设备的故障监测和诊断理论

现代制浆造纸机械发展的趋势是向大型化、高速化、连续化和自动化方向发展。由此而使设备的功能愈来愈多，性能指标愈来愈高，组成和结构愈来愈复杂，同时对制浆造纸设备管理与维修人员素质的要求也愈来愈高。一方面大大促进了生产的发展，主要表现在提高了生产率，改善了产品质量，降低了成本和改善了工人劳动条件，同时也节约了能源和精简了人员。另一方面也潜伏着一个很大的危机，即一旦发生故障所造成的直接、间接损失将是十分严重的。随着制浆造纸生产的发展，设备数量的迅速增长，这一危机造成的后果愈来愈严重，影响愈来愈突出。所有这些，都促使机械故障诊断这门技术在制浆造纸工业中得到快速的应用。

　　这门新的技术和学科的根本宗旨就是运用当代科技的新成就发现设备的隐患，并防患于未然。近年来这一技术发展迅速，对保障生产安全、提高生产率起到了良好的作用，同时也成了现代制浆造纸设备管理与维修人员必备的技术之一。

　　第一节故障诊断的基本理论一台设备，有的由成千上万个零件组成，经过一段时间运转，有的零件就会失效，造成故障。

　　有的机器只用了两三天就坏了，有的机器却连续用了四五年，这是怎么回事？事实上，设计合理的机器不应当出现较多的早期故障。故障诊断的基本概念来源于医学，我国中医的“望、闻、问、切，辨症施治”八字诀极其精辟地总结了医学诊断的基本过程和原理。若用现代科技语言来表达。所谓“诊”就是提取信号特征进行状态分析（望闻问切），而“断”就是进行状态识别和决策（辨症施治）。具体来说，制浆造纸机械的故障诊断就是在动态情况下，利用制浆造纸设备劣化进程中产生的信息（即振动、噪声、压力、温度、流量、润滑状态及其他指标等）来进行状态分析和故障诊断的。

　　二、基本内容

　　1.设备运行状态的监测。

　　根据制浆造纸机械设备在运行时产生的信息判断设备是否运行正常，其目的是早期发现设备故障的苗头。

　　2.设备运行状态的趋势预测。

　　在状态监测的基础上，对设备运行状态的发展趋势进行进一步预测的目的是为了预知制浆造纸设备劣化的速度以便为生产安排和维修计划提前做好准备。

　　3.故障类型、程度、部位、原因的确定。

　　最重要的是故障类型的确定，它是在状态监测的基础上，当确认机器已处于异常状态时所需要进一步解决的问题，其目的是为最后的诊断决策提供依据。

　　三、基本方法

　　1.简易诊断法。

　　主要采用便携式的简易诊断仪器，如测振仪、工业内窥镜、红外测温仪对设备进行人工巡回监测，根据设定的标准或人的经验分析，了解制浆造纸设备是否处于正常状态。若发现异常则通过监测数据进一步了解其发展的趋势。因此，简易诊断法主要解决的是状态监测和一般的趋势预测问题。

　　2.精密诊断法。

　　对已产生异常状态的原因采用精密诊断仪器和各种分析手段（包括计算机辅助分析方法、诊断专家系统等）进行综合分析，以期了解故障的类型、程度、部位和产生的原因及故障发展的趋势等问题。由此可见，精密诊断法主要解决的问题是分析故障原因和较准确地确定发展趋势。

　　3.直接观察法。

　　传统的直接观察法如“听、摸、看、闻”一直沿用到现在，在一些情况下仍然十分有效。但因其主要依靠人的感觉和经验，故有较大的局限性。随着技术的发展和进步，目前出现的光纤内窥镜、电子听诊仪、红外热像仪、激光全息摄影等现代手段，大大延长了人的感观器官，成为一种有效的诊断方法。

　　4.振动噪声测定法。

　　制浆造纸机械设备在动态下都会产生振动和噪声。进一步的研究还表明，振动和噪声的强弱及其包含的主要频率成分和故障的类型、程度、部位和原因等有着密切的联系。因此利用这种信息进行故障诊断是比较有效的方法，也是目前发展比较成熟的方法。特别是振动法，该法不受背景噪声干扰的影响，信号处理比较容易，而应用更加普遍。

　　5.无损检验。

　　是在不破坏材料表面及内部结构的情况下检验机械零部件缺陷的方法。其使用的手段包括超声、红外、X射线、声发射、渗透染色等。这一套方法目前已发展成一个独立的分支，在检验由裂纹、砂眼、缩孔等缺陷造成的设备故障时比较有效。其局限性主要是某些方法（如超声、射线检测等）不便在动态下进行。

　　6.磨损残余物测定法。

　　制浆造纸设备润滑系统或液压系统的循环油路中，携带着大量的磨损残余物（磨粒）。它们的数量、大小、几何形状及成分反映了机器的磨损部位、程度和性质，根据这些信息可以有效地诊断设备的磨损状态。第二节信号分析基础一、信号的测量、传输及分类1.传感器的种类机械故障诊断中许多待研究的物理量，如力、位移、转角、噪声等通常使用各种传感器将其转换为电压、电流等可测物理量后进行测量、记录和处理。传感器的种类很多，按工作原理可分为电感、电阻、电容、电涡流、压电、光电、热电以及霍尔效应等类型的传感器；按被测量对象可分为力、位移、温度、噪声、应变或其组合如阻抗头（可同时测力和加速度）等类型的传感器；按被测量的物体运动状态可分为直线运动、旋转运动及相应的接触式或非接触式等类型的传感器；按被测量物体的工作状态可分为一般工作环境及特殊工作环境如超高压、超高温、超低压、超低温、强磁场、放射性、特殊气体及液体环境等类型的传感器。

　　二、信号的时域分析所谓时域是指一个或多个信号其取值大小、相互关系等，可定义为很多不同的时间函数或参数，这些时间函数或参数的集合称为时域。根据时间函数或参数的不同，时域进一步细分还可以分为幅值域、时差域、倒频域、复时域等。