机械设备故障诊断与维修研究

1、研究简报 机械设备故障诊断与维修研究 刘 * * （中州大学 工程技术学院，郑州 450044） 摘要 设备的故障诊断技术是一种了解和掌握设备在使用过程中的状态，确定其整体或局部是正常或异常，早期发现故障及其原因，并能预报故障发展趋势的技术。而设备维修是指对设备进行的维护、检查、修理等恢复设备性能与使用功能的一切活动的总称。设备维修时设备自身运动规律的客观要求。设备维修贯穿设备的一生，即规划决策、设计审核、制造（购置）、安装调试、生产使用、维修改造、再使用直至报废更新的全过程。维修不仅是技术性工作，也是一项复杂的管理工作。关键词 故障诊断 设备维修 检查 修理 维护 设备性能Mechanica

2、lequipment fault diagnosis andrepairresearch Liu Yangyang(Cllege of Technology Tngineering, Zhongzhou University, Zhengzhou 450044, China) Abstract Equipment fault diagnosis technology is a kind of understanding and knowledge in the process of using the state of the equipment, determine the overall

3、or partial is normal or abnormal, early detection of faults and their causes,and to forecast the development trend of fault technology. And equipment repair collectively refersto equipment maintenance, inspection, repair, recovery equipment performance and function of all activities. The objective r

4、equirements of equipment repair equipment selfmotion. Equipment repair throughequipment life, namely the planning decision, design review, manufacturing (purchase), the whole process ofinstallation and debugging,production,repair,reconstruction using until scrapped update. Repairis not only atechnic

5、al work,but alsoa complicated managementwork. Key words Fault diagnosis; Equipmentrepair; Check; Repair; Maintain; Equipment performance Corresponding author:Liu Yngyang,E-mail:Liu353780230*刘*，男，1992年11月生，河南项城市人，汉族。学生，现就读于中州大学 工程技术学院 机械制造与自动化专业。通信地址：河南省郑州市惠济区英才街6号中州大学工程技术学院。1 引言 机器失去正常工作能力的现象称为故障。在设

6、备使用过程中，机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因，丧失规定的功能，无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效时，就意味着设备处于故障状态。机器发生故障后，其经济技术指标部分或全部下降而达不到预定要求，如功率下降、精度降低、加工表面粗糙度达不到预定等级或发生强烈震动、出现不正常的声响等。 机械设备在使用过程中，不可避免的会由于磨损、疲劳、断裂、变形、腐蚀和老化等原因造成设备性能的劣化，以至于出现故障，从而会使其不能正常运行，最终导致设备损坏和停产而使企业蒙受经济损失，甚至造成灾难性的后果。 因此，减缓设备劣化速度，排除故障、恢复设备原有的性能和技术要求，需要设备维修从业人员

7、掌握一整套系统的、科学的维护和修理设备的技术和方法。 机械设备维修技术就是以机械设备为对象，研究和探讨其拆卸与装配，零件的测绘、修复、修理，精度检验和故障消除的方法的技术。加强设备的管理与维修工作，机械设备才能得到合理的使用。正确而适时地维护与保养，有计划地修理、更新、改造，可以使企业获得明显的效益，主要体现在： （1）提前设备完好率，延长设备的使用寿命。 （2）降低设备的故障率，保证企业生产的顺利进行。 （3）提高设备利用率，充分挖掘设备潜力。 （4）降低成本，减少停工损失和维修费用。 （5）提高产品的加工质量，减少废品损失。 （6）降低能源消耗，提高劳动生产率。2 机械设备故障分类机械设备

8、故障率曲线2.1 临时性故障临时性故障又称间断，多半是由机械设备的外部原因引起的，如操作失误等。当这些外部干扰消除后，机械设备即可正常运转。 2.2 永久性故障 2.2.1 按故障发生的时间分类 早发性故障。这是由于机械设备在设计、制造、装配、调试等方面存在问题引起的。如新购入机床液压系统严重漏油或噪声很大。 突发性故障。这是由于各种不利因素和偶然的外界因素共同作用的结果。故障发生的特点是具有偶然性和突发性，事先无任何征兆，一般与使用情况有关，难以预测，但它容易排除，通常对机械设备寿命影响不大。 渐进性故障。它是因机械设备技术特性参数的劣化（包括腐蚀、疲劳、老化等）逐渐发展而成的。其特点是故障

