机械故障诊断技术与应用读书报告

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1 前言

机械设备运行状态的监测与故障诊断很早就开始了。刚开始人们往往通过听觉、触觉、视觉来对机器的噪声、振动和温度等进行判断，进而来推测设备运行是否正常。当时的机械设备功率普遍较小，通常是单机工作，并且更新换代比较缓慢，人们有大量的时间进行熟悉，探索并且逐渐掌握机器的性能和工作状态。然而到了现代，企业生产已经进入了高速发展阶段，以往的判断模式已经不能够应用于现在的生产模式。现代工业生产的特点是生产系统大型化、连续化、高速化、自动化、系统化和智能化。要求机械设备更新快，在使用过程中安全、连续、可靠、高效、低能等特点，为了达到这些要求，那么我们就需要借助现代技术进行设备的运行状态的监测与诊断。目前可以进行实时采集机械系统运行状态并且对采集到的信息进行分析，进而判断机械系统运行状态的优劣，从而能更好的对设备进行维护和维修，从而达到了提高生产效率、保障安全运行、降低生产成本、节约能源消耗、延长使用寿命的目的。机械设备的状态监测和故障诊断技术是实现这一目的的重要技术手段。机械设备的状态监测和故障诊断就是采集诸如振动、噪声、温度、润滑油、声发射扥等设备相关信号，从而进行分析和处理，得到设备的运行状态。根据设备的部位、类型、严重程度、发展趋势，对出现故障的设备进行维修安排。

2 机械故障诊断技术的发展历程

从20世纪60年代开始，伴随着科学技术的不断进步和发展，计算机技术、网络技术和信息技术迅速发展和普及，从而使机械设备运行状态的监测和故障诊断技术逐渐形成为一门较为完善的综合性工程学科，并且在全球范围内推广。逐渐成为热门学科。美国是最早开始进行开发设备诊断技术的国家。19xx年4月美国海军主持召开美国机械故障预防小组成立大会。并且从此以后美国开始投入大量的人力物力来开发和完善这项技术。在随后的几十年，机械故障诊断技术在美国的航空航天、军事等尖端领域得到了广泛的应用，并一直处于领先地位。英国在20世纪70年代初成立了机械健康监测组织与状态监测协会，对故障诊断技术的发展起到了很大的作用。我国对故障诊断技术的研究开始于20世纪80年代。19xx年初，

中国机械工程学会的设备维修学会在南京召开，交流国内外的情况，分析国内设备维修现状以及开展设备诊断技术专题座谈会，提出了积极开发和应用设备诊断技术，强调有关技术的必要性和紧迫性。随后这门技术在我国的冶金、石化、铁路、电力等行业得到了广泛的应用和推广。随着对这一技术的不断深入，我国的信号采集和分析仪器已经接近国际水平。目前，我国各高校科研人员正在故障诊断技术领域寻求突破和创新。

3 开展机械故障诊断的意义

在各国工业生产中重点、关键性机械设备的数量越来越多，其中的大多数为大型、自动、连续生产的设备，其在生产中的重要性是不言而喻的，对这些机械设备实施状态监测与故障诊断技术所带来的经济效益和社会效益是巨大的。预防事故，保障人身和设备安全，推动设备维修制度的全面改革，提高经济效益。

4 机械故障诊断技术与应用

4.1机械故障的振动诊断

4.1.1轴承的故障诊断理论与应用

轴承是旋转机械中应用最为广泛地机械零件，也是最易破坏的元件之一。旋转机械的许多故障都与轴承有关，轴承的工作好坏对机械的工作状态有很大的影响，其缺陷会导致设备产生异常振动和噪声，甚至造成设备破坏。

轴承在运行过程中由于装配不当、润滑不良、水分和异物入侵、腐蚀和过载等都可能使轴承过早破坏。即使不出现上述情况，经过一段时间运转，轴承也会出现疲劳损伤而不能正常工作。滚动轴承故障的主要失效形式和原因有疲劳剥落、磨损、塑性变形、锈蚀、断裂和胶合等。滑动轴承的故障形式和原因有烧瓦、气蚀、油膜涡动和油膜振荡。

轴承在运转时由于各种原因会产生振动，并通过空气传播成为声音，声音中包含着轴承状态信息。但是声音的成分除了包含了反应轴承工作正常与异常振动声外还夹杂着尘埃、其他工作件振动声等，因此轴承的工作声音成分十分复杂。

利用滚动轴承的振动信号分析故障诊断的方法可分为简易诊断法和精密诊断法两种。简易诊断是为了初步判断被列为诊断对象的滚动轴承是否出现了故障；精密诊断的目的是要判断在简易诊断中被认为出现了故障的轴承的故障类别及原因。滚动轴承的简易诊断有振幅值诊断法、波形因数诊断法、波峰因数诊断法、概率密度诊断法和峭度系数诊断法。滚动轴承

