工程機械狀態檢測與故障診斷技術

    工程機械狀態監測與故障診斷技術是一門了解和掌握設備運行過程中的狀態，進而確定其整體或局部是否正常，以便早期發現故障
、zhamingyuanyin
，bingzhangwoguzhangfazhanqushidejishu，qimudeshibimianguzhangdefasheng，zuidaxianduditigaogongchengjixiedeshiyongxiaolv。qizhongzhuangtaijianceshizhiduijiqidemouxietezhengcanshu(如振動
、噪音和溫度等)進行測取
，將測定值與正常值進行比較，從而判斷機器工作是否正常。故障診斷對機器發生故障的原因、部位及程度等作出判斷，從而確定維修方案。狀態監測是基礎，故障診斷是在監測的基礎上實現的。工作過程如圖1所示。
 
    1.設備監測與診斷技術現狀
 
    我國開展設備監測與診斷技術研究始於80年代初。經過二十年的發展
，從理論到實踐都取得了較大的進展。目前，國內檢測診斷技術的研究主要集中在以下幾個方麵：
 
    1.1 傳感技術研究
 
    傳感技術是反映設備狀態參數的儀表技術。國內先後開發了各種類型的傳感器，象電渦流傳感器、速度傳感器、加速度傳感器和溫度傳感器等；最近開發的傳感技術有光
 
導纖維、激光、聲發射等。
 
    1.2 關於信號分析與處理技術的研究
 
    從傳統的譜分析、時序分析和時域分析，開始引入了一些先進的信號分析手段
，如短時傅立葉分析，Wigner譜分析和小波變換等。這類新方法的引入彌補了傳統分析方法
 
的不足。
 
    1.3 關於人工智能和專家係統的研究
 
    這方麵的研究已成為診斷技術的發展主流
，目前已有“工程機械故障診斷專家係統”

，但這一技術在工程方麵的研究尚未達到人們所期望的水平。
 
    1.4 關於神經網絡的研究
 
    比如旋轉機械神經網絡分類係統等的研究已經取得了應用，取得了滿意的效果。
 
    1.5 關於診斷係統的開發與研究
 
    從單機巡檢與診斷到上下位機式的主從機結構，直至以網絡為基礎的分布式結構係統的結構越來越複雜，實時性越來越高。
 
    1.6 專門化與便攜式診斷儀器和設備的研製與開發。
 
    2. 幾種常規檢測診斷技術(方法)
 
    隨著現代科學技術的發展，先進的設備診斷儀器不斷出現，為設備狀態監測、故障診斷提供了方便。
 
    2.1 振動監測診斷技術
 
    工程機械狀態的振動檢測與故障診斷是應用最普遍、最基本的診斷技術。它利用正常設備與故障設備振動特性(位移、速度、加速度、聲響等)的差異來判斷故障，根據對振動信號的測量、處理、分析及識別來判斷設備運行是否存在問題，進而判斷故障部位、原因以及故障惡化程度，最後對故障采取相應的措施。一般說來，工程機械故障約有60%～70%是通過振動和由振動輻射出的噪聲反應出來。振動監測用於監測轉軸組件的平衡性能和滾動軸承

、傳動齒輪的衝擊和噪聲，具有方便、準確、靈敏的特點，是比較有效的監測手段。振動監測診斷一般包括以下幾個步驟：
 
    (1) 診斷對象要有全麵了解。對診斷對象進行必要的機理分析
，如：機器的結構和動態特性(齒輪與軸承規格、特征頻率等)
，機器的相關機件連接情況(如動力源

、基座等)；掌握機器的運行條件(如溫度、壓力、轉速等)及維修技術檔案(如故障
、維修、潤滑、改造等)；掌握異常振動的形態和特性。
 
    (2) 對可能的異常振動部位進行檢測。包括設計測點位置和測試工況
，確定監測參數(位移

、速度、加速度)

，辨bian別bie振zhen動dong方fang向xiang等deng，通tong過guo對dui監jian測ce點dian振zhen動dong信xin號hao的de分fen析xi，來lai檢jian查zha機ji器qi運yun行xing狀zhuang態tai是shi否fou正zheng常chang，以yi超chao過guo允yun許xu值zhi的de大da小xiao來lai確que定ding故gu障zhang的de嚴yan重zhong程cheng度du。經jing過guo定ding期qi或huo連lian續xu監jian測ce

，即ji可ke獲huo得de機ji器qi狀zhuang態tai變bian化hua的de規gui律lv，從cong而er掌zhang握wo故gu障zhang可ke能neng的de發fa展zhan趨qu勢shi。
 
