机械故障诊断

旋转机械故障诊断

摘要:基于旋转机械在各行业的广泛应用，旋转机械的故障诊断技术也倍受重视，从传统的信号处理方法到现代的信号处理方法，旋转机械故障诊断中的信号处理技术在不断发展，不断创新。综述了旋转机械故障诊断的传统信号处理方法和现代信号处理方法，分析传统信号处理方法和现代信号处理方法的实际应用，并展望了未来旋转机械故障诊断领域的研究方向。

关键词:旋转机械; 故障诊断; 信号处理技术

Abstract: Because rotating machineries are widespread used in many fields，more and more attention are drawn by fault diagnosistechnology for rotating machinery．From conventional methods to contemporary methods，signal processing technology in fault diagnosisfor rotating machinery had been developed and innovated constantly．The traditional and modern signal processing methods in fault diagnosisof rotating machinery were reviewed in summary．Practical application of the traditional and modern signal processing methodsis analyzed，and the research direction in the future in the field of fault diagnosis of rotating machinery is expected．

Keywords: Rotating machineries; Fault diagnosis; Signal processing technology

第一章绪论

机械故障诊断, 就是通过机械运行中的相关信息来识别其技术状态是否正常, 确定故障的性质和部位,寻找故障起因, 预报故障趋势, 并提出相应的对策的一门技术。现代的机械设备正在迅速地向着精密化、高速化、自动化、系统化的方向发展, 设备更加复杂, 各个部件的联系也越来越紧密, 设备某部件的故

障有可能会引起整个设备的损坏。机械设备发生故障不仅会造成巨大的经济损失, 而且会危及人身安全带来严重的后果。因此, 机械故障诊断工作得到了广大科研人员的关注和重视, 随着各个领域技术的不断发展, 各种新的技术和理论被不

断地应用于机械故障诊断中, 并提出了新的诊断方法与理论[1]。

1.1旋转机械故障诊断的意义

随着机械设备向着高速、重载、精密方向发展，对机械传动设备的要求越来越高。不仅要求机械传动设备能够传递较大的功率和载荷，而且传动系统本身必须具备较好的可靠性，从而降低设备的运营成本并提高设备运营过程中的安全性。在故障诊断的发展过程中，人们发现最重要、最关键而且也最困难的问题就是故障特征信息提取，其必须借助于信息处理，特别是现代信号处理的理论方法和技术手段，探索故障特征信息提取的途径，发展新的故障诊断理论和技术。

旋转机械的故障问题有很多，在这里我们选取滚动轴承的故障问题来介绍一下。

滚动轴承是机械设备中最常见的部件之一，它的运行状态直接影响整台机器的功能．据钢铁工业统计，在旋转机械中，由于滚动轴承损坏而引起的故障约占30％．因此，对滚动轴承工作状态的监视及其故障诊断技术的研究工作越来越受到人们的重视，成为保障旋转机械良好工作性能的重要保障。

最初的轴承故障诊断是利用听棒，靠听觉来判断。这种方法至今仍在沿用，其中的一部分已改进为电子听诊器，训练有素的人员凭经验能诊断出刚刚发生的疲劳剥落，有时甚至能辨别出损伤的位置，但毕竟影响因素较多，可靠性较差。继听棒、电子听诊器之后，在滚动轴承的状态监测与故障诊断工作中又引入了各种测振仪，用振动位移、速度和加速度的均方根值或峰值来判断轴承有无故障，这样减少了监测人员对经验的依赖性，提高了监测诊断的准确性，但仍很难在故障初期及时做出诊断。1966年，全球主要滚动轴承生产商之一，瑞典SKF公司在

多年对轴承故障机理研究的基础上发明了用冲击脉冲仪（Shock Pulse Meter）检测轴承损伤，将滚动轴承的故障诊断水平提高了一个档次。多种信号分析处理技术用于滚动轴承的状态监测与故障诊断，如频率细化技术、倒频谱、包络线分析等。在信号预处理上也采用了各种滤波技术，如相干滤波、自适应滤波等，提高了诊断灵敏度。

1.2 机械故障诊断方法

1.2.1 常用的机械故障诊断方法的分类

机械设备有各种类型，其工作条件又各有不同，故对不同机器的故障往往需要采用不同的方法来诊断。对机器进行故障诊断的方法可以按如下几种方式进行分类。

按诊断的目的要求分类

1.功能诊断和运行诊断

功能诊断是针对新安装或刚维修后的机器或机组，需要检查它们的运行工况和功能是否正常，并且按检查的结果对机器或机组进行调整。而运行诊断是针对正常工作的机器或机组。

2.定期诊断和连续监控

定期诊断是么一隔一个小时，例如1个月或数个月对工作状态下的机器进行常规检查。连续监控则是采用仪表和计算机信息处理系统对机器运行状态进行不间断地监视或控制。两种诊断方式的采用，取决于设备的关键程度、设备事故影响的严重程度、运行过程中性能下降的快慢，以及设备发生和发展的可预测性。

3.直接诊断和间接诊断

直接诊断是直接确定关键部件的状态，如主轴承间隙、齿轮齿面磨损、燃气轮机叶子的裂纹以及在腐蚀环境下管道的壁厚等。直接诊断往往受到机器结构和工作条件的限制而无法实现，这时，就不得不采用间接诊断。

所谓间接诊断就是通过二次诊断信息来间断判断机器中关键部件的状态变化。多次二次诊断信息属于综合信息。

4.在线诊断与离线诊断

在线诊断是指对于大型、重要的设备为了保证其安全和可靠运行需要对所监测的信号自动、连续、定时的进行采集与分析，对出现的故障及时作出诊断；离线诊断是通过磁带记录仪或数据采集将现场的信号记录并储存起来，再在实验