工程机械故障的监测与诊断
工程机械故障的监测与诊断
1.设备状态监测与故障诊断的基本原理
设备状态监测与故障诊断是诊断技术的两个过程，两者既有密切联系又有区别。状态监测是指对设备某些特征参数（如振动、噪声、温度等）进行测取，将测定值与规定的正常值（门槛值）进行比较，以判别设备的工作状态是否正常。若对设备进行定期或连续监测便可获得设备状态变化的规律，进而对设备剩余的使用寿命作出估计，于是便可对设备状态进行预测、预报。
图1为振动监测趋势分析图，整个工作由计算机完成，形成自动监测系统。状态监测又称为简易诊断，只要恰当选择监测参数、测点以及监测周期等，一般都能取得良好的效果。这种初级诊断适用于现场作业人员实施。
如图2所示，设备诊断不仅要对设备是否正常作出简易诊断，还要对设备产生故障的原因、部位和严重程度作出判断，为设备管理决策提供依据，这称之为精密诊断，它是由专门技术人员实施。两者区别相当于医院里的护士与医生的职责关系。简易诊断能对设备的状态迅速有效地作出概括，继而精密诊断则是对简易诊断为有异常的设备进行专门测量、分析和判断，最后确定采取哪些必要的技术措施。从设备管理全过程看，状态监测是基础，采集的数据应准确无误，而故障诊断是在状态监测基础上的深入和发展，以加强分析和判断。监测与诊断的工作过程如图3所示。目前我国有些大型厂矿企业，基于上述考虑和实际需要，已从班组、车间、分厂、总厂到公司（或工业局）建立了一整套设备监测诊断技术网络。实践证明经济有效，值得推广。
2.设备诊断的基本方法
设备诊断方法，根据状态信号的物理特征有以下10种:
振动诊断是以机械振动、冲击、机械导纳以及模态参数为检测目标。
声学诊断是以噪声（声压和声强）、声阻、超声、声发射为检测目标。
温度诊断是以温度、温差、温度场、热象为检测目标。
污染物诊断是以泄漏，残留物，气、液、固体磨粒成分变化为检测目标。
光学诊断是以亮度、光谱和各种射线效应为检测目标。
性能趋向诊断是以机械设备各种主要性能指标为检测目标。
强度诊断是以力、应力、转矩为检测目标。
压力诊断是以压力、压差以及压力脉动为检测目标。
电参数诊断是以电流、电压、电阻、功率等电信号及磁特性为检测目标。
表面形貌诊断是以变形、裂纹、斑点、凹坑、色泽等为检测目标。
以上这些诊断方法对不同的机械设备有不同的灵敏程度，所以效果也不同。因此，应当合理选用，既可单独使用，又可几种联合（对比）使用。为了进一步普及和发展设备诊断技术，对人工参与、计算机辅助的诊断和专家系统这3种技术应给予足够的重视。
(1) 人工参与诊断
使用较复杂的诊断设备及分析仪器，除能对设备有无故障、故障的严重程度作出判断外，在有经验的工程技术人员参与下，还能对某些特殊类型的典型故障的性质、类别、部位、原因以及发展趋势作出判断和预报，往往可以收到事半功倍的效果。
(2) 计算机辅助诊断系统
在设备状态监测与诊断工作中，建立一种以计算机辅助诊断为基础的多功能自动化诊断系统十分必要。这类系统（见图4），不仅配有自动诊断软件，实现了状态信号采集、特征提取、状态识别的自动化，还能以显示、打印、绘图等多种方式输出分析结果。当设备故障超过门限值后，能用声光方式发出报警指令，并通过计算机自动进行故障性质、程度、类别、部位、原因及趋势的诊断及预报；能将大量设备（机组等）运行资料储存起来。工作人员可随时通过人机对话调出查阅历史运行资料，帮助工程技术人员作出设备管理和诊断的决策。这种诊断系统对电力、石化、冶金系统中的机组实施在线监测和自诊断非常适用。用户可对诊断软件不断完善和扩充，若该系统与机组控制系统相连，还可以进一步实施自动监控。
(3) 设备诊断专家系统
这是设备诊断技术的高级形式，又称知识库咨询系统，它实质上是一种具有人工智能的计算机软件系统，是设备诊断技术发展方向之一。设备诊断专家系统如图4所示。专家系统用于设备诊断时，不仅包括从信号检测到状态识别，而且还包括从决策形成到干预的全过程。它不仅具有计算机辅助诊断系统的全部功能，还能将设备管理专家的宝贵经验和思想方法同当代计算机巨大存储、运算与分析能力相结合，形成人工智能的计算机系统。事先将有关专家的知识和经验加以总结分类，形成规则存入计算机构成知识库。根据数据库中自动采集或人们输入的原始数据，通过专家系统的推理机，模拟专家的推理、判断思维过程，以建立故障档案、解决状态识别和诊断决策中的各种复杂的问题，最后对用户给出正确的咨询答案、处理对策和操作指导等。
这种诊断专家系统具备学习功能，可以很方便地修改、增加和删除知识库中的内容，还能高度仿真各个专家辩证施治解决问题的思维方法，使知识库的内容不断充实完善，诊断水平和准确度不断提高。对设备诊断，专家系统具有十分有效地诊断与干预能力。目前这种诊断专家系统在国内尚处于研究和开发阶段，特别是知识库的建立有待进一步努力。
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