三、机械设备故障诊断技术

　　（一）机械设备状态监测及故障诊断模型

　　故障诊断是研究机械设备运行状态变化的信息，进而识别、预测和监视机械运行状态的技术方法。

　　故障诊断的基本模型如图4-5所示。图中St（f）是载荷或应力向量，M（f）是故障机理传递函数，E（f）是异常模式（模型）向量，x（f）是设备状态向量，H（f）是E（f）和X（f）之间的传递函数。机器或设备在正常工作时[M／（f）＝l]其状态向量X（f）是由外因St（f）和内因H（f）共同决定的，当出现异常或故障[即M（f）不为1或St（f）超过正常值。前者称为结构异常，后者称为偏离操作规范]之后，X（f）除与外因St（f）和内因H（f）有关外，还与载荷超差及故障机理传递函数M（f）有关。

　　在设备状态监测和故障诊断中，设备的状态向量是设备异常或故障信息的重要载体，是设备故障诊断的客观依据，所以及时而正确地掌握状态向量是进行诊断的先决条件，为此就要用传感器或其他检测手段进行状态信号的监测。

　　（二）故障诊断的基本流程及实施步骤

　　故障诊断的基本工艺流程它包括诊断文档建立和诊断实施两大部分。

　　诊断实施过程是故障诊断的中心工作，它可以细分为4个基本步骤：

　　（1）信号检测。按不同诊断目的选择最能表征设备状态的信号，对该类信号进行全面地检测，并将其汇集在一起，形成一个设备工作状态信号子集，该子集称为初始模式向量。

　　（2）特征提取（或称信号处理）。将初始模式向量进行维数变换、形式变换，去掉冗余信息，提取故障特征，形成待检模式。

　　（3）状态识别。将待检模式与样板模式（故障档案）对比，进行状态分类。

　　（4）诊断决策。根据判别结果采取相应的对策。对策主要是指对设备及其工作进行必要的预测和干预。

　　（三）故障诊断与状态监测

　　故障诊断与状态监测，是广义故障诊断中不可分割的两个有机组成部分。严格地讲，状态监测和故障诊断是两个不同的概念。状态监测一般由现场操作人员进行。故障诊断则一般由专门人员进行，他们只是在确定设备已发生异常的基础上对异常设备进行处理，提取故障特征，识别设备状态并提出诊断决策。虽然理论上两者是有根本差异的，但实际中由于两者的密切相关性，往往把状态监测也划归在故障诊断的研究范畴中，统称为设备的故障诊断与监测或简称为故障诊断。由于状态监钡，）是故障诊断的前提，因此有时也把状态监测称为故障诊断实施的第一阶段，而把狭义故障诊断称为故障诊断实施的第二阶段。

　　（四）振动监测与诊断技术

　　1．振动定义

　　物体围绕其平衡位置做往复运动称为振动。按频率范围振动可分为低频振动（f10kHz）。按振动信号的统计特征可分为稳态振动和随机振动。

　　2．振动信号的检测与分析

　　振动信号一般用位移、速度或加速度传感器来测量。

　　传感器应尽量安装在诊断对象的振动敏感点或离核心部位最近的关键点。对于低频振动，一般要从3个互相垂直的方向上进行检测。对于高频振动，通常只从一个方向上进行检测。

　　3．振动诊断中的故障判别标准

　　机械设备种类繁多，故障类型、失效形式及振动方式各异，因此很难提出统一的故障判别准则及故障模式。为研究设备的老化状态、危险程度、重要程度等，必须按照设备各自的情况来确定标准。

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