浅谈故障的常用诊断方法

机械故障诊断浅谈故障的常用诊断方法学院: 机械系姓名: 刘顺学号:04612009023浅谈故障的常用诊断方法(一)故障诊断定义故障诊断是指在不解体(或仅拆除个别小件)的条件下,确定发动机技术状况,查明故障部位及原因。

故障诊断一词包含两种含义:一是维修性诊断,即对已暴露出来的故障进行诊断,针对故障部位、原因,采取相应的修复方法;二是预防性诊断,即在尚未出现明显故障时,对发动机进行全面的技术状况检查,了解发动机现有的技术状况是否与制造厂的技术规范相一致, 并将诊断结果(技术状况变化、零件磨损、需修、需换的零件)记录在诊断报告书上,提出需要进行什么样的维护修理作业,才能使发动机恢复到或接近新发动机的技术状态。

(二)故障诊断方法诊断故障时应遵循"先易后难、先简后繁、先外后内、分段查找、逐步缩小范围"的原则, 通常采用人工直观法、仪器设备法、故障树分析法对故障予以分析诊断。

1.人工直观法人工直观法就是通过问、看、嗅、摸、试、听等直接感观,或借助简单工具,以确定机器技术状况和故障的方法。

其特点是不需要专用设备,诊断结果的准确性依赖于诊断人员的技术水平和实践经验。

(1)问即向驾驶员询问查核故障前后的诸如车辆行驶里程、使用年限、维护修理、故障预兆、故障发生过程等有关情况.(2)看即观察有故障疑点的机构、总成和零件的状况,如各仪表指示数值、机体裂痕和变形、消声器排放废气的颜色、滴漏的油迹和水迹,再结合其他有关情况分析、判断发动机的工作情况。

(3)嗅即根据发动机运行中散发出的异常气味判断故障部位,如有生汽油昧,表明有漏油或燃烧不良。

(4)摸即用手触试可能产生故障部位的温度、振动情况等,从而判断出诸如配合的松紧度、轴承间隙的大小和零件配重的平衡、柴油管路的脉动以及油、水温度等. (5)试就是通过各种试验方法,使故障现象充分地显现出来,如按喇叭、打开点火开关或灯开关、火花塞"断火"、拉阻风门、使发动机转速迅速升高或降低等,必要时还可换装好的总成或零件进行对比试验.(6)听就是根据发动机在不同工作情况、不同部位发出的声响及声响的规律,判断哪些是正常的,哪些是异常的。

如汽缸内有无爆震声、化油器有无"回火"、排气消声器有无放炮声或 "突、突"声等。

以上方法,并非每一种故障诊断都必须遵循该程序,不同的故障应视其具体情况灵活运用。

2. 仪器设备法仪器设备法是在总成不解体条件下,通过专用仪表或设备,通过对汽车某些特定参数的检测,以判断其技术状态和故障情况。

这种诊断方法具有诊断速度快、结果准确、不需解体 (或只需拆除个别小件)、能发现隐蔽性故障等优点,但需要多种设备,投资较大。

3. 故障树分析法故障树即故障因果关系分析图.它是利用逻辑推理,对确定的故障事件在一定条件下用图形表示,并确定导致此故障事件必然发生某(些)次级事件的因果关系的图形演绎方法.然后,再分析此次级事件必然发生的更次级事件……如此层层分析演绎、制图 , 直至分析到基本故障事件或不能再分解的边界事件为止,这种演绎图形即为故障树。

故障树直观地反映了系统故障与各种基本故障的逻辑关系,为迅速排除故障提供了依据.利用故障树可找出系统故障的故障谱,再进一步找出系统的最薄弱环节,便于加强对薄弱环节的检查及维护,以提高机器使用的可靠性。

机械故障诊断是一门建立在多学科基础上的综合性新技术。

随着科学技术的进步，很多新理论、新方法、新技术不断地涌现出来，丰富和发展了故障诊断的内容，其中近年来发展较快，影响较大的有模糊诊断法，灰色诊断法及诊断专家系统等。

