机械设备故障诊断与处理方法研究_新闻_

谢长贵

[摘要]机械设备是工业生产过程中的重要工具，可以提高工业生产效率，对工业生产过程中的各种问题进行解决，比如传统人工操作无法完成的任务，都可以通过机械化得以实现。在机械设备的使用过程中，往往会出现各种故障和问题，针对故障要及时进行诊断和处理，确保机械设备处于正常的工作状态，及时完成各种工作生产任务。本文对机械设备的问题成因进行大致分析，并且对机械设备的诊断和处理方法进行阐述，旨在为机械设备的诊断和处理提供必要的理论支持。

[关键词]机械设备故障诊断诊断方法处理方法

中图分类号：TM734 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2017）01-0019-02

引言

机械设备的生产与使用，是促进我国工业生产水平不断提升的基礎，比如钢铁生产企业、工程建设企业，都需要使用大量的机械设备，这些机械设备的造价较高，使用过程中可以对各种问题进行及时处理，使得工业生产、工程建设效率得到提升，从而提高社会经济水平。以钢铁生产为例，在钢铁企业生产过程中，机械设备的使用率逐年上升，钢铁企业采购了很多大型机械生产设备，可以实现规模化、批量化生产，同时很多钢铁企业的生产设备也逐渐实现智能化，生产技术人员通过对设备进行设置，就可以完成自动控制与管理，减少技术人员的工作强度。机械设备是企业生产过程中的重要工具，加强对机械设备的管理，无疑是提高企业生产水平的重要途径，有利于企业实现现代化发展，为企业取得良好的经济效益。当前很多工业生产企业的作业过程是一个封闭式、系统化、模式化、流水化的作业过程，整个生产系统的运行包括很多道工序，各道工序之间应该要实现良好的衔接，如果其中的一道工序出现问题，某个设备出现故障，则会导致整个生产顺序被扰乱，生产效率受到影响，带来严重的经济损失。还是以钢铁生产企业为例，钢铁生产过程包括炼铁、炼钢、热轧、冷轧四个主要工序，每一道工序都需要不同的机械设备，生产过程中的设备种类繁多，因此必须要加强对各种设备的使用情况的检测，一旦发现故障问题，要及时进行处理，确保设备正常，提高设备的使用效率。

一、机械设备的诊断技术发展情况

机械设备是对各种工作进行完成的重要工具，机械设备的诊断技术是掌握设备运行过程中的异常状态与故障之间的关系，从而预测未来的技术，当前关于机械设备的诊断技术的研究越来越多，主要是对设备的运行状态进行监测，当机械在正常运行的时候具有一个状态，设备产生故障的时候再进行运行，又会产生另一种状态，针对这两种状态要进行分析和对比，从而找出机械设备的故障所在。机械设备故障诊断技术是利用对机械设备运行过程中的状态信号进行处理，结合诊断对象的历史状态，来识别机械设备及其零部件的实时技术状态的技术形式，根据所得到的结果，还能对未来机械设备的发展趋势进行预测。总体来讲，机械设备的诊断技术的发展经过了四个阶段的发展：

第一，在十九世纪，机械已经出现在工业生产中，发达国家的工业革命使得机械化生产开始普及，当时机械设备诊断技术不高，当机械设备出现问题的时候不能及时发现，等到故障十分明显的时候才能被察觉，一般是采取事后维修的方式对故障进行处理。

第二，从上世纪二十年大到五十年代，机械设备的复杂程度有了很大的提高，因此机械设备出现故障的可能性增大，对此，很多企业在机械设备使用过程中设置了定期维修的模式，在这个时期内，机械故障诊断技术已经开始萌芽。

第三，上世纪六十年代到七十年代时期，计算机技术、数据处理技术、通信技术等先进的技术得到快速发展，这些技术在机械领域的应用，使得机械设备的维修变得更加方便、及时，很多维修人员可以按照科学的方式对机械设备的状态进行掌握，并且及时对故障进行维修。

第四，上世纪八十年代开始，人工智能技术以及专家系统、神经网络技术的研究和应用，使得机械设备的维修又进入都一个全新的时代，在机械设备的使用过程中，诊断技术的智能化水平不断提高，使得机械设备的诊断变得更加智能化、自动化，而且提高了设备故障的诊断效率和维修效率。

