造纸机械状态监测与故障诊断技术的应用与发展

王明俊 张俊

摘 要：目前我国大量引进高速、宽幅、自动化程度高的造纸机械设备，但是经过长时间的运行难免会出现设备上的各类故障，影响设备正常运行。主要探讨了造纸机械主要故障的诊断，并提出相应维修方法，提高造纸机械设备运转的效率。

关键词：造纸机械；状态监测；故障诊断

引言

随着科学技术的不断进步，造纸行业发展也不例外。在造纸行业生产过程中，会应用到许多的机械，难免会出现机械故障，这时应及时的采取措施，选择正确的方法进行维修，以保障造纸机械能够正常、安全的运转。

一、现代机械故障的典型特征

从故障诊断的角度来看，现代机械故障一般有着下列特征：

1.1因果关系的复杂性

随着现代机械系统自身功能和结构变得日益复杂，造成机械故障的原因也日益复杂化。机械系统的症状、故障和原因之间经常存在着各种各样的交叉重叠，通常情况下，一个往往是由于多种原因所致。比如说，液压执行元件速度过慢，其可能的原因包括润滑不良、执行件本身磨损、负载过大、系统内存有泄漏口、调压系统故障、导轨误差过大及调速系统故障等等。另外，某个故障源也会引起多种症状，某个症状也可能是由于多个故障源共同作用造成的。

1.2故障点较隐蔽

机械系统的失灵和损坏通常是由于发生在深层内部的原因引起的，由于大多数机械系统拆装较复杂繁琐，通常故障现场也没有有效的检测条件，因此故障源判断起来较为困难。同时由于能被肉眼直接观察到的症状毕竟有效，再加上诸多不确定因素的影响致使机械故障分析比较困难。

1.3相关因素的不确定性

许多机械系统在日常运行过程中容易受到各种各样的不确定因素的影响而发生故障，例如机械周遭环境温度的变化，电网电压的变化、机械外部环境污染物的入侵等等。这种不确定性还表现在相关信号的非线性、不平稳性及非高斯分布等。由于这些不确定因素的影响，机械系统发生故障的部位和变化也往往难以确定，致使故障的特征信息不明显，难以准确判断分析机械故障源所在。

二、振动监测与造纸机械故障诊断及维修

2.1振动监测技术简介

根据相关数据资料统计，约有60%以上的机械设备故障是由于机械振动造成的，振动与机械系统的运行状况有密切关联。随着近年来我国造纸工业的迅速发展，大型、复杂、精细化的造纸机械也得到了快速发展，因此带来的造纸机械工程振动问题越来越突出，目前许多中高速造纸机械的日常监测和维护越来越依赖在线振动监测技术。

造纸机械振动监测和故障诊断技术将采集到的振动数据利用信号处理技术对其进行分析研究，之后进行模式识别，进而判断机械设备是否存在异常，找出故障发生的位置和原因或对故障进行预测。因为振动监测及其故障诊断方法在保障造纸机械正常运行的同时，其实时性好且易于与造纸机械设备配套使用，又降低了设备维修费用从而增加了企业的经济效益，所以对该技术进行分析研究具有非常重要的现实意义。

2.2对造纸机械进行振动监测部位的主要分布

对造纸机械进行状态振动监测和故障诊断主要分为对造纸机械运行性能和造纸机械运行状态等两方面的检测诊断。

①运行性能监测是通过测量振动、压力脉冲、转速及纸张质量来进行的，其监测的主要方面是机械不同转动设备部件对造纸机在运行过程中的影响。测量点与计算机监测站相连接并对测量信号进行同步时间平均法计算，被讨论的趋势数据、测量数据及应用计算的结果会被储存。趋势数据能对频谱及时域信号进行详细的计算分析，主要用来分析不同参数的变化幅度。压区振动、纸张质量及流浆箱的压力波动是被监测的目标。这些被监测参数的变化通过各个监视设备占有比例的形式反映显示给监测人员。主要的监测点位于筛后压力测量、晒脉冲发生器、泵脉冲发生器、管束压力测量、上浆泵压力测量、压区辊子振动、压区辊子脉冲发生器、刮刀加载压力振动、辊子振动、辊子脉冲发生器等处。

②运行状态监测通过以振动测量为基础来监测造纸机械设备的运行状态。经过状态监测，可以在造纸机械出现机械故障的早期及时发现并适时安排维护修理工作，从而保障了造纸机的正常运行，减少了计划外停机故障的发生。传感器及分析站是完成造纸机械运行状态监测的主要设备。通过对振动信号的系统测量，并把测量结果用于计算时域信号、包络线和频谱。

三、油液分析技术与造纸机械故障诊断及维修

3.1我国油液分析技术的应用概况

国内最早利用油液分析来进行设备状态监测的科学研究发生于上世纪70年代末。广州机械科学研究院于1982年引进美国的FOXBORO双联铁谱分析仪用于对机械运行状态的监测；于1983年再度从美国某公司引进了PC-320自动颗粒计数仪，应用于检测液压油和润滑油的污染度；在1984年到1988年通过使用红外光谱技术、铁谱技术及颗粒计数技术并结合扫描电子显微镜对东风型内燃机车实施了机械运行状态监测。

3.2油液分析技术与监测设备运行状态的關系

机械所使用的润滑油可以透露出诸多有关机械设备运行状态的信息，在机械设备正常运行的情况下对设备工作状况进行监测，通过分析被测设备在用润滑油中的磨损颗粒及性能变化等情况能够获知机械设备的磨损颗粒状态及润滑状态等信息，从而能够及时对机械设备的运行状况作出判断并对其故障进行预测，分析出机械故障的类型、发生原因及准备部位，为正确维修设备提供了有效的参考资料，同时也能在故障发生前进行适当修理，一方面降低了设备维修成本并减少了误工时间，另一方面提高了机械设备利用率、其使用寿命和安全性能。

3.3油液分析技术的内容

润滑油自身性能的分析及润滑油携带磨损颗粒分析是油液分析技术的两个主要方面。具体说来，首先收集机械设备的在用润滑油，通过对润滑油中的微粒进行定性定量分析及对润滑油性质的分析来判断机械设备是否正常运行，并作出故障预报和诊断。润滑油油品分析主要是对油品的理化指标或者说受污染的程度进行分析，主要表现在润滑油的衰化、添加剂的污染和损耗等。磨损微粒的数量、微粒化学成分、微粒尺寸分布及几何形态是润滑油磨损微粒分析的几个主要方面。通过该项分析能够较为准确的判断出机械设备的磨损类型、程度及位置，从而利于对机械零部件磨损机理做进一步的探究。

四、结束语

机械故障诊断及维修技术正随着科技的进步，社会的发展而不断发展，其发展方向呈现智能化和多样化。国内外众多的实践表明，振动监测技术和油液分析技术是对现代造纸机械进行故障诊断及维修的有效方法。当前的造纸机械正向着越来越大型、高速、复杂和连续发展，对造纸机械进行在线振动监测为主的状态监测和故障诊断是对机械进行预知性维护的发展必然。同时，由于我国造纸行业对油液技术在诊断和维修现代造纸机械的研究非常少，其应用远远不如振动监测技术普遍，但我们要看到油液分析技术的潜在价值和研究意义，更加注重对其的分析研究。

参考文献：

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