的精密诊断的常用方法有低频信号分析法和中、高频信号绝对值分析法。滑动轴承的诊断方法有时域幅值诊断法、时域波形诊断法、频域诊断法、轴心轨迹诊断法。

4.2 机械故障的声学诊断

4.2.1机械故障的噪声诊断理论与应用

振动与噪声是机械设备在运行过程中的一种属性，设备内部的缺陷或故障会引起设备在运行过程中振动和噪声的变化，也就是设备的噪声信号中携带了大量与机械设备内部缺陷和故障的有关信息。因此，噪声监测也就成为对机械设备进行故障诊断的重要手段。

噪声监测的原理是当机器的零件或部件开始磨损或者经历某些其他的物理变化时，其声音信号的特征就发生变化。监测这些特征就有可能检测到机械运行状态的变化，精确地指出正在劣化的那些零部件。噪声监测中的主要内容之一就是通过噪声测量与分析确定设备故障的部位和程度。为此，首先必须寻找和估计机器中产生噪声的声源，进而从声源出发，研究其频率组成和各分量的变化情况，从中提取机器运行状态的信息。 噪声监测的方法有主观评价和估计法、近场测量法、表面振速测量法、频谱分析法和声强法。

4.2.2机械故障的超声诊断理论与应用

超声波用于机械设备故障诊断领域，主要是利用材料本身或内部缺陷对超声波传播的影响，来检测判断结构内部或表面缺陷的大小、形状以及分布情况。在一些机器运行中能对材料或结构的微观形变、开裂以及裂纹的发生和发展进行状态监测。它的应用极为广泛，且发展迅速。超声波的检测方法按原理分类有脉冲反射法，其中脉冲反射法包括缺陷回波法、低波高度法和次多底波法。此外还有穿透法和共振法。按波形分可以分为纵波法、横波法、表面波法、板波法和爬波法。

4.3机械故障的智能诊断

4.3.1基于专家系统的故障诊断

故障诊断专家系统是将人类在故障诊断方面的多位专家具有的知识、经验、推理、技能综合后编制成的大型计算机程序，它可以利用计算机系统帮助人们分析解决只能用语言描述、思维推理的复杂问题，扩展计算机系统原有的工作范围，使计算机系统有了思维能力，能够与决策者进行对话，并应用推理方式提供决策建议。

4.3.2基于模糊逻辑的故障诊断

在许多情况下机器或系统都运行在一个模糊环境中，运行中各种状况和参数都互相影响，难以用精确数学方法进行描述。模糊故障诊断就是一种基于知识的诊断系统，因为在诊

断过程中对模糊症状、模糊现象等的描述要借助于经验的操作者或专家的直觉经验、知识等。模糊故障诊断系统的诊断过程，从对模糊信息的获取，到利用模糊信息进行模糊推理到最后做出诊断，就如同医生根据病人的模糊症状进行准确诊断一样。

5 机械故障诊断技术的发展趋势

随着现代科学技术的发展，特别是信息技术、计算机技术、传感器技术等多种新技术的出现，数据采集、信号处理和分析手段日臻完善，从无法和难以解决的故障诊断问题变得可能和容易起来。设备故障诊断技术正在变成计算机、控制、通信和人工智能的集成技术。近半年来故障诊断技术呈现的发展趋势有诊断对象的多样化、诊断技术多元化、故障诊断实时化、诊断监控一体化、诊断方法智能化、监测诊断系统网络化、诊断系统可扩展化、诊断信息数据库化、诊断技术产业化和机械设备诊断技术工程化。现代机械故障诊断技术正在成为信息、监控、通信、计算机和人工智能等集成技术，并逐渐发展成为一个多学科交叉的新学科。

参考文献

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第二篇：机械设备智能故障诊断的知识获取技术读书报告

     

机械设备智能故障诊断的知识获取技术读书报告

       1021101      1102100110       孙佳伟

摘要:数控技术是用数字信心对机械运动和工作过程控制的技术。数控技术的应用不但给传统制造业带来了革命性的变化,更使制造业成为工业化的象征。

关键词:机床故障;维护;技术分析

数控机床是集高、精、尖技术于一体,集机、电、光、液于一身的高技术产物。具有加工精度高、加工质量稳定可靠、生产效率高、适应性强、灵活性好等众多优点,在各个行业受到广泛欢迎,在使用方面,也是越来越受到重视。但由于它是集强、弱电于一体,数字技术控制机械制造的一体化设备,一旦系统的某些部分出现故障,就势必使机床停机,影响生产,所以如何正确维护设备和出现故障时能及时抢修就是保障生产正常进行的关键。