二、机械设备的故障诊断方式和故障分类

（一）机械设备的故障诊断方式

机械设备故障诊断包括两种方式，第一，简易诊断技术，主要依靠技术人员的经验来判断，技术人员要对设备运行过程中的状态进行快速地概况和评价，同时，技术人员要对设备有详细的了解，对其历史维修情况等进行掌握，从而当机械设备出现异常情况的时候能够第一时间确定设备的基本故障类型。简易诊断技术主要是通过人的视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉，或者借助一些简单的工具和仪器，按照预先设计的方式对设备上的一些固定点位进行检测，使得设备上的一些缺陷或者安全隐患能够被及早发现，并且得到及时处理。第二，精密诊断技术。精密诊断技术指的是由专业技术人员借助专业精密的仪器对机械设备进行诊断的技术，这是在简易诊断基础上实施的更加细致的诊断和分析，从而能够对故障的类型进行明确，确定故障的位置、原因、程度以及发展趋势。采用精密仪器进行诊断，必须要使用相应的仪器设备，对故障检测准确率的提升有一定帮助，但同时也存在由于仪器设备误差问题带来的检测误差。（见图1）

（二）机械设备的故障分类

无论是哪一种机械，其故障的分类都可以归结为以下两类：

第一，劣化故障。当机械设备使用一段时间之后，设备中的很多元器件都可能会出现老化现象，一些零件会发生磨损、疲劳、腐蚀等现象，尤其是一些金属材料组织，其改变过程是不可逆的，当这些元器件出现问题的时候，就会使得机械设备的功能受到影响和阻碍，最终引起更加严重的故障。

第二，人为故障。机械设备的操作应该要配备专业的技术人员，在设备操作运行过程中，一方面由于技术人员的专业素养不高，加上责任心缺乏，工作态度不端正，因此导致机械设备管理工作不到位，出现的很多问题不能及时进行处理，导致问题不断扩大，最后产生大范围地故障。比如技术人员在使用机械的时候超载、超速以及违反其他的规定，造成严重的故障。

另外，按照不同的分类方式也可以将故障分成不同的种类，比如按照故障的持续时间，可以分为临时故障、持久性故障，临时故障为持续时间较短的故障，持久性故障为持续时间较长，直至机械设备不能工作为止。按照故障形成的速度，可以将其分为突发性故障、渐发性故障，突发性故障指的是突然发生的故障，而渐发性故障则指的是在机械设备工作过程中渐渐产生的故障。按照故障的性质分类，可以分为功能故障、参数故障等，前者指的是由于机械设备的功能受损的故障，而后者指的是机械设备的参数异常故障，参数异常也会造成机械设备的功能受到影响。无论是何种分类方式，都应该要以故障的处理为先导，及时对故障进行确定，并且采取相应的技术措施对故障进行解决，确保设备能够尽快恢复到正常工作的状态，提高设备的工作效率。

三、钢铁机械设备的诊断与处理方法

本文以钢铁生产机械设备为例，对机械设备的诊断和处理方法进行分析，旨在加深对机械设备的故障的及时处理。（见图2）

（一）钢铁冶炼机械设备故障诊断技术分析

在钢铁冶炼过程中，由于生产规模较大、生产强度高，因此一般都会采用机械设备进行生产，在钢铁冶炼过程中使用的设备种类很多，大多是传动设备、液压设备，比如各种原材料和钢铁成品的输送装置、钢铁检测装置、液压设备、传动设备等。在每一个环节，使用的设备类别不相同，设备性能的好坏也会直接影响钢铁冶炼过程的效率和质量。在钢铁冶炼过程中，应该要定期对这些设备进行检测，及时进行保养和维护，确保每个环节的设备都处于正常工作的状态。钢铁生产企业的环境比较恶劣，涉及的设备也比较多，在诊断过程中应该要建立其完善的设备诊断系统，该系统的工作原理是根据机械设备的振动特点对设备的工作状态进行了解，同时要收集机械设备工作过程中的温度、压力、转速等各种详细参数数据，通过对这些数据的准确分析，从而得到机械设备的工作运行情况以及可能发生的故障与损坏，并且及时作出反应和处理。具体来讲，钢铁生产机械设备的故障诊断系统的中心是計算机系统，该系统中包括三个独立的模块，分别是信息采集模块、数据检测模块以及数据处理模块。主要过程有以下几个步骤：

第一，通过传感器将机械设备的工作情况信号反馈到计算机系统，其中包括设备的机械振动情况、工作温度情况、设备压力情况等。

第二，提取特征信号。不同的传感器采集到的信号数据不相同，传感器应该要讲信号信息传递到主机系统中，比如速度传感器主要采集的是机械工作的速度信号，温度传感器采集的主要是机械工作时的温度信号，对于不同的信号，要传到不同的系统分区中。

第三，对信号进行处理。对于传感器收集到的各种信号，应该要及时进行提取和处理，故障诊断系统要及时对信号进行对比，比如当诊断系统接收到温度信号的时候，发现温度过高，则说明机械设备出现过热现象。过热现象一般都发生在设备的发动机、变速器、制动器、轴承等部位。如果机械设备是正常的，则无论工作时间多长，这些部位的温度都应该是正常的，不会过高，当传感器传来的温度信号过高时则说明这些部位可能出现故障，当发现过热现象时要进一步对过热的位置进行确定，可以停止机械工作，对这些可能出现过热现象的部位进行逐一检查，当发现是变速器或轴承出现过热现象时，可以观察是否由于缺少润滑油所致。对于传感器反馈回来的任何一个信号都不能忽视，要及时进行分析和处理。

