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【摘 要】矿山设备的种类繁多，包括运输设备、输送设备、钻探设备等，绝大部分设备工作环境较为恶劣。设备故障率较高。设备故障发生的原因是多方面的，本文阐述了机械设备故障诊断的理论、实施方法、仪器和典型零件的应用等内容，具有一定借鉴意义。
【关键词】设备；故障诊断；检测
1.设备故障状态产生的原因
机械设备的突发性故障率高、停机损失大、维修费用高、维修周期长等问题，成为困扰企业的突出问题。如何应用现代故障诊断技术建立设备故障预警制度，是擺在企业面前的一个主要课题。经笔者研究，主要有以下几种类型。
1.1机械零件的损坏及配合关系的变化
当机械发生某种故障后，从故障部位进行外部观察，我们会发现，故障的形成主要是由于零件本身的损伤、以及零件之间原有配合关系发生了变化。
零件的损伤是指零件的现有尺寸、形态偏离了原始设计性能，这种偏离表示机械在使用过程中，各种因素对零件发生作用的结果。常见的零件损伤是由于意外损伤和老化损伤造成的。
1.2设备超负荷运转
每台设备都有一个设计输出参数极限，如果设备的实际输出参数超出其设计输出极限时，机械的正常状态将遭到破坏形成故障。产生设备超负荷运转而引起故障时，就需要采取调整技术参数，提高设备承载能力，并对故障设备采取修复措施。
1.3机械工作能力的损耗
机械工作能力的损耗是随着时间的推移，在机械内、外因影响下，机械综和能力的损耗。主要有以下原因：
①机件配合间隙增大，刚性下降。
②主要部件磨损和老化。
③摩擦系数增大，负荷增加以及磨损等原因造成发热量增大。
④机械的主要联接副和部件发生磨损、扭曲变形等。
2.设备故障状态的迹象
设备故障状态的迹象在矿山设备中的表象主要有：
2.1输出参数的变化
矿山设备中如提升机运载能力下降凿岩设备台班生产率降低，汽油、柴油机耗油量与工作时间、工作量的比例增加等的变化。
2.2振动异常
振动是机械运行过程中的属性之一，但不正常的振动常常是测定设备故障的有效手段。
2.3声响异常
机械在运转过程中，在正常状态下发出的声响应是均匀与轻微的。当设备在正常工况条件下发出杂乱而沉重的声响时，提示设备出现异常。所以，对噪声异常的故障迹象必须认真对待，仔细检查，正确判断。
2.4过热现象
工作中，常常发生发动机、制动器、轴承等部位超出正常工作状态的温度变化。如不及时发现，并诊断与排除，将引起机件烧毁等事故。
2.5磨损残余物的激增
通过观察油箱、齿轮箱、轴承、齿轮等零件的磨损残余物，并定量测定油样等样本中磨损微粒的多少，即可确定机件磨损的程度。
2.6裂纹的扩展
通过机械零件表面或内部缺陷（包括焊接、铸、锻造、压延等）的变化趋势，特别是裂纹缺陷的变化趋势，判断机械故障的程度，并对机件强度进行评估。
3.设备故障诊断的实施
通过对设备故障的产生原因及现象的分析，使我们对故障的诊断有了明确的目的性。目前，对各种设备的故障诊断实施技术，已从传统的感官直接判断，进入到利用现代振动、声、光、电学理论以及各种现代测试技术、信息处理、识别技术和计算机技术的方向发展。
3.1振动检测技术
振动检测系统可通过对机械振动信号的拾取、放大，显示振动的峰值，以了解机械的振动状态。主要设备有测振用传感器、放大器等。
3.2音响检测技术
现代音响检测技术是通过对声波的声速、波长、周期、频率及声压的测量、监测和判断设备的声波变化，对设备故障实施诊断。主要设备为噪声测量仪。
3.3目视—光学测量技术
对外露结构可采用放大镜与显微镜进行检测，以观察零件表面上反差较强的大尺寸缺陷。对于封闭结构内部零件可采用工业用内窥镜进行观察、检测，如对发动机的汽缸壁及汽缸盖、气门的检测。
3.4射线探伤检测