    (3) 故障診斷。對機器出現的部位、原因和嚴重程度進行深入的分析
，然後作出判斷。內容包括：振動波形識別
、相關時差定位
、包絡分析、頻響特性與相幹分析、瞬時頻率變化與相位分析、模糊與神經網絡方法診斷、診斷專家係統。
 
    完wan成cheng上shang述shu三san步bu後hou，即ji可ke針zhen對dui故gu障zhang采cai取qu相xiang應ying的de措cuo施shi。比bi如ru內nei燃ran機ji工gong作zuo時shi出chu現xian不bu正zheng常chang響xiang聲sheng，通tong過guo機ji理li分fen析xi，大da多duo為wei配pei合he間jian隙xi增zeng大da或huo工gong作zuo不bu正zheng常chang引yin起qi的de零ling件jian間jian撞zhuang擊ji聲sheng。通tong過guo對dui內nei燃ran機ji異yi響xiang部bu位wei表biao麵mian振zhen動dong的de監jian測ce，與yu標biao準zhun狀zhuang態tai下xia的de振zhen動dong特te征zheng進jin行xing比bi較jiao，從cong而er分fen析xi出chu異yi響xiang產chan生sheng的de部bu位wei，確que定ding故gu障zhang的de嚴yan重zhong程cheng度du。所suo用yong設she備bei有you振zhen動dong加jia速su度du傳chuan感gan器qi或huo頻pin譜pu顯xian示shi儀yi等deng。
 
    2.2 油樣分析
 
    油樣分析監測技術是通過對機油中雜質的種類、數(shu)量(liang)等(deng)的(de)檢(jian)測(ce)
，來(lai)判(pan)定(ding)機(ji)器(qi)中(zhong)摩(mo)擦(ca)副(fu)的(de)磨(mo)損(sun)程(cheng)度(du)。目(mu)前(qian)應(ying)用(yong)較(jiao)多(duo)的(de)有(you)光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)和(he)鐵(tie)譜(pu)分(fen)析(xi)。光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)是(shi)利(li)用(yong)元(yuan)素(su)的(de)原(yuan)子(zi)在(zai)基(ji)態(tai)和(he)激(ji)發(fa)態(tai)之(zhi)間(jian)躍(yue)遷(qian)時(shi)要(yao)吸(xi)收(shou)或(huo)發(fa)射(she)特(te)點(dian)頻(pin)率(lv)光(guang)量(liang)子(zi)的(de)特(te)性(xing)，分(fen)析(xi)油(you)樣(yang)中(zhong)金(jin)屬(shu)磨(mo)粒(li)的(de)種(zhong)類(lei)、數量和增長率從而判斷配合副磨損程度和磨損趨勢；鐵譜分析是利用磁場將油中金屬磨粒分離出來
，按序排列用以觀察和分析磨粒的種類
、數量
、尺(chi)寸(cun)分(fen)布(bu)和(he)形(xing)貌(mao)，從(cong)而(er)判(pan)斷(duan)配(pei)合(he)副(fu)的(de)磨(mo)損(sun)程(cheng)度(du)和(he)磨(mo)損(sun)性(xing)質(zhi)。在(zai)上(shang)述(shu)兩(liang)種(zhong)油(you)樣(yang)分(fen)析(xi)技(ji)術(shu)中(zhong)，光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)隻(zhi)能(neng)從(cong)磨(mo)損(sun)產(chan)物(wu)的(de)數(shu)量(liang)中(zhong)取(qu)得(de)信(xin)息(xi)，鐵(tie)譜(pu)分(fen)析(xi)除(chu)了(le)磨(mo)損(sun)產(chan)物(wu)數(shu)量(liang)之(zhi)外(wai)
，還(hai)可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)磨(mo)粒(li)形(xing)貌(mao)取(qu)得(de)磨(mo)損(sun)性(xing)質(zhi)的(de)信(xin)息(xi)
，因(yin)而(er)比(bi)光(guang)譜(pu)分(fen)析(xi)更(geng)加(jia)敏(min)銳(rui)。目(mu)前(qian)，機(ji)油(you)中(zhong)金(jin)屬(shu)雜(za)質(zhi)的(de)檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)有(you)發(fa)射(she)光(guang)譜(pu)測(ce)定(ding)儀(yi)、原子吸收光譜測定儀、鐵(tie)譜(pu)儀(yi)等(deng)。通(tong)過(guo)對(dui)機(ji)油(you)中(zhong)金(jin)屬(shu)成(cheng)份(fen)的(de)檢(jian)測(ce)，與(yu)各(ge)金(jin)屬(shu)元(yuan)素(su)在(zai)機(ji)油(you)中(zhong)含(han)量(liang)的(de)允(yun)許(xu)界(jie)限(xian)比(bi)較(jiao)，超(chao)出(chu)允(yun)許(xu)界(jie)限(xian)的(de)
，其(qi)可(ke)能(neng)來(lai)源(yuan)的(de)部(bu)件(jian)就(jiu)需(xu)要(yao)更(geng)換(huan)或(huo)修(xiu)理(li)。
 
