故障检测的各个方面的检测方法和标准

3 诊断参数

3.1 诊断参数选择

在故障检测当中，我们通常需要在定性判断的基础之上加上定量判断的标准，从而更为直观准确地对工作单元进行故障诊断，因此，诊断参数的选择是故障检测预设阶段一个非常重要的部分。面对复杂多样的诊断对象，我们用几个较为通用的原则来选择诊断参数：（1）诊断参数的多能性

（2）诊断参数的灵敏性

（3）诊断参数应呈单值性

（4）诊断参数的稳定性

（5）诊断参数应具有一定的物理意义，应能量化，即可以用数字表示。

例如，在旋转机械、金属切削机床常用的诊断参数有：功率、噪音、振动频率及相位、温度以及被切削零件的几何精度和表面粗糙度等。

3.2 诊断参数获得

当诊断参数参数选择之后，由于从实际问题转化到参数变量之间有时存在着一定不便，有的参数甚至只是存在于理想情况下，无法获得，从而也就无法进行诊断，因此我们要对上个过程选择的参数进行进一步筛选，使其适用于诊断对象，我们列出以下四个原则来选出适用于现实情况中的诊断参数：

（1）测试仪器要安装方便，测试手段简单可靠。

（2）测量方法能获得较高的信噪比。

（3）测量方法应尽量采用直接测量。

（4）保证适宜的测量误差值。

3.3 诊断周期选择

诊断周期的确定与设备的劣化速度有关。测量周期一般根据机器两次故障之间的平均运行时间确定。诊断周期的选择可分为两种选择方式：

一是根据机器本身情况对诊断周期进行选择，如高速旋转体，其出现故障后在很短的时间内就会造成更为严重的后果，因此要尽可能缩短其的诊断周期，或者进行实时监测，但是有些低速低载的齿轮，在其出现故障后可能无法立马对整个工作系统产生影响，我们在考虑成本的条件下，可以适当加长其诊断周期。

如在对采煤机进行检测时，主要是检测采煤机周边、控制箱、摇臂和变频器[1]。采煤机的周边、控制箱、摇臂和变频器各有其检测的周期，其中控制箱、摇臂和变频器的优先级较高，因为其出现故障后在很短的时间内就会导致整个工作系统的瘫痪，因此其诊断周期短，需要对其进行多次的检测，防止其出现故障。

二是在一次诊断周期内发现了异常，因此在下一个诊断时刻，可以适当缩短诊断周期，进行更为频繁地检测，从而确定诊断对象是否出现或者可能出现故障。

3.4 诊断标准确定

诊断标准可分为以下三类：

（1）绝对判断标准

绝对判断标准是根据对某类机器长期使用、观察、维修与测试后的经验总结,并由企业、行业协会或国家归纳成表格或图表形式,作为一种标准供工程界应用。该标准是在确定了正确的诊断方法后才可制定的标准。使用时必须注意判断标准的制定及适用的范围等，才能选用。

（2）相对判断标准

相对判断标准是对机器的同一部位定期测定，并按时间先后进行比较，以正常情况下的值为初始值。根据实测值与该值的倍数比来进行判断的方法。

（3）类比判断标准

类比判断标准是指数台同样规格的机器在相同条件下运行时，通过各台机器的同一部位进行测定和相互比较来掌握其劣化程度的方法。[2]

4 故障诊断常用方法

4.1 振动测量法

组成设备的零部件以及用于安装设备的基础可认为是弹性系统。物体围绕平衡位置作往复运动称为振动。机械振动在不同程度上反映出设备所处的工作状态。利用振动测量及其对测量结果的分析来识别设备故障是一种常用且有效的故障诊断方法。

1）振动分类

按能否用确定的时间关系函数来描述，振动分为：确定性振动和随机振动。

（1）随机振动不能用精确的数学关系式来描述，例如地震。

（2）确定性振动又分为周期振动和非周期振动，周期振动又进一步分为简谐周期振动和复杂周期振动。

2）振动基本参数

振幅A、周期T、相位 是衡量振动的三大基本参数。

3）常用测量方法

在机器振动测量中，有位移、速度、加速度等三种测定方法。从测量灵敏度来看，一般低频以位移、中频以速度、高频以加速度为测量参数居多。

振动测量有：机械方法、光学方法和电测方法。

机械方法常用于振动频率低、振幅大、精度不高的场合。

光学方法主要用于精密测量和测振传感器的标定。

电测方法是应用范围最广的一种。采用电测法测量振动，传感器的作用是感受被测振动参数，将其转换为电量。

不管采用哪种测量方法都要采用相应的测振传感器。

4）异常振动分析方法

分析方法有三种：振动总值法，频谱分析法、振动脉冲测量法。

（1）振动总值法

通过传感器直接测量，以表格或图形表示趋向，并对照“异常振动判断基准”判别设备工作是否正常。

振动值可用加速度、速度或位移来表示，通常都用振动速度这个参数。表7-4就是国际标准化组织ISO 制定的一个异常振动判断基准。

可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。

（2）通过频谱分析诊断异常振动

可以用振动总值法判别整机或者部件的异常振动，如果要进一步查出异常的原因和位置，就要对振动信号进行频谱分析。

频谱分析就是将时域信号变换为频域信号(在时域信号中，横坐标是时间；而在频域信号中，横坐标是频率或圆频率。)，得到频谱图，从而获得信号的频率结构(组成信号的各个频率分量及振动能量在各频率分量上的分布)。

现代技术中，将其与最新信号处理方法相融合, 开展基于小波分析的故障诊断技术研究。[3]

小波分析是一种全新的信号 - 尺度分析方法 , 其分析基函数是一系列尺度可变的简谐函数, 具有良好的时- 频定性特性以及对信号的自适应能力。机械设备故障诊断中由于设备零件结构不同, 产生的信号中含有大量的非平稳成分, 利用小波分析可把不同频率信号分解到不同频道的分解序列, 从而为故障特征的提取而提供理论依据, 由于它具有时域和频域局部化分析功能和可变分辨率的特点, 使之在分析瞬变信号时比傅立叶分析更具优越性。[4]

（3）振动脉冲测量法

专门用于进行滚动轴承的磨损和损伤的故障诊断。

其原理是利用滚动轴承失效时由于滚道产生点蚀、剥落等缺陷使轴承内外环上出现凹痕，每当与滚珠接触时，都会发生一个冲击力，这种冲击脉冲波经设备本体传至压电式传感器，传感器输出的信号峰值，基本上只与脉冲波的幅值有关，对其他因素相对来说并不敏感，因此当测量系统对冲击效应进行放大时，不会受普通机器振动的影响。

根据实际冲击水平与正常冲击水平之差(即冲击水平增加值)来判断轴承性能的好坏。

4.2 噪声测量法

噪声即是指不规则的机械振动在空气中引起的振动波。设备噪声能不同程度的反映出用设备所处的工作状态。利用噪声测量及其分析来识别设备故障是故障诊断的一种常用方法。

1）噪声测量的主要参数

进行噪声测量时，常用声压级、声强级和声功率级来表示噪声的强弱；用频率或频谱表示噪声的成分。

也可用主观的感觉，例如响度、频率、音色进行测量及分析比对。

（1）声压

声波传播时，空气质点随之振动所产生的压力波动而引起的压强增量。没有声波存在时，媒质的压力称静压力，用0P 表示。压强增量，即声压P ，单位是a p 。仪器检测的声压为有效声压，是声压的均方根值。

（2）声强

单位时间内，通过垂直于传播方向上单位面积的声波能量——声强（W/㎡）。