射线探伤有X射线γ射线和中子射线等探测方法。该方法对于探测设备内部立体缺陷具有重要意义。缺点是当裂纹面与射线近于垂直时则难于探测出来。对微小裂纹的探测灵敏度较低。目前在矿山使用较普遍的射线探测方法有照相法、电离检测法、荧光屏观察法等。比较先进的方法还有计算机层析照相等。
3.5超声波探伤检测
超声波探伤是利用超声波射入被检物，由被检物内部缺陷处反射回来的伤波来判断缺陷的存在、位置、性质及大小。缺点是检测时有一定的近场盲区，检测结果不能记录。超声波检测是用探伤仪进行的。
3.6磁粉探伤检测
磁粉探伤检测法根据探测磁场中磁迹痕迹，判断缺陷的实际形态。适用于各种形态的钢铁机件，快速发现裂纹、气孔、夹杂等事故隐患。
3.7温度诊断技术
通过机械设备温度变化，可以查找机件缺陷和诊断各种由热应力引起的故障。温度诊断是以温度、温差、温度场、热象等热学参数为检测对象。检测仪器主要有温度计、热电偶等。
3.8油液污染度检测
在各种油箱、油缸、管路中，固体颗粒状污染物是造成机件磨损、刮伤、卡死、堵塞的主要原因。椐统计，70%以上的液压设备故障是由于固体颗粒物污染造成的。所以，油液污染物的测定是预防机件破坏的有效途径。目前常用的测定方法有称重法、计数法、光测法、电测法和淤积法等。
3.9气体污染监测技术
在机械设备的故障形成过程中或故障形成后产生的气体污染是故障判断的来源之一。通过对这类气体的监测，可及时发现和避免设备的故障发生。气体污染监测主要用于电气故障、发动机故障及空压机故障的监测，主要仪器有气体红外分析仪和气相色谱仪等。
4.典型零件故障的诊断
4.1齿轮的故障诊断
齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，特别在矿山机械中广泛使用开式齿轮设备，这是诱发机械故障的重要原因。
齿轮异常的主要形态有齿面磨损、齿面胶合和擦伤，齿面接触疲劳及弯曲疲劳与断齿。造成异常的原因是多方面的，如矿石侵入、局部压力过高、超载、润滑失常、安装位置不当及腐蚀作用等。
对齿轮的故障诊断手段主要是对齿轮的振动信号进行分析。例如齿轮的偏心造成齿轮啮合时一边紧一边松，从而产生载荷波动，使振动幅值按此规律周期性变化。又如齿轮加工造成节距不均匀及类似故障，使齿轮在啮合中产生短暂的“加载”和“卸载”效应。根据信号的分类、规律及特性，判断齿轮故障的类型，并做处理。
4.2钢丝绳的故障诊断
钢丝绳是矿山设备中运用最为广泛的机件，在提升运输设备、井口设备中被广泛采用。钢丝绳的损伤程度和承重能力将直接关系到矿山人身与设备安全。
钢丝绳丧失承重能力的原因，主要是由于组成绳股的钢丝磨损或锈蚀，以及因疲劳破坏而造成的个别的钢丝折断。在多数情况下，我们只能观察到钢丝绳外层磨损与断丝情况，而对内部断丝与磨损情况无法观察。在矿山制订的钢丝绳报废标准时也只是依据外层钢丝的磨损和锈蚀情况进行判断。采用对钢丝绳的技术状态进行客观检测，不仅可以提高使用的安全性，还可以延长其许用期和按需更换。目前，对钢丝绳的无损检测手段很多，如听音法、振动法、超声波探伤法、次声波法和电磁探伤法。从应用角度看，电磁探伤法是用来评定钢丝绳技术状态的有效办法。
电磁探伤法的原理是根据钢丝绳良好的导磁性能，当外加磁场磁化至饱和时，若该段钢丝绳存在断丝，则在断口附近产生局部漏磁场。根据对探伤结果的分析、判断，对钢丝绳的处理有以下三种方法即断丝严重的立即更换；断丝程度中等、未超过报废标准，可继续使用一段时间后再更换；断丝少或无断丝的，可继续使用，使用一段时间后，再做探伤检查。
【关键词】设备；故障诊断；检测
1.设备故障状态产生的原因
机械设备的突发性故障率高、停机损失大、维修费用高、维修周期长等问题，成为困扰企业的突出问题。如何应用现代故障诊断技术建立设备故障预警制度，是擺在企业面前的一个主要课题。经笔者研究，主要有以下几种类型。