9、发生的概率与使用时间有关，只是在机械设备有效寿命的后期才明显地表现出来。故障一经发生，就标志着寿命的终结。通常它可以进行预测，大部分机械设备的故障属于这一类。复合型故障。这类故障包括上述故障的特征，其故障发生的时间不定。机械设备工作能力耗损过程的速度与其耗损的性能有关。如摩擦副的磨损过程引起渐进性故障，而外界的磨粒会引起突发性故障。2.2.2 按故障表面形式分类功能故障。机械设备应有的工作能力或特性明显降低，甚至根本不能工作，即丧失了它应有的功能。这类故障可通过操作者的直接感受或测定其输出参数而判断。例如，精度丧失、传动效率降低、速度达不到标准值。潜在故障。故障逐渐发展，但尚未在功能方面表现出

10、来，却又接近萌发的阶段。当这种情况能够鉴别时，即认为是一种故障现象，称为潜在故障。2.2.3 根据故障产生的原因分类人为故障。由于在设计、制造、大修、使用、运输、管理等方面存在问题，使机械设备过早地丧失了应有的功能。自然故障。机械设备在其使用期内，因受到外部或内部各种不同的自然因素影响而引起的故障，如磨损（如图2-1）、老化等。 图2-1 机械磨损过程2.2.4 按故障造成的后果分类致命故障。这是指危及或导致人身伤亡，引起机械设备报废或造成重大经济损失的故障。严重故障。是指严重影响机械设备正常使用，在较短的有效时间内无法排除的故障。一般故障。明显影响机械设备正常使用，在较短时间内可以排除的故障

11、。轻度故障。轻度影响机械设备正常使用，能在日常保养中用随机工具排除的故障，如零件松动等。3 机械设备故障的诊断技术3.1 故障诊断技术分类3.1.1 简易诊断简易诊断也就是初级诊断。为了能对设备的状态迅速有效地做出概括和评价，简易诊断通常由现场工作人员实施。3.1.2 精密诊断精密诊断是对简易诊断认为有异常的设备进行比较详细的诊断，其目的是判定异常部位，研究异常的种类和成度。精密诊断由专门技术人员实施。3.1.3 功能诊断和运行诊断功能诊断是对新安装或刚维修后的设备进行运行情况和功能是否正常的诊断，并按检查的结果对设备或机组进行调整。运行诊断是对正常工作设备故障特征的发生和发展的监测。 3.1

12、.4 定期诊断和连续监控定期诊断是每隔一段时间，对工作的设备进行定期的检测。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监视和控制。连续监控用于因故障而造成重大生产损失、事故影响严重以及故障出现频繁和易发生故障的设备，也用于因安全和劳动保护方面上的原因不能点检的设备。3.1.5 直接诊断和间接诊断直接诊断是直接确定关键零部件的状态，其往往受到机器结构和工作条件的限制而难以实现，这时就不得不采用间接诊断。间接诊断是通过来自故障源的二次效应确定关键零部件的状态，如按震动的信号来间接判断设备中关键件的状态变化。用于诊断的二次效应往往综合了多种信息。3.1.6 常规诊断和特殊诊断常规诊断

13、实在机械设备正常运行条件下进行的诊断。一般情况下，常规诊断是最常用的。特殊诊断是对正常运行条件下难以取得诊断信息，通过创造一个非正常运行条件取得的信息进行的诊断。3.2 诊断技术的形式3.2.1 外观检查外观检查是利用人体的感官，听其音、嗅气味、看其动、感其温，从而直接观察到故障信号，并以丰富的经验和维修技术判定故障可能出现的部位和原因，达到预测的目的。这些经验与技术对于小厂和普通机械设备是非常重要的。3.2.2 振动测量振动是一切做回转或往复运动的机械设备最普通的现象，状态特征凝结在振动信息中。振动的增强无一不是有故障引起的。产生振动的根本原因是机械设备本身及其周围环境介质受到振源的振动。振