    2.3 機械性能測試技術
 
    應(ying)用(yong)各(ge)種(zhong)儀(yi)器(qi)測(ce)量(liang)機(ji)械(xie)運(yun)轉(zhuan)時(shi)的(de)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)，從(cong)而(er)判(pan)斷(duan)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)降(jiang)低(di)程(cheng)度(du)以(yi)及(ji)機(ji)械(xie)性(xing)能(neng)是(shi)否(fou)滿(man)足(zu)使(shi)用(yong)要(yao)求(qiu)。一(yi)般(ban)通(tong)過(guo)機(ji)械(xie)設(she)備(bei)性(xing)能(neng)參(can)數(shu)下(xia)降(jiang)程(cheng)度(du)來(lai)決(jue)定(ding)它(ta)何(he)時(shi)修(xiu)理(li)。
 
    (1) 發動機功率測試
 
    發(fa)動(dong)機(ji)是(shi)工(gong)程(cheng)機(ji)械(xie)的(de)心(xin)髒(zang)，其(qi)功(gong)率(lv)的(de)大(da)小(xiao)直(zhi)接(jie)關(guan)係(xi)到(dao)工(gong)程(cheng)機(ji)械(xie)能(neng)否(fou)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。當(dang)一(yi)台(tai)機(ji)械(xie)無(wu)力(li)
，人(ren)工(gong)診(zhen)斷(duan)不(bu)準(zhun)是(shi)動(dong)力(li)不(bu)足(zu)
，還(hai)是(shi)底(di)盤(pan)性(xing)能(neng)不(bu)佳(jia)或(huo)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)功(gong)率(lv)不(bu)足(zu)時(shi)，可(ke)以(yi)采(cai)用(yong)功(gong)率(lv)檢(jian)驗(yan)設(she)備(bei)測(ce)量(liang)發(fa)動(dong)機(ji)在(zai)無(wu)外(wai)載(zai)情(qing)況(kuang)下(xia)的(de)功(gong)率(lv)
，確(que)定(ding)是(shi)否(fou)為(wei)動(dong)力(li)不(bu)足(zu)。目(mu)前(qian)
，功(gong)率(lv)檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)有(you)“無外載加速測試儀”。
 
    (2) 液壓係統功率測試
 
    液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)是(shi)工(gong)程(cheng)機(ji)械(xie)的(de)手(shou)臂(bi)
，其(qi)功(gong)率(lv)大(da)小(xiao)關(guan)係(xi)到(dao)工(gong)程(cheng)機(ji)械(xie)的(de)工(gong)作(zuo)效(xiao)率(lv)
，甚(shen)至(zhi)正(zheng)常(chang)工(gong)作(zuo)。目(mu)前(qian)

，檢(jian)測(ce)設(she)備(bei)有(you)動(dong)態(tai)壓(ya)力(li)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)。動(dong)態(tai)壓(ya)力(li)監(jian)測(ce)係(xi)統(tong)是(shi)通(tong)過(guo)安(an)裝(zhuang)在(zai)液(ye)壓(ya)係(xi)統(tong)中(zhong)若(ruo)幹(gan)壓(ya)力(li)傳(chuan)感(gan)器(qi)，將(jiang)係(xi)統(tong)工(gong)作(zuo)時(shi)的(de)壓(ya)力(li)脈(mai)衝(chong)信(xin)息(xi)及(ji)時(shi)準(zhun)確(que)地(di)傳(chuan)輸(shu)到(dao)信(xin)號(hao)采(cai)集(ji)係(xi)統(tong)中(zhong)，將(jiang)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)、放大
、濾波
、傳輸與診斷等
，從而作出關鍵回路原件以及整個液壓係統運行狀態和性能描述，並實現計算機存貯、輸出過程。此項監測係統通過對波形的診斷比較，可以較準確地判別液壓係統中液壓泵吸空
，溢流閥卡滯等故障，結合壓力表、流量計和輔助診斷可以判斷液壓泵輸出功率
，液壓係統的泄漏等故障。
 
