断方法。主要介绍一下传统的诊断方法，其一，振动监测技术：通过比较正常机械或结构的振动特性和异常的机械设备或结构的异同，来判定设备是否出现故障[2]；油液分析技术：通过对运行设备在用润滑油的代表性样品检测与分析，获得有关油品性能指标变化以及油中污染和变质产物的宏观或微观物态特征变化信息，进而确定设备润滑与磨损状态和相关的故障发生机制，达到预防性维修的目的[3]；温度诊断技术：追寻机械设备故障的“热信号”，利用这种热信号可以查找机件缺陷和诊断各种由热应力引起的故障；无损检测技术：在机械发生故障时，由于某一缺陷引起的物理性质可能发生变化，通过该远离分析检测信号，观察特征值，对其进行缺陷检测。

此外提到的数学诊断方法种类繁多各有其特色，如基于贝叶斯决策判据以及基于线性和非线性判别函数的模式识别方法，也有基于概率统计的时序模型诊断方法，再比如基于距离判据的故障诊断方法等；智能诊断方法相对前面两个派别更加先进，但成熟度不如二者，目前囊括了模糊逻辑、专家系统、神经网络、进化计算方法（如遗传算法）等。

3设备故障优化

当前应用最广诊断技术有：温度诊断技术、振动诊断技术、铁谱分析技术[4]、无损检测技术[5]以及人工智能检测技术[6]，基于这些能明显寻找机械设备故障的诊断方法，寻找最佳设备故障的优化方法也是势在必行。

随着煤炭工业技术的飞速进步，国内煤矿各种先进矿用设备的使用数量成倍地增加，其中多级伸缩机构以其行程大、结构紧凑等优点在煤矿设备上得到了广泛应用。在现场使用过程中，套筒收缩时易出现不灵活、蹩卡故障，致使液压缸漏油，带来不必要的损失，同时影响了设备的正常运行。通过结构优化，如改变受力状况、增加引导段长度、收缩套筒端头处钝化处理、改进加工工艺等，改善了多级伸缩机构工作过程中出现蹩卡现象。并且通过现场试验表明，加载状态下伸缩数十次，套筒依然移动自如，因此存在蹩卡故障得到了解决[7]。

较高的真空度是保证医用回旋加速器正常工作运行的重要条件之一。当真空室中的真空系统出现任何故障，会对加速器内部零部件造成损坏，其中产生的杂质气体会使零件损耗加大，寿命降低。为此，排除真空系统的故障，降低真空系统的故障率，才能确保设备的稳定运行。经过一系列故障诊断，从而确定杂质气体的来源为长气管的放气。于是基于该诊断结果，可以通过将氢气瓶移动至加速器附近，塑料气管长度由约8m长减少至1m。再次使用质谱仪分析，水蒸气的含量下降至处理前的1/3。加速器整机试验后，束流强度和离子源寿命均恢复正常，故障成功排除[8]。

如今，液压支架是煤矿开采中常应用的一种机械设备。液压支架的好与不好，直接和煤炭安全问题挂钩，如果在生产的过程中液压支架出现问题，那将威胁到工作人员的生命安全，所以是不可小视的。液压支架出现故障的原因主要来源于构造局限、支架底座故障、立柱出现故障、挑梁机损坏等，需要加大资金投放、安全培训、增强维修专业化能力等方法故障损失降低到最低[9]。

据报道，机械设备的温度数据主要与以下几个因素相关，如设备材料、结构及零件之间的摩擦、振动。如果它们间建立确定的、可靠的联系，经研究发现采用更先进的测温仪器、建立自己的故障诊断库等方法可以进一步故障优化[10]，从而实现通过简单的测温，就能诊断出故障的前因后果，并对整机进行优化，从而提高设备的寿命减少经济的损失。

4结束语

设备故障诊断技术与多学科融合是设备故障诊断技术能得到长远发展必然因素。基于当前的时代背景，必然要向设备诊断技术提出新的时代要求：要加速研究新方法及新技术、努力为本国工业化建设服务、立足国内面向世界。此外要把这些诊断方法与实际相联系，在设备现场发现问题和解决问题，实现理论与实际的结合，及时寻找出最佳的解决方法避免最小的损失。

参考文献：

[1]张金永.机械设备诊断方法的研究[J].科技资讯，2015（03）：78.

[2]古通生.设备振动监测技术的应用[J].中国设备工程，2011（04）：61-62.

[3]周亚斌，杨俊杰.油液分析技术及其应用[J].石油商技，2011（05）：8-14.

[4]尹新，李梦媛.铁谱分析技术的研究进展[J].化工时刊，2007（12）：54-57.

[5]刘沐宇，袁卫国.桥梁无损检测技术的研究现状与发展[J].中外公路，2002（06）：34-37.

[6]王志伟.人工智能在设备故障检测中的应用[J].科技创新与应用，2015（02）：14-15.

[7]刘志更.矿用设备中多级伸缩机构的故障诊断及优化[J].矿山机械，2014（02）：120-122.

[8]马超凡，赵良超，何小中.医用回旋加速器的真空故障诊断及改进[J].医疗装备，2014（11）：101-102.

[9]张靖媛.煤矿液压支架故障原因与优化措施[J].科技风，2015（14）：130.

[10]王长全，王柏华.机械故障诊断中的温度诊断技术研究[J].矿山机械，2001（12）：46-47.