（三）智能诊断系统智能诊断系统，是在常规故障诊断技术的基础上，结合人工智能技术的研究成果研制而成的自动化诊断系统。

智能诊断系统的开发历史并不长，美国自20世纪80年代开始首先在这方面开展研制工作，开发了多种智能诊断系统。

例如，1982年EGG．Idaha公司研制成功用于诊断和处理核反应堆的故障诊断系统。

此后，Westinghouse公司研制成功电厂人工智能在线诊断大型网络系统，其中包括汽轮机Turbin AID、发电机GenAID和水化学ChemAID三个人工智能在线诊断系统，以及电站数据中心PDC和诊断运行中心，它在电站机组的安全运行中发挥了巨大的作用，取得了很大的经济效益，被誉为在线智能诊断系统成功应用的代表。

国内在故障的智能诊断技术方面的研究起步较晚，但发展较快，并取得了不少成果，如华中理工大学研制成功汽车发动机故障诊断专家系统KB－SED和汽轮机组监测与诊断专家系统；哈尔滨工业大学研制成功大型旋转机械故障诊断专家系统MMMDES；另外，清华大学、上海交通大学、西安交通大学、郑州工学院、东南大学等院校也先后开展了故障智能诊断系统的研制工作。

故障机理的研究振动信号分析是机械故障诊断技术中采用的最主要的方法之一。

目前，在振动信号分析与处理方法中，以快速傅立叶变换（FFT）为基础的调和分析法应用最为普遍，几乎所有的动态分析仪都是以FFT为核心进行信号处理的，FFT分析方法及其派生出的多种有效的振动信号处理方法（如快速卷积、相关、自谱、互谱、倒谱、细化谱及传递分析等）在机械故障诊断技术应用中起到了非常大的作用。

然而，这类基于平稳过程的经典信号处理方法，分别仅从时域或频域给出信号的统计平均结果，无法同时兼顾信号在时域和频域中的全貌和局部化。

为实现对非平稳信号的有效表示，解决其时频局部化分析问题，Gabor提出了加窗傅立叶变换（WFT）或短时傅立叶变换（STFT），但由于其时频分辨率固定，缺乏细化能力，逐步被20世纪80年代发展起来的一种新的数学方法———小波（wavelet）分析所取代。

小波分析是一种包含尺度伸缩和时间平移的双参数的函数分析方法，由于小波函数具时频局部化特性，多尺度性和“数学显微”（“变焦”）特性，伸得小坡变换能够很好地解体非平稳信号的分析问题，它的出现对纯数学和应用科学都具有重要意义。