    (3) 工程機械底盤檢測
、診斷
 
    常用的檢測儀器有光學測量儀

、五輪儀等。
 
    3.現代監測診斷技術
 
    隨著計算機技術

、信號處理技術和測試技術的迅速發展
，在設備診斷工程領域中引進了人工智能的理論和方法
，形成診斷工程中的現代監測診斷技術。
 
    3.1 計算機輔助監測診斷技術
 
該(gai)技(ji)術(shu)是(shi)在(zai)機(ji)械(xie)狀(zhuang)態(tai)監(jian)測(ce)與(yu)診(zhen)斷(duan)過(guo)程(cheng)中(zhong)建(jian)立(li)一(yi)種(zhong)以(yi)計(ji)算(suan)機(ji)輔(fu)助(zhu)診(zhen)斷(duan)為(wei)基(ji)礎(chu)的(de)多(duo)功(gong)能(neng)自(zi)動(dong)化(hua)診(zhen)斷(duan)係(xi)統(tong)
，通(tong)過(guo)配(pei)備(bei)的(de)自(zi)動(dong)診(zhen)斷(duan)軟(ruan)件(jian)，實(shi)現(xian)狀(zhuang)態(tai)信(xin)號(hao)的(de)采(cai)集(ji)、特征提取和狀態識別的自動化。如果故障超過允許值，即發出警報指令，通過計算機自動完成故障性質、程度、類別、不為、yuanyinjiqushidezhenduanheyubao，bingnengjiangdaliangdejixiehuojizuyunxingzhuangtaiziliaozhucunqilai，gongchengjishurenyuanketongguorenjiduihuatiaochuzhayue，zuochuzhenduanjuece。zhezhongzhenduanfangfatebieshiyongyugeleigongchengjixiedezaixianjiancehezizhenduan。
 
   3.2 機械專家診斷係統
 
    該係統是一種具有人工智能的軟件係統，又稱知識庫谘詢係統。係統簡圖如圖2所suo示shi。它ta不bu僅jin包bao括kuo從cong信xin號hao監jian測ce到dao狀zhuang態tai識shi別bie
，而er且qie包bao括kuo從cong決jue策ce形xing成cheng到dao幹gan預yu的de全quan過guo程cheng。不bu但dan具ju有you計ji算suan機ji輔fu助zhu診zhen斷duan係xi統tong的de全quan部bu功gong能neng，而er且qie將jiang機ji械xie診zhen斷duan專zhuan家jia的de寶bao貴gui經jing驗yan

、思想方法同當代計算機巨大的存貯

、yunsuanyufenxinenglijieheqilai，xingchengrengongzhinengdejisuanjixitong。tashixianjiangyouguandezhuanjiazhishihejingyanjiayizongjiefenlei，xingchengguizecunrujisuanjigouchengzhishiku，genjushujukuzhongzidongcaijihuorengongshurudeyuanshishuju，tongguozhuanjiaxitongdetuiliji，monizhuanjiatuilipanduansiweiguochenglaijianliguzhangdangan
，jiejueguzhangshibiehezhenduanjuecezhongdegezhongfuzawenti

，zuihougeichuyonghuzhengquedezixundaan、處理對策和操作指導。其缺點是存在知識獲取的“瓶頸”問題。一方麵專家知識有一定的局限性，另一方麵專家知識表述有相當大的難度。兩者造成診斷知識庫的不完備。
圖2 診斷專家係統框圖
 
    3.3 神經網絡診斷技術
 
    模擬人腦結構的人工神經網絡方法是一種全新的、有前景的故障診斷方法。在知識獲取上，神經網絡的知識不需要整理、總zong結jie消xiao化hua專zhuan家jia的de知zhi識shi
，避bi免mian了le專zhuan家jia知zhi識shi的de表biao述shu難nan題ti
，隻zhi需xu要yao領ling域yu專zhuan家jia解jie決jue問wen題ti的de實shi例li或huo範fan例li來lai訓xun練lian神shen經jing網wang絡luo。神shen經jing網wang絡luo係xi統tong的de知zhi識shi獲huo取qu與yu專zhuan家jia係xi統tong相xiang比bi
，既ji具ju有you更geng多duo的de時shi間jian效xiao率lv，又you能neng保bao證zheng更geng高gao的de質zhi量liang。其qi缺que點dian是shi未wei能neng充chong分fen利li用yong專zhuan家jia積ji累lei起qi來lai的de知zhi識shi和he經jing驗yan，隻zhi利li用yong了le一yi些xie明ming確que的de故gu障zhang診zhen斷duan事shi例li，而er且qie沒mei有you專zhuan家jia係xi統tong的de邏luo輯ji思si維wei能neng力li，診zhen斷duan推tui理li過guo程cheng不bu能neng解jie