14、动来源于两类因素：第一，旋转件或往复件的缺陷，主要指失衡，即相对于回转轴线的质量分布不均，在运转时产生惯性力，是产生振动的原因。往复件的冲击，如以平面连杆机构原理做运动的机械设备，连杆往复运动产生的惯性力，其方向作周期性变化，形成了冲击作用，这在结构上很难避免。转子弯曲变形和零件失落，行成质量分布不均，在回转时产生离心惯性力导致振动。制造质量不高，特别是零件或构件的形状位置精度不高是质量失衡的原因之一。回转体上的零件松动增加了质量分布不均，轴与孔的间隙因磨损加大也增加了失衡。第二，机械设备的结构因素，主要包括齿轮制造误差导致齿轮啮合不正确，齿轮间的作用力在大小、方向上发生周期性变化。随着齿轮在

15、运转中的磨损和点蚀等现象日益严重，这种周期性的振动也日益恶化。轴上的联轴器和离合器的结构不合理带来的失衡和冲击、滑动轴承的油膜涡动和振动、滚动轴承中滚动体不平衡及径向游隙、基座扭曲、电源激励、压力脉动等都是产生振动的原因。3.2.3 噪声机械振动在媒介中的传播过程是物体的机械振动通过弹性媒介向远处传播的结果，发生声音的振动系统称为生源，如机械振动系统是机械噪声的生源，机械振动通过媒介传播而得到声音，即为机械噪声。噪声大小即是反应机械技术状况的一个指标，也是减小环境污染所要控制的一个重要内容。机械设备噪声生源主要有两类：第一，运动的零部件，如电机、液压泵、齿轮、轴承等，其噪声频率与其运动频率或固

16、有频率有关。第二，固定的零件，如箱体、盖板、支架等，其噪声是由于受其他生源或振源的诱发而产生共鸣引起的。3.2.4 温度温度是一种表象，它的升降状态反应机械设备机件的热力过程。异常的温升或温降说明产生了热故障。例如，内燃机燃烧不正常，温度分布不均匀；轴承损坏，发热量增加；冷却系统发生故障，零件表面温度上升等。3.2.5 油样在机械设备的运转过程中，润滑油必不可少。由于在润滑油中带有大量的部件磨损状况的信息，所以通过对油样的分析可间接监测磨损的类型和程度，判断磨损的部位，找出磨损的原因，进而预测寿命，为维修提供依据。油样分析包括采样、检测、诊断、预测、和处理等步骤。3.2.6 泄漏在机械设备运行

17、中，气态、液态和粉尘状的介质从其裂缝、孔眼和空隙中溢出或进入，造成泄露，使能源浪费、工况恶化、环境污染、损坏加速，这是机械设备使用中力图防止的现象。3.2.7 主要精度主要精度的检测包括主要几何精度、位置精度、接触精度、配合精度等的检测，这是一些异常故障的主要诊断途径之一。3.2.8 内部缺陷机械设备及其主要零部件的内部缺陷检测，经常是诊断或排除故障的重要方法之一，例如，对变形、裂纹、应力变化、材料组织缺陷等故障的检测。4 机械设备的维修机械设备维修的基本内容包括设备维护保养、设备检查和设备修理。4.1 设备维护保养设备维护保养的内容是保持设备清洁、整齐、润滑良好、安全运行，包括及时紧固松动的

18、紧固件，调整活动部分的间隙等。简言之，即“清洁、润滑、紧固、调整、防腐”十字作业法。实践证明，设备的寿命在很大程度上取决于维护保养的好坏。维护保养根据工作量大小和难易程度分为日常保养、一级保养、二级保养、三级保养。4.1.1 日常保养日常保养又称例行保养，其主要内容是进行清洁、润滑，紧固易松动的零件，检查零件、部件的完整。这类保养项目和部位较少，大多数在设备的外部。4.1.2 一级保养一级保养的主要内容是普遍地进行拧紧、清洁、润滑、紧固和部分的进行调整。日常保养和一级保养一般由操作工人承担。4.1.3 二级保养二级保养的主要内容包括内部清洁、润滑、局部解体检查和调整。4.1.4 三级保养三级保