研究表明：小波分析在振动噪声的去除、非平稳振动信号的表示与分析及振动信号多分辨率分析等方面具有较强的优势，是适合机械故障诊断的一种有效方法。

随着人们对小波分析的理论和应用研究的深入，不少新的理论方法被提出。

其中，信号自适应小波分解理论和基于基因遗传算法求解的广义自适应小波分解方法已经具有工程应用背景。

但在小波参数的最优化问题上，在将小波分析的理论应用到实际的故障诊断系统中，还有大量的实际工作要做。

（四）以数控机床为例：系统可靠性是指数控系统在规定的条件和规定的时间内完成规定功能的能力。

故障是指系统在规定的条件和规定的时间内失去了规定的功能。

数控机床是个很复杂的大系统，它涉及光、机、电、液、气等很多技术，发生故障是难免的。

机械磨损、机械锈蚀、机械失效、插件接触不良、电子元器件老化、电流电压波动、温度变化、干扰、噪声、软件丢失或本身有隐患、灰尘、操作失误等都可导致数控机床出故障。

1.数控机床故障诊断内容故障诊断的内容：（1）动作诊断：监视机床各动作部分，判定动作不良的部位。

诊断部位是ATC、APC和机床主轴。

（2）状态诊断：当机床电机带动负载时，观察运行状态。

（3）点检诊断：定期点检液压元件、气动元件和强电柜。

（4）操作诊断：监视操作错误和程序错误。

（5）数控系统故障自诊断：不同的数控系统虽然在结构和性能上有所区别，但随着微电子技术的发展，在故障诊断上有它的共性。

2.数控机床故障诊断原则在故障诊断时应掌握以下原则：（1）先外部后内部数控机床是集机械、液压、电气为一体的机床，故其故障的发生也会由这三者综合反映出来。

维修人员应先由外向内逐一进行排查，尽量避免随意地启封、拆卸，否则会扩大故障，使机床大伤元气，丧失精度，降低性能。

（2）先机械后电气一般来说，机械故障较易发觉，而数控系统故障的诊断则难度较大些。

在故障检修之前，首先注意排除机械性的故障，往往可达到事半功倍的效果。

（3）先静后动先在机床断电的静止状态，通过了解、观察测试、分析确认为非破坏性故障后，方可给机床通电。

在运行工况下，进行动态的观察、检验和测试，查找故障。

而对破坏性故障，必须先排除危险后，方可通电。

（4）先简单后复杂当出现多种故障互相交织掩盖，一时无从下手时，应先解决容易的问题，后解决难度较大的问题。

往往简单问题解决后，难度大的问题也可能变得容易。

3.数控机床故障诊断的方法（1）直观检查法它是维修人员最先使用的方法。

在故障诊断时，首先要询问，向故障现场人员仔细询问故障产生的过程、故障表象及故障后果，并且在整个分析、判断过程中可能要多次询问；其次是仔细检查，根据故障诊断原则由外向内逐一进行观察检查。

总体查看机床各部分工作状态是否处于正常状态(例如各坐标轴位置、主轴状态、刀库、机械手位置等)，各电控装置(如数控系统、温控装置、润滑装置等)有无报警指示，局部特别要注意观察电路板的元器件及线路是否有烧伤、裂痕等现象、电路板上是否有短路、断路，芯片接触不良等现象，对于已维修过的电路板，更要注意有无缺件、错件及断线等情况；再次是触摸，在整机断电条件下可以通过触摸各主要电路板的安装状况、各插头座的插接状况、各功率及信号导线(如伺服与电机接触器接线)的联接状况等来发现可能出现故障的原因。

（2）仪器检查法使用常规电工仪表，对各组交、直流电源电压，对相关直流及脉冲信号等进行测量，从中找寻可能的故障。

例如：用万用表检查各电源情况，以及对某些电路板上设置的相关信号状态测量点的测量，用示波器观察相关的脉动信号的幅值、相位甚至有、无，用PLC 编程器查找PLC程序中的故障部位及原因等等。

（3）功能程序测试法功能程序测试法是将数控系统的G、M、S、T、F功能用编程法编成一个功能试验程序，并存储在相应的介质上。

在故障诊断时运行这个程序，可快速判定故障发生的可能起因。

功能程序测试法常应用于以下场合：①机床加工造成废品而一时无法确定是编程操作不当、还是由于数控系统故障引起的。

②数控系统出现随机性故障。

一时难以区别是外来干扰，还是系统稳定性差时。

③闲置时间较长的数控机床在投入使用前或对数控机床进行定期检修时。

（4）信号与报警指示分析法①硬件报警指示这是指包括伺服系统、数控系统在内的各电子、电器装置上的各种状态和故障指示灯，结合指示灯状态和相应的功能说明便可获知指示内容及故障原因与排除方法。

②软件报警指示如前所述的系统软件、PLC程序与加工程序中的故障通常都设有报警显示，依据显示的报警号对照相应的诊断说明手册便可获知可能的故障原因及故障排除方法。

（5）接口状态检查法现代数控系统多将PLC集成于其中，而CNC与PLC之间则以一系列接口信号形式相互通讯联接。

有些故障是与接口信号错误或丢失相关的，这些接口信号有的可以在相应的接口板和输入/输出板上有指示灯显示，有的可以通过简单操作在CRT屏幕上显示，而所有的接口信号都可以用PLC编程器调出。