機械設(shè)備磨損故障分析與診斷

鄭廣健

摘 要：本文根據(jù)鐵譜診斷的要求，分析了機械設(shè)備磨損故障和鐵譜診斷過程，在綜合分析鐵譜診斷方法的基礎(chǔ)上，提出了一個智能化鐵譜診斷系統(tǒng)。

關(guān)鍵詞：機械磨損；故障分析；鐵譜技術(shù)；故障診斷

機械零部件的磨損是機械設(shè)備發(fā)生的故障中最常見、最主要的故障形式，據(jù)統(tǒng)計，磨損故障占機械設(shè)備故障的80%。機械零部件發(fā)生磨損時，磨損顆粒便進入潤滑系統(tǒng)并懸浮在潤滑油中。這些微小的磨損顆粒攜帶有機械設(shè)備發(fā)生磨損故障的重要信息，為了從潤滑油里的磨損顆粒中獲取有關(guān)機械設(shè)備磨損故障的特征信息，常采用“油液監(jiān)測技術(shù)”，其中“鐵譜分析技術(shù)”是監(jiān)測磨損工況和診斷磨損故障最為有效的方法。

然而，在鐵譜診斷技術(shù)診斷過程中的磨粒識別和故障診斷這兩個關(guān)鍵步驟主要憑借人的經(jīng)驗。隨著人工智能和神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在鐵譜診斷中的應(yīng)用，對磨損故障的分類與鐵譜診斷方法提出了新的要求。

1 機械設(shè)備磨損故障分析

1、機械設(shè)備磨損故障的原因：

機械設(shè)備磨損故障（簡稱磨損故障）指由于相對運動的兩個表面之間的摩擦磨損致使設(shè)備的功能低于規(guī)定水平的狀態(tài)。概括地講，引起磨損故障有兩種情況：

（1）由設(shè)備設(shè)計時預(yù)計之中的常規(guī)磨損引起的故障。

（2）設(shè)備安裝與使用過程中的異常磨損導(dǎo)致的故障。

機械零件在安裝過程中安裝不良或清洗不干凈會導(dǎo)致設(shè)備在運轉(zhuǎn)過程中的異常磨損，或者在使用過程中由于偶然的外來因素和內(nèi)部因素影響而出現(xiàn)異常磨損。異常磨損引發(fā)的故障具有偶然性和突發(fā)性，對此類故障的診斷具有重要意義。

2、磨損故障的分類：

（1）按磨損機理劃分：

不同的磨損機理產(chǎn)生的磨粒各異，因而可通過磨粒分析來識別引起磨損故障的磨損機理：

1）粘著磨損：接觸表面作相對運動時，使材料從一個表面轉(zhuǎn)移到另一個表面而造成的一種磨損。

2）磨料磨損：由于硬顆?；蛴餐黄鹞锸共牧袭a(chǎn)生遷移而造成的一種磨損。

3）疲勞磨損：由于循環(huán)交變應(yīng)力引起疲勞而使材料脫落的一種磨損。

4）腐蝕磨損：由于與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的一種磨損。

（2）按磨損形式劃分：

磨粒產(chǎn)生與磨損表面有密切的聯(lián)系，因而可從磨損表面的破壞形式來分類：

1）劃傷：由于犁溝作用，在滑動方向上產(chǎn)生寬而深的劃痕。

2）點蝕：在接觸應(yīng)力反復(fù)作用下使金屬疲勞破壞而形成的表面凹坑。

3）剝落：金屬表面變形強化而變脆，在載荷作用下產(chǎn)生微裂紋隨后剝落。

4）膠合：由粘著效應(yīng)形成的表面結(jié)點具有較高的連接強度，使剪切破壞發(fā)生在表面層內(nèi)一定深度，因而導(dǎo)致嚴重磨損。

5）腐蝕：由于潤滑油中含水和潤滑油膜破裂而使金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而產(chǎn)生的表面損傷。

（3）按磨損類型劃分：

1）正常磨損和磨合期磨損：滑動表面經(jīng)常發(fā)生的正常磨損。

2）切削磨損：由于滑動表面的相互穿入引起的非正常磨料磨損。

3）滾動疲勞磨損：滾動接觸表面的疲勞磨損。

4）嚴重滑動磨損：滑動表面的過載和高速造成的磨損

（4）按磨損原因劃分

按磨損原因來分，可分為由磨料進入、潤滑不良、油中含水、安裝不良或有裂紋、過載、高速、過熱和疲勞等引起的故障。

2 鐵譜診斷過程

鐵譜診斷技術(shù)是一種以磨損顆粒分析為基礎(chǔ)的診斷技術(shù)。采用該技術(shù)監(jiān)測機械零部件的磨損狀態(tài)，無需將正在運轉(zhuǎn)的機械設(shè)備打開或關(guān)閉，就可確定其磨損狀態(tài)。由機械零部件產(chǎn)生的磨損顆粒作為分離相存在于潤滑油中，通過鐵譜儀磁場的作用將它們從潤滑油中分離出來。通過觀察磨粒的顏色、形態(tài)、數(shù)量、尺寸及尺寸分布，可以推斷機械設(shè)備的磨損程度、磨損原因和磨損部位。

具體來講，鐵譜診斷過程可分為以下幾個步驟：

（1）取油樣，制譜片，得到設(shè)備磨損狀態(tài)的特征顆粒；

（2）從譜片上的磨損顆粒中提取設(shè)備磨損狀態(tài)的有用信息（征兆），磨粒識別與統(tǒng)計，磨損參數(shù)測量；

（3）根據(jù)上述征兆，識別設(shè)備的磨損狀態(tài)，包括識別設(shè)備的磨損狀態(tài)將有無異常與是否已有異常；

（4）根據(jù)設(shè)備的征兆與狀態(tài)，進一步分析設(shè)備的磨損狀態(tài)及其發(fā)展趨勢，包括當設(shè)備有故障時，分析故障位置、類型、性質(zhì)、原因與趨勢等；

（5）根據(jù)設(shè)備的狀態(tài)與趨勢，作出決策，干預(yù)設(shè)備及其運行過程。

為了提高鐵譜診斷技術(shù)的準確性和智能性，必須進一步發(fā)展定量鐵譜診斷方法，將智能化技術(shù)應(yīng)用到鐵譜診斷。

3 智能化鐵譜診斷

從實際應(yīng)用的需要出發(fā)，提出了一種智能化鐵譜診斷系統(tǒng)。

該系統(tǒng)包括3 大模塊：磨粒分析模塊、磨粒識別與統(tǒng)計模塊和機械磨損故障鐵譜診斷模塊。在磨粒分析模塊中可以采用計算機圖像分析和模擬人工分析兩種方式。鐵譜圖像分析子系統(tǒng)能夠提取定量的磨粒特征參數(shù)，提取的信息中的一部分輸入磨粒識別與統(tǒng)計模塊，并采用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)識別磨粒，經(jīng)統(tǒng)計后，將結(jié)果送入磨粒信息庫。模擬人工分析子系統(tǒng)，采用人機協(xié)作的方法，人工提取定性的磨粒特征參數(shù)，應(yīng)用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)專家系統(tǒng)進行磨粒識別，識別結(jié)果經(jīng)統(tǒng)計后送入磨粒信息庫。機械磨損故障鐵譜診斷模塊根據(jù)用戶需要可實現(xiàn)磨損狀態(tài)診斷、磨損故障類型診斷和磨損原因診斷。

參考文獻

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