19、养主要是对设备主题部分进行解体检查和调整工作，必要时对达到规定磨损限度的零件进行更换。此外，还要对主要零部件的磨损情况进行测量、鉴定和记录。二级保养、三级保养一般是在操作工人参加下，由专职保养维修工人承担。在各类维护保养中，日常保养是基础。保养得类别和内容，要针对不同设备的特点加以规定，不仅要考虑到设备的生产工艺、结构复杂程度、规模大小等具体情况和特点，同时要考虑到不同工业企业内部长期形成的维修习惯。4.2 设备检查设备检查是指对设备的运行情况、工作精度、磨损或腐蚀程度进行测量和校验。通过检查，全面掌握机器设备的技术情况和磨损情况，及时查明和消除设备的隐患，有目的地做好修理前的准备工作，以提高

20、修理质量，缩短修理时间。检查按时间间隔分为日常检查和定期检查。日常检查由设备操作人员执行，同日常保养结合起来，目的是及时发现不正常的技术状况，进行必要的维修保养工作。定期检查是按照计划，在操作者的参与下，定期由专职维修工执行，目的是通过检查，全面准确地掌握零件磨损的实际情况，以便确定是否有进行修理的必要。检查按技术功能可分为机能检查和精度检查。机能检查是指对设备的各项机能检查与测定，如是否漏油、漏水、漏气，防尘密封性如何，零件耐高温、高速、高压的性能如何等。精度检查是对设备的实际加工精度进行检查和测定，以便确定设备精度的优劣程度，为设备验收、修理和更新提供依据。4.2.1 设备点检制度为了维持

21、生产设备的原有性能，通过人的五感（视、听、嗅、味、触）或简单的工具、仪器，按照预先设定的周期和方法，对设备上的规定部位（点）进行有无异常的预防性周密检查的过程，以使设备的隐患和缺陷能够得到早期的发现，早期预防，早期处理，这样的设备检查称为点检。按作业时间间隔和作业内容的不同，点检分为日常点检和定期点检。设备点检的内容因设备种类和工作条件不同而差别较大，但各类设备的任何点检，都必须做好以下几个环节的工作：第一，确定检查点。一般应将设备的关键部位和薄弱环节列为检查点。但关键部位和薄弱环节的确定与设备的结构、工作条件、生产工艺及设备在生产中所处的地位有很大关系。检查点选择不当或数量过少，难以达到预定

22、的目的；检查点过多，势必造成经济上的浪费。因此，必须全面考虑以上因素，合理确定检查点的部位和数量。检查点一经确定，不应随意变更。第二，确定点检项目。确定点检项目就是确定各检查点的作业内容，如温度、振动、噪声、泄漏、压力、磨损情况等。确定检查项目时，除依据必要性外，还要考虑点检人员的技术水平和检测工具的配套情况。点检项目确定后，应将其规范化并登记在点检卡中。第三，制定点检判定标准。根据设备制造厂家提供的技术要求和时间经验，制定出各检查项目的技术状态是否正常的判定标准。判定标准要尽可能定量化，如磨损量、偏角、压力、油量等均应有确切的数量界限，以便于检测和判定。制定的判定标准要附在检查项目表内。第四

23、，确定点检周期。点检周期应根据检查点在保证生产的前提下，依照生产工艺特点和设备说明书的要求，并结合故障与磨损倾向、维修经验等来确定，切不可过长或过短，点检周期过长，设备异常和劣化情况下不能及时发现，失去了点检的意义；点检周期过短，会加大检查工作量，增加费用支出。点检周期的最后确定，需要一个摸索试行的过程，一般可先拟定一个点检周期，试行一段时间（如一年），再通过对试运行期间的维修记录、故障和生产情况等进行全面的分析研究，确定一个切合实际的点检周期。第五，确定点检方法和条件。根据点检的目的和要求，各检查项目所采用的检查都应具体规定。检查方法和作业条件确定后，就成为规范化的作业程序，人员不得随意改动

