机械设备故障诊断与监测方法研究

许春园

摘要：机械设备在工业生产中具有举足轻重的地位，不但关系到生产效率，而且还与产品质量密切相关。一旦机械设备出现故障，轻则会影响产能，严重时可能造成停产。因此，对机械设备故障进行快速诊断显得尤为必要。基于此点，文章从机械设备关键部件的常见故障分析入手，论述了机械设备故障诊断与监测方法。期望通过文本的研究能够对促进机械设备故障诊断与监测水平的提升和机械设备使用寿命的延长有所帮助。

关键词：机械设备;故障诊断;监测方法

0  引言

近年来，在科技水平不断提升的推动下，使制造业得到快速发展，智能化制造技术的应用越来越广泛，基于这一背景，机械设备的精密程度越来越高。与此同时，机械设备的运行环境日趋复杂化，设备故障几率显著增大，如果未能及时发现机械设备的故障问题，可能会造成机械设备整体性损坏的严重后果。为此，对机械设备故障进行诊断和监测显得尤为必要。借此，下面就机械设备故障诊断与监测方法展开分析探讨。

1  机械设备关键部件的常见故障

机械设备是工业生产中不可或缺的重要组成部分之一，其性能优劣直接关系到生产能效。机械设备是由各种零部件组合而成的装置，这些零部件在长期的运转过程中，难免会出现故障问题，由此会对机械设备的整体性能造成影响，进而导致生产效率下降。下面对机械设备中关键部件的常见故障进行分析。

1.1 滚动轴承故障

在机械设备中，滚动轴承是较为重要零部件，因该零部件的运转频率较高，从而使其成为机械设备的易损零件之一。当滚动轴承损伤之后，一些故障便会随之出现，导致滚动轴承损伤的原因有疲劳损伤、摩擦损伤、腐蚀损伤、断裂等。

1.2 齿轮箱故障

在机械设备中，齿轮箱是应用较为广泛的部件之一，绝大部分机械设备都有齿轮箱。在机械运行过程中，齿轮箱内的齿轮常常会出现划痕、磨损、断裂等问题，如果这些问题得不到及时有效地处理，则会导致齿轮箱

失效。

1.3 转子故障

在旋转机械设备中，转子是核心部件，如果转子故障，则会对机械设备的运行稳定性造成影响。转子常见的故障有不平衡、转轴弯曲、不对中、连接松动等。

1.4 电动机故障

机械设备是由机械结构和电动机两部分组合而成，如果电动机故障，则会导致机械设备无法正常运转。电动机常见的故障有振动、异响、过热、短路、空载损耗大、三相电流不平衡等。

2  机械设备故障诊断与监测方法

当机械设备出现故障时，需要在最短的时间内对故障进行诊断，据此查明故障原因，从而为故障处理提供依据。

2.1 振动监测与诊断

在对机械设备进行状态监测的过程中，会遇到以下几种振动：周期振动、随机振动等，振动会产生一定的振幅，其代表的是振动的强度和能量，而频率则是机械振动的主要特征。通过相应的仪器，可以对机械设备的振动情况进行监测，在此基础上能够快速完成故障诊断。可用于机械设备振动监测的仪器有以下几种：涡流式位移传感器、磁电式速度传感器以及压电式加速度传感器，其中压电式加速度传感器的灵敏度较高、频率范围宽、体积小，从而使其成为目前应用较为广泛的振动监测仪器。除了传感器之外，在机械设备振动监测与故障诊断中，还需要使用分析仪器和故障诊断专家系统。利用振动监测与诊断技术，能够对机械设备的滚动轴承故障、齿轮箱故障以及转子故障进行诊断。

2.2 噪声监测与诊断

机械设备在运行时，除了振动之外，还会产生一定的噪声，通过对噪声的监测，可以为故障诊断提供依据。对于声音而言，声强和声压是较为重要的参数，同时，这两个参数也是噪声测量的主要对象。近年来，随着科学技术水平的不断提升，使得FFT（快速傅里叶变换）分析仪，在机械噪声监测中得到广泛应用。

