关于机械故障诊断技术的现状与发展趋势的研究

关于机械故障诊断技术的现状与发展趋势的研究

摘要：随着生产的发展，机械故障诊断技术的重要性越来越明显。传统的诊断技术和理论方法对于具有多故障、多过程、突发性故障的现代化机械设备，往往显示出较大的局限性，从而使机械故障诊断陷入了某些困境。机械故障诊断技术作为一门新兴的科学，自从二十世纪六七十年代以来已经取得了突飞猛进的发展，尤其是计算机技术的应用，使其达到了智能化的阶段。现在，机械故障诊断技术的应用在工业生产中越来越重要的作用，生产实践已经证明开展故障诊断与状态预测技术研究具有重要的现实意义。本文将介绍了故障诊断理论的提出过程和内容;简要地阐述了基于解析模型的故障诊断方法、基于知识的故障诊断方法和基于数据驱动的故障诊断方法，介绍故障诊断的发展现状及其发展前景。

关键词：故障诊断；发展历程；发展趋势

1.故障诊断概述

1.1 故障诊断的含义及其现状

故障诊断技术是一门了解和掌握设备运行过程中的状态，进而确定其整体或局部是否正常，以便早期发现故障，查明原因，并掌握故障发展趋势的技术。其目的是避免故障的发生，最大限度的提高机械的使用效率。

1.2设备故障诊断技术的研究内容

故障诊断技术主要包括一下三个基本环节：

（1）特征信号的采集：这一过程属于准备阶段，主要用一些仪器测取被测仪器的有关特征值，如速度、温度、噪音、压力流量等。

现在信号采集主要用传感器，在这一阶段主要研究基于各种原理的传感技术，目标是能在各种环境中得到高可靠、高稳定的传感测试信号。国内传感类型：电涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和温度传感器等：最近开发的传感技术有光导纤维、激光、声发射等。

（2）信号的提取与处理：从采集到信号中提取与设备故障有关的特征信息。与正常信息进行对比，这一步就可称之为状态监测。目前，小波分析在这方面得到了广泛的的应用，尤其是在旋转机械的轴承故障诊断中。基于基于向空间重构的GMDH数据处理方法也刚刚研究，此方法处理一些复杂机械的线性振动，从而进一步预测故障的发展趋势非常有效。

（3）判断故障种类：从上一步的结果中运用各种经验和知识，对设备的状态进行识别，进而做出维修决策。这一步关键是研究系统参数识别和诊断中相关的使用技术，讨论多传感器优化配置问题，发展信息融合技术、模糊诊断、神经网路、小波变换、专家系统等在设备故障诊断中的应用。

1.3故障诊断的诊断技术方式

当前，油液监测、振动监测、噪声监测、性能趋势分析和无损探伤等为故障诊断主要的诊断技术方式。

（1）汽油压力与喷射状况的检测：

检查汽油压力是一种重要的手段，因为汽油压力直接影响到汽油的输送与喷射。当汽油压力太高时，使汽油与空气的混合比过浓，即喷油过量；而汽油压力太低，也会造成发动机缺油无法运转。汽油压力的检测能帮助我们发现电子油泵，压力调节器，单向阀，滤清器和回油管道等等方面的问题。

在多点喷射系统，可将相应附件与压力表安装在汽油输送的管道接头上，打开快速连接件的开关，检查汽油压力，快速检测诊断压力调节器的方法是：当发动机怠速运转时，如果该调节器工作正常，拔下压力调节器上真空管的瞬间，燃油压力表上的读数值应该升高。

当产生发动机不能起动故障时，首先应把点火开关钥匙转到“ON”的位置，在靠近汽油箱的部位倾听汽油泵有无发出“呜......”的工作响声，如果没有，说明电子油泵电路开通，或电子油泵损坏，声音过响，说明泵内缺油，油箱油位偏低，也可能是油泵磨损严重。

