《农业机械故障诊断与维修》课程论文:

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静止设备故障诊断

摘要

故障诊断是利用各种检查和测试方法，发现系统和设备是否存在故障的过程是故障检测；而进一步确定故障所在大致部位的过程是故障定位。故障检测和故障定位同属网络生存性范畴。要求把故障定位到实施修理时可更换的产品层次（可更换单位）的过程成为故障隔离。故障诊断就是指故障检测和故障隔离的过程。系统故障诊断是对系统运行状态和异常情况作出判断，并根据诊断作出判断为系统故障恢复提供依据。要对系统进行故障诊断，首先必须对其进行检测，在发生系统故障时，对故障类型、故障部位及原因进行诊断，最终给出解决方案，实现故障恢复。就本系统而言，为保证宽高仪系统稳定性，专门设计了故障诊断方案。故障诊断的主要任务有：故障检测、故障类型判断、故障定位及故障恢复等。其中：故障检测是指与系统建立连接后，周期性地向下位机发送检测信号，通过接收的响应数据帧，判断系统是否产生故障；故障类型判断就是系统在检测出故障之后，通过分析原因，判断出系统故障的类型；故障定位是在前两部的基础之上，细化故障种类，诊断出系统具体故障部位和故障原因，为故障恢复做准备；故障恢复是整个故障诊断过程中最后也是最重要的一个环节，需要根据故障原因，采取不同的措施，对系统故障进行恢复。

关键字：故障 故障诊断

正文

所谓的静止设备是指在生产过程中静止或者配有少量传动机构组成的装置，静止设备的分类按设计压力分类常压设备：P＜0.1Mpa；低压设备：0.1 Mpa≤P＜1.6Mpa；中压设备：1.6Mpa≤P＜10Mpa；高压设备：10Mpa≤P＜100Mpa；超高压设备：P≥100Mpa。（注：P＜0时，为真空设备）按设备在生产工艺过程中的作用原理分类：反应设备、换热设备、分离设备、储存设备。

由于静止设备的工作原理及工作环境与普通设备区别很大，故其诊断也与其他设备不同，在诊断过程中要避免对设备的拆卸，最好在不影响整体设备的前提下对静止设备进行诊断，以免在诊断过程中造成不必要的二次故障。由于其特殊性，静止设备的故障诊断主要方法有以下几种：

首先是声振诊断技术，各种机械设备、组成它们的零部件以及安装它们的基础，都可以认为是一个弹性系统。在一定条件下，弹性系统在其平衡位置附近作往复直线或旋转运动，这种每隔一定时间的往复性微小运动，称为机械振动。机械设备又常处在空气或其他介质中，机械振动将使介质振动形成振动波，机械的噪声就是不规则的机械振动在空气中引起的振动波，因而从本质上讲噪声也是振动。因此，将利用振动测量和噪声测量及它们的分析结果来识别机械设备故障的技术统称为声振诊断技术。在有些文献中，也可以将它们分开来形成振动诊断技术和音响诊断技术。故障的声振识别通过将被测声振信号的特征量值与特征量限值相比较实现。在绝对标准中，利用被测声振信号的特征量值与标准特征量值相比较；在相对标准中，利用被测声振信号的特征量值与正常运行时的特征量值相比较；在类比标准中，利用同类设备在同种工况条件下的声振信号的特征量值相比较，做出有无故障的判断。声振诊断技术包括振动诊断技术和音响诊断技术，振动诊断技术形成的诊断系统可分为两类：简易诊断仪和精密诊断系统。简易诊断仪通常是便携式测振仪，它是通过测量放大器将测振传感器感受的振动信号放大，而后通过检波器以振动的峰值或有效值显示，从而了解机械的振动状态。精密诊断系统可有两种形式：一种适用于点检，即定期对被监测或诊断的设备进行检测，将振动信号记录在磁带记录器上，而后在实验室的数据处理机上或计算机上进行分析和处理，从而达到监测和诊断的目的。另一种是在线监测和诊断系统，它既可以监测机械的工作状态，通过检波器直接进入显示装置和控制器，预报可能出现的故障状态和停机处理；对于精密诊断系统，又可以通过中央处理机处理和分析后，给出分析结果去判断故障部位和原因，做出维修对策。现代化的生产线，大都是大型的、连续的和自动化的装备组成，都带有这种由微机分析和控制的在线监测和诊断系统。复杂的带有推断过程的系统有时又称为专家系统。音响诊断技术是指利用音响的差异进行机械设备的故障诊断是一各古老而又常用的方法。过去是靠人耳的感觉和经验来实现监测和判断，今天是利用对声波的测量和分析来实施诊断的.声波是振动在空气介质中的传播。当振源的频率在20~20000Hz之间时，振源引起的波动称为有声波，人的耳朵可以感受它。当振源的频率低于20Hz或高于20000Hz时，人耳无法听到，低于20Hz的波动称为次声波；高于20000Hz的波动称为超声波。超声波诊断技术将在无损检测探伤中介绍，而音响诊断技术只是从有声波的角度，特别是利用噪声的测量和分析来识别故障。在机械设备中，由于机械由很多运动着的零部件组成，因此，有很多个振源引起声波。这些不同频率、不同声强的声波无规律的混合就组成了机械的噪声，在故障诊断中所碰到的声波大部分是噪声。故障的识别就是要从这些噪声中提取由故障源引起的噪声。因此，要进行噪声测量，通常的测量系统包括传声器、测量放大器或声级计、磁带记录

