论述机械设备故障误诊原因及控制措施

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　　【摘 要】本文作者结合多年工作经验，就机械设备故障误诊原因及控制措施进行了详细论述。以供同行参考。
　　【关键词】故障误诊 误诊原因措施
　　 1 机械设备故障误诊
　　误诊包括误判和糊判两种情况。把本来存在故障判为没有故障，或者把无故障判断为有故障，是两种最常见的误判形式，前者称为漏判，后者叫做谎报。把甲故障判成乙故障，也是误判的一种类型。对故障程度的判断发生出入，一般不应当算误判，但对处理故障也会造成不良影响， 也是应该尽量避免的。另外的一种误判形式是“糊判”，这是一种不负责任的猜测性判断， 在没有掌握足够的信息， 没有搞清故障性质的情况下，为了应付交差而糊里糊涂做出判断结论。当然这种判断的结果可能对，也可能错。但是，做出诊断结论是一件十分严肃的工作，它关系到后面的整改工作，一旦错判， 将会带来严重的后果。在现场诊断中，在没有把握的情况下，宁可缓判，不可糊判。误判和糊判都是诊断中的两大公害，应当严加防范和控制。
　　2 ．机械设备故障误诊原因及其控制
　　2.1 防止误诊的前提是熟悉诊断对象
　　机械设备诊断必须对诊断对象了如指掌。设备诊断中的每一个环节包括选择诊断仪器，确定诊断方案，运用判断标准，提出整改措施，都必须从设备的具体情况出发。没有一成不变、放之四海而皆准的方法规则、措施。所以诊断人员首先必须对机器的组成结构、工作原理、运行特性、工况参数和工作环境等都有足够的了解。
　　由于不了解诊断对象而造成误诊是时有发生的。为此，应当采取措施严加防范和控制。下面是几种常见的情况。
　　（1）不了解设备结构而误布测点测点是获取诊断信息的窗口。选择测点最基本的要求是尽可能靠近故障源，使故障信号能够沿最少能量消耗的路径直接传递到监测点位置。但由于对设备的结构特点不了解，误布测点的情况经常发生。如，测试一台水泵，由于监测人员不了解水泵的结构，误把传感器安装在填料压盖上。填料压盖只起压紧密封填料防止泵内的水往外喷射的作用，它不与泵轴配合，而是与轴套配合，且两者间有较大的间隙，所以从填料压盖上传感器所测得的振动信号不能反映水泵转子的真实振动。
　　（2）不了解设备的工作原理和运行特性而误用诊断手段诊断信息是判断设备状态的依据。恰当的诊断手段是获取状态信息的主要渠道。采用什么样的诊断手段须根据设备的工作原理和运行特性而定。有时，由于缺乏对设备的充分了解，往往因滥用诊断手段而发生失误。比如采用冲击脉冲法诊断滚动轴承，对那些负荷均匀、运行平稳、无冲击性运动的机器是很有效的。但有的监测人员却拿它去诊断往复式空压机曲轴轴承，结果将状态“良好”的轴承判为有严重故障。造成这种情况的原因主要在于对往复机工的特性缺乏充分的了解。往复机械由于采用曲柄连杆机构传动，在带荷运行时具有强烈的冲击性，甚至湮没了滚动轴承产生的冲击信号。由此测得的脉冲值不是由滚动轴承发出，而是由曲柄连杆机构的冲击运动产生的。
　　这样必然造成误判。其他与此类似的设备如破碎机，如果在带荷运行的情况下采用冲击脉冲法诊断滚动轴承的状态也会发生同样的错误。诊断这种冲击性很大的设备，比较可靠的办法是空载运行时测试，这样大大减小了机器传动机构产生的冲击干扰，能比较真实地监测到轴承的脉冲值。
　　（3）把频率分析与设备结构特点分析结合起来，防止单独采用频率分析而造成误诊无可置疑，频率分析是诊断机械故障的经典方法。但在有的情况下，如果仅凭频率这个单一信息就贸然做出结论，也有可能造成误诊的危险。这时，若能认真分析设备的结构特点，也许能发现设备结构与故障的某种联系，使思路豁然开朗，可以防止误诊的发生。