另外，有许多车型，当发动机机油压力过低时，会通过机油压力开关，切断电子油泵断电器电源。有些车辆发生碰撞事故产生的振动，也会将电子油泵电源切断，即安全自保装置起作用。碰撞振动切断电子油泵电源，有人称它为碰撞保护开关。切断电源，阻止汽油供应，造成发动机断油熄火。这种装置往往隐藏在车身的某个部位，有些在行李箱的边测；有些在后座边板的内侧等等。我们找到这种安全自保装置的恢复开关，可重新按压或拔动此种开关，使车辆恢复正常工作。

在多点喷射系统，当发动机运转时，我们不能直接观察到汽油喷射状况，可用手指触摸喷油器，感觉到它的工作振动，也可用专用听诊器倾听到喷油器的工作声响，也可用万用表检测到线路上电源与脉冲电压的情况。

（2）冷起动困难故障排除：

当电喷发动机冷起动困难时，首先应检查冷起动喷油器在发动机冷态时是否工作。现在的许多电控喷射系都有专门的冷起动喷油器装置。当发动机冷态启动，时间继电器使冷起动喷油器有足够的工作时间，提供补充的汽油帮助起动。冷起动困难大多数是该装置的时间继电器及线路的元件故障造成，可使用万用表检测冷起动喷油器的电源接头的电源情况，如果冷起动没有电源，应该检查有关线路与电器，如果有电源，则应清洗冷起动喷油器。

（3）怠速工况故障排除

怠速不稳，发动机排气管冒黑烟，是电喷发动机最常见的故障，往往反映出：汽油与空气的混合比不符合要求，以及大真空渗漏等问题上。怠速空气马达按照电脑指令控制空气流量，而喷油器按照电脑指令控制油量。当怠速空气马达工作异常，影响怠速。还有某些部位的泄漏，如进气支管的泄漏，空调系统的开启等，都会产生怠速问题。当进气支管内由于泄

漏进入过量的空气造成废气，使得进入缸内的混合气变稀，此时电脑收到氧传感器的反馈，发生指令要求加浓混合气，即通过怠速空气马达关闭怠速时，空气旁控通道，同时，氧传感器的失效，进气温度传感器的损坏，空气流量计，或“ECU”故障码没有清除等，都可能影响怠速，在实际工作中，我们经常会遇到这样的问题

1.4故障诊断技术的发展历程

故障诊断技术大致经历了三个阶段：

（1）事后维修阶段

（2）预防维修阶段

（3）预知维修阶段。

现在基本处于预知维修阶段，预知维修的关键在于对设备运行状态进行连续监测或周期检测，提取特征信号，通过对历史数据的分析来预测设备的法杖趋势。

2 故障诊断的发展现状

我国的故障诊断技术在理论研究方面，紧跟国外发展的脚步，在实践应用上还是基本落后于国外的发展。在我国，故障诊断的研究与生产实际联系不是很紧密，研究人员往往缺乏现场故障诊断的经验，研制的系统与实际情况相差甚远，往往是从高等院校获科研部门，是的研究的放矢。经过近二十年的努力，我国自己开发的故障诊断系统有的已经趋于成熟，在工业生产中得到了广泛的应用。但一些新的方法和原理的出现，使得故障诊断技术的研究不断向前发展，正逐步走向准确，方便，及时的轨道上来。

目前，国内检测诊断技术的研究主要集中在以下几个方面：

传感技术研究：传感技术是反映设备状态参数的仪表技术。国内先后开发了各种类型的传感器，如屯涡流传感器、速度传感器、加速度传感器和温度传感器等：最近开发的传感技术有光纤维、激光、声发射等。

关于信号分析与处理技术的研究：从传统的谱分析和时域分析，开始引入了一些先进的信号分析手段，如快速傅立叶变换，小波变换等。这类新方法的引入弥补了传统分析方法的不足。

关于人工智能和专家系统的研究：这方面的研究已经成为诊断技术的发展主流，目前已有“日程机械故障诊断专家系统”但这一技术在工程方面的研究尚未达到人们所期望的水平。

关于神经网络的研究：比如旋转机械神经网络分类系统等的研究已经取得课应用，取得课满意的效果。

关于诊断系统的开发与研究：从单机巡逻与诊断到上下位机式的主从机结构，直至以网络为分布式系统的结构越来越复杂，实时性越来越高。专门化与便捷式诊断仪器和设备的研