一、机床的维护保养

     对于数控机床来说,合理的日常维护措施,可以有效的预防和降低数控机床的故障发生几率。

　　首先,针对每一台机床的具体性能和加工对象制定操作规程建立工作、故障、维修档案是很重要的。包括保养内容以及功能器件和元件的保养周期。

　　其次,在一般的工作车间的空气中都含有油雾、灰尘甚至金属粉末之类的污染物,一旦他们落在数控系统内的印制线路或电子器件上,很容易引起元器件之间绝缘电阻下降,甚至倒是元器件及印制线路受到损坏。所以除非是需要进行必要的调整及维修,一般情况下不允许随便开启柜门,更不允许在使用过程中敞开柜门。

　　最后,对数控系统的电网电压耍实行时时监控,一旦发现超出正常的工作电压,就会造成系统不能正常工作,甚至会引起数控系统内部电子部件的损坏。所以配电系统在设备不具备自动检测保护的情况下要有专人负责监视,以及尽量的改善配电系统的稳定作业。

　　当然很重要的一点是数控机床采用直流进给伺服驱动和直流主轴伺服驱动的,要注意将电刷从直流电动机中取出来,以免由于化学腐蚀作用,是换向器表面腐蚀,造成换向性能受损,致使整台电动机损坏。这是非常严重也容易引起的故障。

　　二、如何进行机床的故障诊断

　　(一)检查

　　在设备无法正常工作的情况下,首先要判断故障出现的具体位置和产生的原因,我们可以目测故障板,仔细检查有无由于电流过大造成的保险丝熔断,元器件的烧焦烟熏,有无杂物断路现象,造成板子的过流、过压、短路。观察阻容、半导体器件的管脚有无断 脚、虚焊等,以此可发现一些较为明显的故障,缩小检修范围,判断故障产生的原因。

　　(二)系统自诊断

　　数控系统的自诊断功能随时监视数控系统的工作状态。一旦发生异常情况,立即在CRT上显示报警信息或用发光二级管指示故障的大致起因,这是维修中最有效的一种方法。近年来随着技术的发展,兴起了新的接口诊断技术,JTAG边界扫描,该规范提供了有效地检测引线间隔致密的电路板上零件的能力,进一步完善了系统的自我诊断能力。

　　(三)功能程序测试法

　　功能程序测试法就是将数控系统的常用 功能和特殊功能用手工编程或自动变成的方法,编制成一个功能测试程序,送人数控系统,然后让数控系统运行这个测试程序,借以检查机床执行这些功能的准确定和可靠性,进而判断出故障发生的可能原因。

　　(四)接口信号检查

　　通过用可编程序控制器在线检查机床控制系统的接回信号,并与接口手册正确信号相对比,也可以查出相应的故障点。

　　(五)诊断备件替换法

　　随着现代技术的发展,电路的集成规模 越来越大技术也越来越复杂,按常规方法,很难把故障定位到一个很小的区域,而一旦系统发生故障,为了缩短停机时间,在没有诊断备件的情况下可以采用相同或相容的模块对故障模块进行替换检查,对于现代数控的维修,越来越多的情况采用这种方法进行诊断,然后用备件替换损坏模块,使系统正常工作,尽最大可能缩短故障停机时间。

　　三、机床故障诊断排除的典型实例

　　由于数控机床的驱动部分是强弱电一体的,是最容易发生问题的。因此将驱动部分作简单介绍:驱动部分包括主轴驱动器和伺服驱动器,有电源模块和驱动模块两部分组成,电源模块是将三相交流电有变压器升压为高压直流,而驱动部分实际上是个逆变换,将高压支流转换为三相交流,并驱动伺服电机,完成个伺服轴的运动和主轴的运转。因此这部分最容易出故障。以CJK6136数控机床和802S数控系统的故障现象为例,主要分析一下控制电路与机械传动接口的故障维修。

如在数控机床在加工过程中,主轴有时能回参考点有时不能。在数控操作面板上,主轴转速显示时有时无,主轴运转正常。分析出现的故障原因得该机床采用变频调速,其转速信号是有编码器提供,所以可排除编码器损坏的可能,否则根本就无法传递转速信号了。只能是编码器与其连接单元出现问题。两方面考虑:一是可能和数控系统连接的Ecu连接松动;二是可能可和主轴的机械连接出现问题。由此可以着手解决问题了。首先检查编码器与ECU的连接。若不存在问题,就卸下编码器检查主传动与编码器的连接键是否脱离键槽,结果发现就是这个问题。修复并重新安装就解决了问题。还有许多实际问题，此处就不在一一列举，如遇到实际问题具体分析。

结语：机械故障诊断研究源于工程需求，是一门实用性很强的学科，其研究的最终目的是将有效的诊断技术与方法应用于机械设备故障诊断，把科学技术转换为生产力。为了更好地诊断机械故障需要我们了解各种信息获取技术，掌握机械设备工作原理，不能纸上谈兵，要将理论与实践相结合将信息获取技术真正运用到工程上。