器及信号分析仪。传声器也称话筒，用来感受空气中的噪声并将其转换为电信号。声级计用来将传声器测得的信号进行放大及其他处理。磁带记录器用来将电信号记录于磁带中而使之可以重现。信号分析仪用来对信号进行分析处理，以便识别噪声源，进而可获得故障点。 其次是温度诊断技术， 温度异常是机械设备故障的“热信号”，许多受了损伤的机件，其温度升高总是先于故障的出现。通常，当机件温度超过其额定工作温度，且发生急剧变化时，则预示着故障的存在和恶化。因此，监测机件的工作温度，根据测定值是否超过温升限值可判断其所处的技术状态，这就是温度诊断技术。若将采集到的温度数据制成图表，并逐点连成直线，利用该直线的斜率，可对机件进行温度趋势分析；利用求出该直线的斜率值，还可推算出某一时刻的温度值，将此温度值与机件允许的最高温度限值比较，可以预报机件实际温度的变化余量，以便发出必要的报警。在某些情况下，如温度变化速度太快可能引起无法修复的故障时，则可中断机械运转。采用温度诊断所能发现的常见故障有发热量异常、流体系统故障、滚动轴承损坏、保温材料的损坏、机件内部缺陷、电气元件故障、非金属部件的故障、疲劳过程。采用温度诊断技术时，准确地测量温度是非常重要的。常用的测温方法有热电偶测温、热电阻测温、红外测温等。红外测温的原理是：比可见红光波长更长的辐射光线称为红外线。红外线虽是人们眼睛看不见的光线，但它是具有较高热效应的辐射光线。除了太阳能辐射红外线外，凡温度高于绝对零(-273.150C)的任何物体都能辐射红外线，而且物体的温度越高，发出红外线的能量越多，红外测温就是利用这种特性对物体的温度进行测量的。红外测温的装置有红外测温仪、红外热象仪。常用的红外测温仪有辐射测温仪、单色测温仪、比色测温仪等。辐射测温仪是利用热电传感元件，通过测量物体热辐射全部波长的总能量来确定被测物体表面温度；单色测温仪是通过测量物体热辐射中某一波长范围内所发出的辐射能量来确定被测物体表面温度；比色测温仪是通过测量物体热辐射中两个不同波段的辐射能量的比值来确定被测物体表面温度。红外热象仪能把物体发出的红外辐射转换成可见图像，这种图像称为热象图或温度图。由于热象图包含了被测物体的热状态信息，因而通过热象图的观察和分析，可获得物体表面或近表面层的温度分布及其所处的热状态。由于这种测温方法简便、直观、精确、有效，且不受测温对象的限制，因而有着广阔的应用前景。热象仪在温度诊断中已广泛用于探测化工设备和管道中的腐蚀、减薄、沉积、泄漏、烧蚀和堵塞等故障。在红外测温装置中，用于感受红外辐射能量并将其转换成与被测温度有关的电信号的器件称为红外探测器。按其工作原理可分为热敏探测器和光电探测器两类。热敏探测器是利用红外辐射的热效应制成的，采用热敏元件；光电探测器是利用光电元件受到红外辐射时产生的光电效应，将红外辐射能量转变为电信号。

还有就是污染诊断技术，污染诊断是以机械设备在工作过程中或故障形成过程中所产生的固体、液体和气体污染物为监测对象，以各种污染物的数量、成分、尺寸、形态等为检测参数，并依据检测参数的变化来判断机械所处技术状态的一种诊断技术。目前，已进入实用阶段的污染诊断技术主要有油液污染监测法和气体污染物监测法。.油液污染监测法：各类机械的流体系统，如液压系统、润滑系统和燃油系统中的油液，均会因内部机件的磨损产物和外界混入的物质而产生污染。被污染的油液将带着污染物到达系统的有关工作部位，当污染程度超过规定的限值时，便会影响机件和油液的正常工作，甚至造成机件损伤或引起系统故障。所以，根据监测和分析油液中污染物的元素成分、数量、尺寸、形态等物理化学性质的变化，获取机件运行状态的有关信息，从而判断机械的污染性故障和预测机件的剩余寿命，这就是油液污染监测法。由于流体系统油液污染引起的任何故障都可能对整机造成严重危害，因而在国内外都十分重视这类故障监测方法和装置的研究。已进入实用阶段的监测方法很多，其中常用的方法可分为两类，一类是通过监测油液中固体污染物元素成分、含量、尺

