机械设备常见故障机理与特征的研究

摘要旋转机械设备是工业企业常用的设备,对它进行监测和故障诊断,确保设备正常运行或预知设备运行状态是现代设备管理的一项重要内容。本文介绍了机械设备维修的分类。国内外机械设备诊断技术的现状，阐述旋转机械的故障机理、故障特性、故障分类。

关键词：预防维修状态监测故障诊断

中图分类号： TQ420 文献标识码： A

引言：当前我国正在走可持续发展道路，建设节约型社会。节约新品采购费用等，其产生的节资、节材、节能、环保的效益是不言而喻的，这将带动我国维修科学技术向更高水平发展，对加快维修现代化进程将产生深远影响。

一.机械设备维修的基本概念、分类及发展

设备维修作为一个过程，常常被定义为能产生一定效果、有逻辑关系的一系列任务。

1.设备维修方式的分类

设备维修由维修预防、事后维修、改善维修、预防维修和全面规范化五种具体的维修方式构成。

1.1维修预防

维修预防是一种很好的思想，从根本上防止故障和事故的发生，从而减少和避免设备的维修。

1.2事后维修

20世纪初期，工程机械维修一般都是在发生故障以后才进行的，即事后维修。它的最大优点是充分地利用了零部件或系统部件的寿命，但事后维修是非计划性维修，浪费了较多的剩余修理，同时还存在一定的缺陷和不足。事后维修是设备出了故障再修，不坏不修。之所以采用这种维修方式，一方面是因为设备检查诊断不可能把所有的故障隐患全部发现，设备故障在生产中时有发生；另一方面，事后维修方式还是比较经济的，对于简单或不重要的设备，可以采用这种维修方式。

1.3改善维修

改善维修是不断利用先进的工艺方法和技术，对设备进行技术改造，改正设备的某些缺陷和先天不足，提高其先进性、可靠性及维修性，提高设备的运转率。任何先进的设备是相对的，总有某些不足之处和可以改进的地方，通过维修同时对设备进行技术改造，使设备更趋于完善。

1.4预防维修

20世纪50年代，人们对设备的磨损机理认识有了更进一步的深入：机件工作-产生磨损-发生故障-影响使用并危及安全。为使每个机件都达到使用可靠和安全，从而形成了以预防为主的维修思想。这种维修思想包含了主动预防的思想内容，其实质是通过采取各种预防性措施，将故障消灭在萌芽状态，改变了事后维修缺乏计划性的被动局面。预防维修是以加强设备检查为主，设备故障早期发现，早期排除，能大大减少故障的停机时间。

旋转机械的预防维修主要采用获取实时振动参数进行检测和诊断的状态维修办法。1.5全面规范化生产维护

TNPM是以设备综合效率和完全有效生产率为目标，以全系统的预防维修系统为载体，以员工的行为规范为过程，全体人员参与为基础的生产和设备维护、保养和维修体制。设备维修中最重要的是基础化管理，而5s 活动则是设备基础化管理的精髓。5s是日语中整理、整顿、清洁、清扫、素养5个以“S”发音的拼音字头。

2.目前国内外机械设备故障诊断技术现状

故障诊断技术是 20 世纪 70 年代以来，随着电子测量技术、信号处理技术以及计算机技术的发展逐渐形成的一门综合技术。较常用的技术手段有振动监测、噪声监测、温度监测、油液分析、无损探伤等。

故障诊断技术可以在设备运行过程或基本不拆卸的情况下，监测设备的运行技术状况，预测设备的可靠性，判断故障的部位和原因。因此，能够防止突发故障和事故的发生，减少事故性停机；较科学地确定设备修理间隔期和内容，降低维修成本，保证安全生产，节约能源。

2.1国内外较典型的状态监测方式

2.1.1离线定期监测方式

测试人员定期到现场用一个传感器依次对各测点进行测试，并用磁带机记录信号，数据处理在专用计算机上完成，或是直接在便携式内置微机的仪器上完成；这是当前利用进口监测仪器普遍采用的方式。采用该方式，测试系统较简单，但是测试工作较烦琐，需要专门的测试人员；由于是离线定期监测，不能及时避免突发性故障。