第四，将提取到的信号进行故障处理。通过前面步骤的故障分析，可以对设备当前的工作情况、工作状态进行分析，并且及时做出相应的应对措施，对设备的故障进行及时处理。

（二）钢铁冶炼设备常见故障的处理措施

对于钢铁生产过程中的设备，其故障大多是通过设备的振动异常情况来判断的，当设备出现振动异常情况时，则说明是设备的机械部分出现故障，对于钢设备而言，常见的故障及其处理方式为以下几个方面：

第一，转子不平衡的故障处理分析。当机械设备的转子在转动过程中，转子上的每个质点都会产生离心力，如果转子的转动过程不平衡，则每个质点的离心力是不能相互抵消的，因此导致离心力不平衡。通常情况下转子的不平衡是通过频谱图来显示的，对于新设备而言，应该要综合考虑各种因素，比如出现异常振动的是刚性转子，则应该要对转子的最大转速进行确定，并且对转子的转速进行对比，得出具体的诊断结论。并且要区分出具体的相位，当转子的相位与频率保持一致，则可以判定是基础共振，如果机械设备上的各个质点的离心振幅有差速，则可能由于转子不平衡造成的，对此可以加强对转子的转速控制，使得转子保持相对平衡。

第二，齿轮的故障处理分析。对于齿轮的故障，一般都采用频域诊断或者时域诊断，这两种方式都可以对齿轮的工作状态进行诊断，齿轮的工作状态决定了齿轮面之间的转动力会随着齿轮的转动情况而不断发生变化，而且齿轮的刚度是不断发生变化的。不管设备上的齿轮是不是处于正常的工作状态，其振动都是不能避免的，在图谱上会出现边频带。频谱图

和波形图都能够反映出设备的振动情况，因此可以根据图谱的异常情况对齿轮的故障进行发现，如果图谱的波动情况过大，则说明齿轮可能出现缺齿现象，要及时对齿轮进行拆卸检查，如果确实是出现缺齿现象，要更换齿轮，防止出现其他故障和安全事故。

第三，滚动轴承的故障处理分析。在机械设备的正常工作过程中，轴承产生的振动对其本身并不会造成损害，在设备的不同部位发生的震动，其声音是不相同的，因此可以借助声音来判断损伤的部位。对轴承故障情况进行检测和处理，一般有两种方式，首先要对脉冲信号进行接收，根据轴承出现腐蚀或者损坏的情况，其产生的脉冲信号不同的原理，对具体的脉冲信号进行分析。在轴承表面上产生的损坏或者裂痕会使得脉冲信号产生不同的频率，一般通过听觉就可以进行初步判断。另一种是通过谐振信号来判断轴承的故障。这种方法一般是根据元器件本身固有的频率进行判断的，任何一种元件自身都会存在一个固定的振动频率，在运行过程中，轴承如果出现故障，则其振动频率会发生改变，导致其运行过程中出现振动冲击，并且引起其他零件的振动，在传感器上反映出来的就是信号的异常。针对异常的信号，可以确定轴承出现了故障，对此要积极加强对轴承的维修，如果维修之后还是有异常情况，则要考虑更换一个新的轴承。

第四，裂纹故障。裂纹故障属于物理故障，在机械设备的使用过程中常常会有零件损坏，出现裂纹，而且裂纹会不断扩大，在设备的老化过程中，各种元件的磨损、断裂、腐蚀等形态都会产生裂纹，对于这种故障的检验，一般是通过维修人员观察完成的，当裂纹不明显的时候一般不会对机械性能产生影响，但是如果不及时对裂纹问题进行控制，则裂纹会不断扩大，最终会导致机械设备的性能受到影响，对此，应该要积极加强对机械设备的观察，为了防止严重的裂纹产生较大的安全隐患，技术人员应该要定期对设备的元件进行观察，而且观察过程中要细致，如果发现设备元件中出现裂纹，则应该要及时对裂纹进行修复，如果不能修复，则要及时更换元件，防止出现更加严重的安全隐患。

结语

综上所述，在工业生产过程中，机械设备是必要的工具，机械设备使用过程中往往会出现设备老化、人为故障等多种问题，当出现故障问题的时候应该要及时对故障进行诊断，对故障的类型进行确定，并且找到故障的具体位置，对故障进行排除和解决，提高机械设备的工作性能。此外，在机械设备运行过程中，应该要定期对设备进行检查，要设定完善的检测机制，对机械设备的检查结果进行记录，形成档案，便于后续观察。定期检查可以确保设备能够处于正常的工作状态，减少设备使用过程中的安全隐患。

参考文献