寸分布和颗粒形态等参数的变化，来判断机件磨损部位和严重程度的方法，如油液污染度监测法、磁性碎屑探测法、油液光谱分析法等。另一类是通过监测油液的物理化学特性和污染程度的变化，来判断油液本身的污染状态和故障趋势的方法。油液污染度监测法是通过测定单位容积油液中固体颗粒污染物的含量，以此反映系统或零件所受颗粒污染物的危害程度。可细分为称重法、计数法、光测法、电测法、淤积法等。磁性碎屑探测法的基本原理是采用带磁性的探头插入润滑系统输油管道内，收集润滑油内的残渣，并用肉眼或低倍放大镜来观察残渣的数量、大小和形状等特征，据以判断系统中零件的磨损状态。该方法适用于探测油液中残渣颗粒尺寸大于50μm的情况，特别是对于捕捉某些机件在磨损后期出现的颗粒尺寸较大、而且其中大部分是铁的磨损微粒的情况，它是一种简便而有效的探测手段。油液光谱分析法是指利用原子发射光谱或原子吸收光谱分析油液中金属磨损产物的化学成分和含量，从而判断机件磨损的部位和磨损严重程度的一种污染监测方法。光谱分析法对分析油液中有色金属磨损产物比较适用。例如，油液中铜和铅的污染物发生在装有铜、铅轴承的发动机中。通过光谱分析，根据油液中铜、铅元素的出现及其含量，便可定性地判断发动机的磨损零件是铜—铅轴承，同时还可以定量地判断轴承的磨损程度。气体污染物监测法：机械在故障形成过程中或在错误控制下，常常会产生各种气体或液体污染性物质，例如，电气系统故障形成过程中产生的溶解气体；密封性故障形成过程中产生的漏失气体或液体；以及发动机或烟通排放的废气等。这些污染性物质本身也携带着机件的故障信息，对这些污染性物质的性质、数量和成分进行监测和分析，同样能判断机械设备所处的技术状态。

最后是无损诊断技术， 无损诊断是在不损伤和不破坏被检物(原材料、零部件和焊缝等)的前提下检查被检物表面及内部缺陷的一种技术手段，又称为无损检测或无损探伤。无损诊断方法有多种，生产中最常用的为射线探伤、超声波探伤、磁粉探伤及渗透探伤。射线和超声波探伤主要用于探测被检物的内部缺陷；磁粉探伤用于探测表面和近表面缺陷；渗透探伤则用于探测表面开口的缺陷。.射线探伤：射线探伤是检查材料内部缺陷比较成熟的一种方法，它是利用射线能够穿透物质的特性来检测缺陷。目前应用最广泛的是X射线和γ射线，高能X射线在工业上也逐渐得到应用。超声波探伤：超声波探伤是利用超声波射入被检物，由被检物内部缺陷处反射回来的伤波来判断缺陷的存在、位置、性质和大小等。磁粉探伤：磁粉探伤的基本原理是：当铁磁材料被磁化时，若材料中无裂纹、气孔、非磁性夹渣等缺陷，则磁力线均匀分布穿过工件；若材料内部有缺陷，由于缺陷的磁阻较大，磁力线会绕过缺陷发生弯曲；当缺陷位于浅表或表面开口时，磁力线绕过缺陷时会在表面产生

一漏磁场，漏磁场能够吸附具有高磁导率的三氧化二铁、四氧化三铁等强磁性粉末(简称磁粉)，从而显示出缺陷的位置和形状。渗透探伤渗透探伤是目前常用的一种表面开口缺陷检测方法，它是借助液体对微细孔隙的渗透作用使浸涂或喷涂在工件表面渗透力很强的液体（渗透剂）渗入工件表面的微小缺陷内；待清除表面残留的渗透液后，再喷涂显像剂，利用毛细管作用又将留在缺陷内的渗透液由显像剂吸出表面形成色痕，从而显示出缺陷。 以上就是对静止设备故障诊断的总结，其实，在实际应用中应该还有许多方法，但是无奈与自己知识面的狭窄，只能总结出这几条。在此论文中的不足之处还望老师批评指正，最后，感谢张老师对我们的悉心教导！

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