2.1.2在线检测离线分析的监测方式

亦称主从机监测方式，在设备上的多个测点均安装传感器，由现场微处理器从机系统进行各测点的数据采集和处理，在主机系统上由专业人员进行分析和判断。这种方式是近年在大型旋转机械上采用的方式。相对第一种方式，该方式免去了更换测点的麻烦，并能在线进行检测和报警；但是该方式需要离线进行数据分析和判断 ，而且分析和判断需要专业技术人员参与。

2.1.3自动在线监测方式

该方式不仅能实现自动在线监测设备的工作状态，及时进行故障预报，而且能实现在线地进行数据处理和分析判断。该方式技术最先进，不需要人为更换测点，不仅不需要专门的测试人员，也不需要专业技术人员参与分析和判断；但是软硬件的研制工作量很大。本课题研究的是这种方式。

随着人工智能理论的发展及其在实际中的应用、数据处理软件的大量开发，今后旋转机械状态监测技术正向多目标、多层次监测和网络化方向发展 。

2.2国外旋转机械的在线检测技术现状

90年代以来，高档微机不断更新且价格迅速下降，适合数字信号处理的计算方法不断优化， 使数据处理速度大为提高，为在工业现场直接应用状态监测技术创造了条件。丹麦、美国、 德国、日本等发达国家的专家学者对旋转机械工作状态监测技术进行了深入研究，研制出不同系统。该类系统以丹麦 B&K公司的2520型振动监测系统、美国BENTLY 公司的3300 系列振动监测系统、美国亚特兰大公司的M6000系统为代表已经达到较高的水平。

在功能上比较典型的系统之一是丹麦B&K公司的2520型振动监测系统，主要功能有：自动谱比较并进行故障预警报警；对6％和23％恒百 分比带宽谱进行速度补偿；幅值增长趋势图显示； 三维谱图显示；振动总均方根值计算；支持局域网。

美国IRD公司的IQ2000系统可认为是至今为止有报道的功能最齐全的监测与诊断系统。

2.3国内旋转机械的在线检测技术现状

80年代中后期以来，我国有关研究院所、高等院校和企业开始自行或合作研究旋转机械状态监测技术，无论在理论研究、测试技术和仪器研制方面，都取得了成果，并开发出相应的旋转机械状态监测系统。如：西安交通大学、浙江大学、北京理工 大学、北京机械工业学院等。

国内主要有以下几种类型：

a.哈尔滨工业大学等单位联合研制的3MD-Ⅰ、3MD-Ⅱ、3MD-Ⅲ系统；

b.西安交通大学机械监测与诊断研究室的RMMDS系统；

c.西安交通大学理论及轴承研 究室的RB20-1系统；

d.郑州工学院的RMMDS系统；

e.重庆太笛公司的CDMS系统；

f.浙江大学 的CMD-I型及II型系统；g.西北工业大学的MD3905系统；

h.北京机械工业学院的BJD-ZⅠ、BJ D-ZⅡ、BJD-ZⅢ系统。

这些系统 的主要功能有：轴振动监测，包括轴心轨迹分析、轴向串动、轴振动位移峰-峰值计算；壳 体振动监测；频谱分析，包括频率细化、阶比谱分析、阶跟踪谱、三维功率谱分析；自动预 、报警；故障特征提取及诊断。

3.总结

振动方法一直是机械故障诊断的重要方法，并且逐渐发展得比较成熟。随着故障诊断系统化网络化方向的发展，所监测的参数不再只局限于振动、轴位移等，而是进一步扩展到了影响机械运行状态的主要工艺过程量，如流量、温度、压力以及一些主要开关量，对于机械设备运行状态的把握更及时、更全面、更准确。

参考文献：

[1]王方，旋转机械的故障诊断，机械工业出版社，2006年

[2]赵骥，朱名栓，罗琦，旋转机械的技术发展及其实现，中国机械工程，2006年第6期

[3]谢龙汉，单岩，周超明，旋转机械中的不平衡故障，清华大学出版社，2005年1 月