浅析机械设备故障检测技术

李春风

摘要：机械设备故障诊断技术是一门了解和掌握机械设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是否正常，早期发现故障及原因，并预报故障发展趋势的技术，在现代工业中发挥着十分重要的作用。本文从故障诊断的发展历史入手，介绍了故障诊断的方法及其优缺点以及目前该方法的研究重点。

关键词：机械设备;故障;检测技术

一、前言

自动检测技术的研究内容包括：一是研究如何正确地获得所需信息的方法;二是研究在当今电子信息时代对所需信息进行采集，转换，传输和处理的测量仪器及自动检测系统。

自动检测系统通常由传感器，测量电器和输出单元等部分组成，其中还包括电源和传输通道等不可缺少的部分。系统中传感器的主要作用是将被测非电量转换成与其成一定关系的电量。但是传感器的输出信号一般很弱，而且伴有各种噪声，因此需要检测电路将它放大、剔除噪声选取有用信号并进行演算处理与转换，从而输出能控制执行机构动作的信号。由此可见，传感器在自动检测系统中占有重要地位，它获取的信号正确与否关系到整个系统的测量精度。

在工程技术领域中，工程研究、产品开发、生产监督、质量控制和性能实验等都离不开检测技术。在机械制造行业中，通过对机床的许多静态、动态参数，如工件的加工精度、切削速度、床身振动等进行在线检测，从而控制加工质量。在化工、电力等生产过程中，温度压力、流量、液压等过程参数的检测是实现生产过程自动化的基础。在工业机器人中自动检测技术应用也手臂的位置和角度，传感器应用于视觉和触觉，检测技术已广泛应用于工业，交通，机械等各个方面，成为国民经济发展和社会进步的一项必不可少的重要基础技术。

在机械制造与自动化行业中，生产过程的自动化的首要环节就是通过检测获得相关信息，从而进行分析判断并实施控制。所谓自动化，就是用各种技术工具与方法代替人工完成检测、分析、判断和控制工作。因此，检测装置代替了人的眼睛作用，具有工业眼睛之称。它获取信息是否准确及时是实施自动化，确保生产正常的关键所在。在自动检测与转换是自动化技术中不可缺少的组成部分。

检测技术所涉及的知识非常广泛，渗透到各个学科领域。由于科学和技术的发展，自动化程度越来越高，因而对自动检测系统的要求越来越高。在流水化作业中，常大量采用自动化生产线以减少中间环节，提高工作效应，以降低生产成本。传感器是实现生产线自动化的重要条件，在一条生产线中传感器往往有上百个，绝大多数的传感器起着位置检测的作用，也有一些温度传感器，颜色判别，长度检测等传感器。自动化生产线中最常使用的传感器有光电传感器、磁性开关。如果把自动化生产线比做人，则电传感器就是人的眼睛，磁性开关就是人的触觉，它们是自动化生产线中的检测元件。

机械设备故障检测技术在现代化生产中有相当重要的作用，应用故障诊断技术对机械设备进行监测和诊断，可以及时发现机器的故障和预防设备恶性事故的发生，从而避免人员的伤亡、环境的污染和巨大的经济损失。随着现代化大生产的发展和科学技术的进步，机械设备的结构越来越复杂，这门技术已受到越来越高的重视。

二、设备故障检测技术的发展

机械故障检测作为一门新型的学科，发展至今，已有30余年，初步形成了以震动和诊断、温度检测、油样分析和无损探伤为主的局面。其检测内容包括两方面：对设备运行状态进行监测和发现异常情况后对设备的故障进行分析、诊断。而时至今日，又兴起一种多变量、多故障的综合诊断技术——人工智能，而作为其重要分支的人工神经网络，已成为机械故障检测的研究热点。如今人造卫星、电网系统、发电机组、冶金设备和飞机、轮船、骑车发动机等领域都应用上设备故障检测技术。

三、故障检测的主要方法

经过30年的发展，机械设备故障检测技术在深度和广度上都得到了充分的发展，总体趋于完善和成熟，此外，还有多新兴技术手段不断涌现，呈现出一派欣欣向荣的景象。下面，我将介绍几种比较常用的故障检测方法。

（一）解析冗余取代硬件冗余

解析冗余主要是通过构造观测器估计出系统输出，然后将它与输出的测量值比较从中取得故障信息。该方法是以系统数学模型为基础，利用观测器、参数模型和空间方程的方法产生残差，通过现代优化方法和控制理论作为指导，再结合相应的阈值或法则来评估决定残值。作为系统修复、重构和监控、容错控制的前提，这种诊断方法必須要与控制系统紧密结合。

（二）振动检测技术

振动信号是设备状态信息的载体，它蕴含了丰富的设备异常或故障的信息.而振动特征是设备运行状态好坏的重要标志。系统的输出在幅值、相位、频率及相关性上与故障源存在着某种关系，当系统的某个零件故障时，其振动信号的功率谱就会出现相应的反应，通过对这种信号的处理分析，并结合诊断对象的历史情况就可以分析出系统的故障所在。用的方法相关分析、有谱分析、功率谱分析和概率密度法。

四、诊断技术的发展趋势

现代故障诊断的发展方向是是实现主动维修策略、监测控制、容错控制、自治控制、可信性系统等设计中的关键，他与冗余控制、容错控制、余度管理监控控制和监控控制等可靠性系统设计紧密结合的。数学工具在机械设备的故障诊断与监测技术发展中起了相当重要的作用。数理统计和概率论都曾成功地解决了许多机械诊断问题。因此，大力发展信号处理技术也是至关重要的。随着网络技术的发展，实现多专家与多系统的共同诊断，一种有效的解决途径就是建立基于网络的远程故障诊断与监测系统。基于网络的设备故障诊断与监测系统是今后发展的必由之路，可以直接提高企业设备管理和护水平，对提高企业效益和国际竞争力具有巨大作用。

五、结束语

近几年来，机械故障诊断学科征国内外都得到了前所未有的发展，在生产中的应用已深入到各个领域，诊断理论和方法已有多种。尽管如此，无论在技术上还是在理论方法方面都有待于进一步发展和完善。故障机理和故障特性的研究不仅应适应学科发展，而且应领先一步;新理论和新方法的应用不仅要快，还应更深入;各种理论和技术的相互渗透应不断深化;应用范围不仅应更广，而且内容也应更丰富;监测诊断应与维修保养管理结合得更紧密。

参考文献：

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（作者单位：江苏沿海农业机械检测有限公司）