　　（4）当未弄清机器零件的结构参数时，容易造成漏判或糊判机器零件的结构参数是计算振动频率的依据，如果没有准确掌握有关参数，必然造成误诊。如：在为某矿山测试一台明知存在故障的绞车齿轮箱，监测人员事先没有对这台齿轮箱进行详细的调查了解，不知道齿轮的结构参数，在频率分析时，任意取分析频段大于1000H z ，结果在频谱图上没有发现异常频率峰值，于是做出了不存在故障的结论。后来查清了齿轮的齿数，计算齿轮的啮合频率为125H z ，又进行了复测，取分析频段为0 ―500H z ，结果在频谱上显示了齿轮的故障特征频率，判断小齿轮存在严重故障。拆机检查，小齿轮有一个齿存在严重缺陷。
　　（5 ）分析设备传动机构的特点，防止误判故障部位电动机带动工作机构，有多种传动方式。不同的传动方式对故障信号的传递将产生不同的影响。因此在判断故障时必须根据不同的传动方式采用不同的判别方法。如：金属切削机床在通常情况下，电动机一般都是采用带传动的。这时，应用冲击脉冲法判断电动机滚动轴承的故障是可行的。因为带的弹性有缓冲作用，能消减外来的冲击传播到电动机轴承上来。但是，有些电动机的传动方式是采用滑动联轴器或齿形联轴器与其他机构相联接的。这样，机床内部机构的冲击干扰将通过刚性联轴器直接传递到电动机轴承上来。这时，从电动机轴承处测得的冲击脉冲值并不如实反映轴承的状态。因此，为防止在这种情况下产生误判，应当根据不同的传动结构形式采用不同的测试方法。
　　凡是带传动的电动机，可以用冲击脉冲法直接测试判断电动机轴
　　承故障。对采用滑动联轴器或齿形联轴器等刚性联接的电动机，应在拆离联轴器让电动机空转的情况下测试。对于多传动的复杂系统，可把各个系统分离开来单独测试。
　　2.2 防止误诊的关键是真实充分地获取足够数量的诊断信息判断设备状态的依据是反映设备的信息。诊断信息的生命在于真实。只有充分地掌握了足够数量的真实信息，才能对设备状态做出准确的判断。
　　（1）振动信号失真的因素及其防范
　　①采集信号失真的辨识及其防范：信号的采集、传输和处理是信息技术的基础。振动信号采集系统包括传感器和放大器（数据采集器把放大器置于仪器内部，测量时不再使用放大器）。传感器的作用是把机械振动的能量转换成容易检测的电量输出。输出的电信号通过分析仪器（数据采集器或信号分析仪）进行各种分析处理，提供诊断所需要的各种有用的信息。采集信号的真实性是影响诊断准确性的最重要因素。
　　如果传感器完全失效，则测试的结果毫无意义；如果传感器部分失效，也将不同程度地导致测量精度下降，测试结果未能反映被测参数的真实性，必然导致误诊。在测试前，如果不对传感器加以检测，还有可能把传感器自身的故障误认为是被套测对象的异常，将引起致命的误判，造成巨大的损失。为了防止因采集信号失真而造成误诊，必须采取有效的防范措施，其中要着重处理好信号畸变的识别，传感器性能检测和传感器失效的防护有关问题。
　　②信号在传输环节中受到的干扰及防范：实践证明，测试系统的噪声干扰多来自信号传输环节，最容易从信号输入端混入。因此，在信号传输环节采取措施，抑制噪声，对整个测量系统抗干扰能力的提高是至关重要的。可进入测试系统的噪声有：放电噪声源（包括火花放电源和电晕放电源），电气噪声源（包括射频噪声源、电子开关、脉冲发生器噪声源）。其他噪声源有：机械振动或冲击，电缆运动，导线运动，以及环境温度变化和电化学作用，等等。对高输入阻抗系统的前端，是极容易受电容性耦合噪声源影响的。通过导线直接进行测试系统的噪声，首先是电源噪声，其次是接地阻抗噪声。为了保证测试系统正常工作，测取所需要的真实信号，必须采取有效的抗干扰技术。
　　（2）信息不充分造成误诊及其注意点

　　现场诊断中，由于诊断信息不充分而造成误诊的情况是比较常见的。总结这类误诊的过程中，应记取：①诊断一个故障，特别是比较复杂的、非常见的故障，必须要有充分的信息为依据。在信息不足的情况下，抱着一种猜测的侥幸心理做出判断结论是不可靠的。②对所获得的信息，要与故障机理联系起来分析，做出合理的解释，这是对信息进行加工、整理、消化的过程，只有这样才能将它作为故障判断的依据。③多参加诊断实践，多接触不同类型的设备，多进行各种类型诊断案例的分析总结，作到心中有实例，手中有典型，随时可以拿来参考借鉴，必然会减少误诊发生。
　　（3）防止测量数据失误的几项措施