不仅如此，双话筒互谱技术在声强测量中也得到一定的应用，由此不但提高了检测速度，还确保了检测结果的准确性。在机械设备运行现场，对噪声进行测量时，可以借助声级计，该仪器最为突出的特点是能够直接测得声压级。在对机械设备运行中产生的噪声进行测量后，根据所得的结果，便可对机械故障的部位及其程度进行确定。当机械设备运行时发出噪声，便可通过噪声监测与诊断技术，对机械设备的故障进行诊断，从而为故障维修提供依据。

2.3 红外测温与诊断

机械设备在运行的过程中，设备本身的温度会发生一定程度的变化，当机械设备出现故障后，此时的温度变化幅度会显著增大，通过红外测温，对机械设备的温度变化情况进行监测，能够提高故障诊断效率。目前，对机械设备的温度变化进行监测时，常用的仪器为红外线测温仪，不同型号的红外线测温仪，可以检测的物体表面温度范围有所区别，由于测温仪不需要与机械设备相接触，所以可以远距离完成温度检测。通过对红外线测温仪测得的结果进行分析，便可对机械设备的故障进行诊断。需要注意的是，红外线测温仪容易受到环境因素的影响，由此可能会导致测量结果的误差增大，为避免这一问题的发生，应当对测得的数据进行补偿和修正，从而使测量误差降至允许范围之内，提高结果的准确性。

2.4 润滑油磨粒监测与诊断

机械设备在运行的过程中，部分零部件可能会因为磨损程度过于严重而导致失效。机械零件出现磨损时，会产生磨粒，其中隐含着大量与设备运行状态有关的信息，通过对机械设备润滑油中的磨损颗粒进行监测，并对其成分、形貌、尺寸等指标进行分析，可以判断出机械设备的磨损程度，从而为故障诊断提供依据。由于机械設备的磨损状态具有复杂性的特点，致使磨损颗粒的分析结果会受到一些因素的影响，如工况、运行环境等等，因此，需要对磨损颗粒进行在线监测，借助传感器和通信网络，将现场采集到的信息传给计算机系统，确保分析结果的准确性。

2.5 智能监测与诊断

近年来，在AI（人工智能）技术快速发展的推动下，一些智能化的监测与诊断系统随之出现，这给机械设备故障诊断与监测提供了强有力的技术支撑，不仅提高了监测效率，而且还使诊断结果更加准确。因此，在机械设备故障诊断中，推广应用智能监测系统尤为必要。

从目前的总体情况来看，智能监测是机械设备故障诊断最为先进的技术之一，可将该技术用于旋转机械的故障诊断当中，借助设置在现场的数据采集装置，能够对机械设备的运行参数进行实时采集，经通信网络传给智能监测系统，系统则会根据这些参数对机械设备当前的运行状态进行分析。在旋转机械设备中，泵和齿轮传动系统是较为重要的組成部分之一，这两个部分在机械运行中，会出现不同程度的磨损，并且有时还会出现螺栓松动、轴对中偏移等现象，如果上述问题得不到及时有效地处理，将会逐步演变为故障。通过智能监测系统的运用，可以在机械运行状态异常时，发出报警提示，并对相关数据进行分析，判断出故障的成因，从而为故障快速处理提供详实、可靠的依据，避免了故障问题扩大造成的损失。

2.6 超声波无损监测与诊断

超声波探伤无损检测是一种较为先进的技术，主要是利用超声波的穿透性，对金属材料内部的缺陷进行检查。当超声波从金属零件表面通入之后，在传播的过程中，如果遇到缺陷便会产生反射波，其波形会显示在液晶屏上，通过对波形的分析，能够准确诊断出机械零件中的缺陷位置及程度。超声波探伤最为突出的特点是不会对零部件造成任何损伤，检测速度快、准确度高。正因如此，使得该技术在机械设备故障监测与诊断中得到越来越广泛的应用。如，可以利用超声波探伤对机械设备滚动轴承中的故障问题进行快速检测。

3  结论

综上所述，机械设备作为工业生产的重要组成部分之一，保证其稳定、可靠运行尤为必要。然而由于机械设备的运行环境较为复杂，加之工作时间长，从而增大了故障发生几率，一旦机械设备出现故障，会对工业正常生产造成影响。所以，应当采取有效的方法，对机械设备故障进行监测和诊断，从而为故障维修处理提供准确依据。在未来一段时期，应当加大对机械设备故障诊断与监测技术的研究力度，除对现有的技术进行改进和完善之外，还应开发一些新的技术，更好地为机械设备故障诊断服务。

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