24、。例如：是凭感官检查还是用检测仪器检查；是需要解体检查还是不解体检查；是停机检查还是不停机检查。第六，确定点检人员。所有检查任务必须落实到人，也就是明确各类点检的执行人员。日常点检工作一般应有设备操作人员负责，因为他们天天与设备接触，对其性能和技术状况十分熟悉，易于及时发现问题，设备在运行中一旦出现故障征兆，能够尽快处理。同时，也有利于推行设备全员管理。定期点检由于工作内容复杂，作业量大，技术要求高，应由设备维修人员和专职点检人员负责，以保证检查的质量和效率。确定点检人员时，要与一定形式的责任制度相结合，力求做到责任明确、要求具体、任务落实。第七，编制设备点检卡。为了指导设备点检工作，需要将各

25、检查点、检查项目、检查周期、检查方法、判定标准以及规定的记录符号等内容编制成规范的表格，作为点检人员将进行检查作业的依据。这种表格称为设备点检卡。点检卡既是考查点检工作执行情况、统计设备维修资料、进行设备技术状态分析的原始记录，又是维修控制和管理中的重要技术文件。编制点检卡时，文字和符号要力求准确具体、简明规范，以便于掌握和使用。第八，做好点检管理工作。企业要建立健全的各级点检管理组织机构，形成设备点检管理网络；制定有关人员的岗位责任制，做到职责落实、奖罚分明；加强信息反馈和管理，定期汇总、整理各种点检记录，并按要求分类归档。生产部门要做好日常巡检和点检的检查、考核和简评工作，同时，还要着重解

26、决和防止四个问题：防止不到现场的谎检；防止判断不准确的误检；防止已列入检查点的重要部位的漏检；防止查出的问题总得不到解决的虚检。维修部门责任做好定期点检的检查、考核和奖评工作。4.2.2 设备的正确使用设备的正确使用包括：第一，“三好”、“四会”。岗位操作工、岗位维修工必须按各自岗位的要求，切实做到“三好”、“四会”。“三好”是用好设备、管好设备、修好设备；“四会”是会使用、会维护、会点检、会紧急处理故障。第二，使用设备必须遵守“六不准”规定。不准拼设备，严禁超压、超速、超载、超温等超负荷运行；不准乱开、乱拆、乱割、乱焊；不准随意改动调整值，严禁取消安全装置；不准在无润滑状态下运行；不准不合格

27、的人员上岗操作及独立从事维修工作；不准非岗位操作的人员操作及检修设备。第三，设备的“四保持”。保持设备的外观整洁；保持设备的结构完整性；保持设备的性能和精度；保持设备的自动化程度。第四，设备环境管理的标准。无垃圾、无积尘、无积水、无油垢；根据设备性能的要求和工作条件，分别设有防火、防爆、防冻、防漏等措施，无易燃易爆危险；规定安全行走路线，设置安全标记；各种设施和和管道涂色鲜明，易于识别；场地平整，物品堆放整齐。4.3 设备修理设备修理是指修复由于日常的或不正常的原因而造成的设备损坏和精度劣化。通过修理更换磨损、老化、腐蚀的零部件，可以使设备性能得到恢复。设备的修理和维护保养是设备维修的不同方面

28、，二者由于工作内容与作用不同，是不能相互替代的应把二者同时做好，以便相互配合、相互补充。机械设备维修准备工作及程序设备维修的种类根据修理范围的大小、修理间隔期长短、修理费用多少，设备修理可分为小修理、中修理和大修理。小修理。小修理通常只需修复、更换部分磨较快和使用期限等于或小于修理间隔期的零件，调整设备的局部结构，以保证设备能正常运转到计划修理时间。小修理的特点是：修理次数多，工作量小，每次修理时间短，修理费用计入生产费用。小修理一般在生产现场由车间专职维修工执行。中修理。中修理是对设备进行部分解体、修理或更换部分主要件与基准件，或修理使用期限等于或小于修理间隔期的零件；同时要检查整个机械系统，紧固所有机件，消除扩大的间隙，校正设备的基准，以保证机器设备能恢复和达到应有的标准和技术要求。中修理的特点是：修理次数较多，工作量不很大，每次修理时间较短，修理费用计入生产费用。中修理的大部分项目由车间的专职维修工在生产车间现场进行，个别要求较高的项目可由机修车间承担，修理后要组织检查验收并办理送修和承修单位交接手续。大修理。大修理是指通过更换，恢复其主要零部件和设备原有精度、性能和生产效率而进行的全面修理。大修理的特点是：修理次数少，工作量大，每