　　各种振动参数值是识别设备状态的主要依据，确保测量数据的准确性是防止误诊的重要因素，为此可采取以下措施：
　　①坚持测试条件的一致性。坚持测试条件的一致性是保证测量数据准确性的重要条件。测试条件的一致性主要包括两个方面：A.保持测试方案的一致。为了使测量值真实反映设备状态的变化，必须使每次测量所采用的仪器、测量参数、测量频段、测点位置均保持一致。B.保持运行工况的一致性。设备运行工况参数的任何变化都会影响测值的改变，其中特别是以负荷、转速的影响最为显著，多次试验表明，满负荷运行的振动值比空负荷时往往要高出几倍。此外还有工作介质、设备结构参数、运行状态以致周围环境对测量值都会产生不同程度的影响。所以在历次测量时，一定要保持设备转速、负荷的一致性。即使不能达到完全的一致，也要基本一致。现场生产设备中，经常要实行转速变化的设备比较少，一般只有少数需要根据工艺要求实行变速。另外在修理或安装调试过程式中也要变速。而影响负荷变化的因素比较复杂，严格地说，机器的负荷变化是随机性的，任何时候做到完全一致很难，一般只能作到大体一致。
　　②选择合适的测量频段。振动测量时所选择的频段对测值的影响是很敏感的，特别是对加速度的影响最大，如果测量频段选择不当，或各次测量选取的频段不一致，会造成很大的测值误差，结果不是误判就是漏诊。
　　③反复多次监测，防止随机性测值误差。设备故障特征的出现是随机性的。在某个时刻进行观测（即对故障特征进行“摄像”）得到的只是随机过程的一个样本。由于各种偶然的原因，比如受到外来的冲击振动干扰，或因电源的干扰，或工作介质中混进了异物等各种难以估计的因素，都会使监测参数突然变大。此时测到的参数并不反映设备的真实状态。如果通过这么一次测量便加以判断显然是不可取的。只有重复进行几次观测才可得到其概率分布。测量相位也是如此，每点要多测几次，当观察到的相位是重复变化时才能下定论。
　　④详实记录数据。各种测量数据是判断设备状态的重要资料，必须尽可能详细记录，作到正确无误。
　　2.3 防止误诊的重要环节是准确识
　　别机械图像，正确应用标准所谓机械图像，是指设备在运行过程中，各种随时间而变化的动态信息，如振动信号的各种幅值，频谱，相位，以及其他诸如噪声、温度、压力等各种参数，经过各种动态仪器拾取并记录下来的图像。这类机械图像是机械故障诊断的原始依据。因此，机械图像的识别问题，是机器故障诊断的一个核心问题。可以这样说，对正常和各类异常的机械图像进行识别所能达到的准确准度是诊断成败的关键。
　　分析现场诊断中判别失误的原因，存在各种不同的情况，但其中对机械图像的识别和标准应用上造成的失误是绝不能忽视的。
　　（1）缺乏逻辑分析，造成误诊。正确识别机械图像对准确判断故障是十分重要的。即使掌握了准确的信息，如果识别错了还是会发生判别错误的。这里的关键是要把所掌握的整台设备的各种信息（测值、谱图等）联系起来思考。甚至还要与设备使用的历史情况，故障机理等多方面的信息综合起进行全面分析，从逻辑性上得到圆满的解释，才能准确识别，避免判断失误。
　　（2）坚持标准，灵活运用标准，是防止误判的重要条件。由于没有严肃认真地理解和运用标准也有可能造成误诊。比较常见的有两种情况：①不坚持标准而造成误判。必须认识到，对设备状态做出判断结论是一桩很严肃的事情，没有根据的判断是不允许的，不坚持标准迁就敷衍而导致判断“失误”，这种不负责任的态度必须杜绝。②防止误用标准而造成误诊。
　　（3）建立合适的诊断规则。在充分研究故障机理，全面掌握故障特征的基础上，对一些常见故障建立合理的诊断规则，判断时作到“有章可行”，也有利于防止胡判、误判。
　　（4）分清故障特征的普遍性和特殊性。每种故障都有自己的特征标志。但这些特征究竟在什么情况下出现，一般文献资料都不作详细介绍。所以在实践中怎样应用诊断知识，主要靠自己在诊断实践中去
　　验证、分析、总结。

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