1.1机械零件的损坏及配合关系的变化
当机械发生某种故障后，从故障部位进行外部观察，我们会发现，故障的形成主要是由于零件本身的损伤、以及零件之间原有配合关系发生了变化。
零件的损伤是指零件的现有尺寸、形态偏离了原始设计性能，这种偏离表示机械在使用过程中，各种因素对零件发生作用的结果。常见的零件损伤是由于意外损伤和老化损伤造成的。
1.2设备超负荷运转
每台设备都有一个设计输出参数极限，如果设备的实际输出参数超出其设计输出极限时，机械的正常状态将遭到破坏形成故障。产生设备超负荷运转而引起故障时，就需要采取调整技术参数，提高设备承载能力，并对故障设备采取修复措施。
1.3机械工作能力的损耗
机械工作能力的损耗是随着时间的推移，在机械内、外因影响下，机械综和能力的损耗。主要有以下原因：
①机件配合间隙增大，刚性下降。
②主要部件磨损和老化。
③摩擦系数增大，负荷增加以及磨损等原因造成发热量增大。
④机械的主要联接副和部件发生磨损、扭曲变形等。
2.设备故障状态的迹象
设备故障状态的迹象在矿山设备中的表象主要有：
2.1输出参数的变化
矿山设备中如提升机运载能力下降凿岩设备台班生产率降低，汽油、柴油机耗油量与工作时间、工作量的比例增加等的变化。
2.2振动异常
振动是机械运行过程中的属性之一，但不正常的振动常常是测定设备故障的有效手段。
2.3声响异常
机械在运转过程中，在正常状态下发出的声响应是均匀与轻微的。当设备在正常工况条件下发出杂乱而沉重的声响时，提示设备出现异常。所以，对噪声异常的故障迹象必须认真对待，仔细检查，正确判断。
2.4过热现象
工作中，常常发生发动机、制动器、轴承等部位超出正常工作状态的温度变化。如不及时发现，并诊断与排除，将引起机件烧毁等事故。
2.5磨损残余物的激增
通过观察油箱、齿轮箱、轴承、齿轮等零件的磨损残余物，并定量测定油样等样本中磨损微粒的多少，即可确定机件磨损的程度。
2.6裂纹的扩展
通过机械零件表面或内部缺陷（包括焊接、铸、锻造、压延等）的变化趋势，特别是裂纹缺陷的变化趋势，判断机械故障的程度，并对机件强度进行评估。
3.设备故障诊断的实施
通过对设备故障的产生原因及现象的分析，使我们对故障的诊断有了明确的目的性。目前，对各种设备的故障诊断实施技术，已从传统的感官直接判断，进入到利用现代振动、声、光、电学理论以及各种现代测试技术、信息处理、识别技术和计算机技术的方向发展。
3.1振动检测技术
振动检测系统可通过对机械振动信号的拾取、放大，显示振动的峰值，以了解机械的振动状态。主要设备有测振用传感器、放大器等。
3.2音响检测技术
现代音响检测技术是通过对声波的声速、波长、周期、频率及声压的测量、监测和判断设备的声波变化，对设备故障实施诊断。主要设备为噪声测量仪。
3.3目视—光学测量技术
对外露结构可采用放大镜与显微镜进行检测，以观察零件表面上反差较强的大尺寸缺陷。对于封闭结构内部零件可采用工业用内窥镜进行观察、检测，如对发动机的汽缸壁及汽缸盖、气门的检测。
3.4射线探伤检测
射线探伤有X射线γ射线和中子射线等探测方法。该方法对于探测设备内部立体缺陷具有重要意义。缺点是当裂纹面与射线近于垂直时则难于探测出来。对微小裂纹的探测灵敏度较低。目前在矿山使用较普遍的射线探测方法有照相法、电离检测法、荧光屏观察法等。比较先进的方法还有计算机层析照相等。
3.5超声波探伤检测
超声波探伤是利用超声波射入被检物，由被检物内部缺陷处反射回来的伤波来判断缺陷的存在、位置、性质及大小。缺点是检测时有一定的近场盲区，检测结果不能记录。超声波检测是用探伤仪进行的。
3.6磁粉探伤检测
磁粉探伤检测法根据探测磁场中磁迹痕迹，判断缺陷的实际形态。适用于各种形态的钢铁机件，快速发现裂纹、气孔、夹杂等事故隐患。
3.7温度诊断技术
通过机械设备温度变化，可以查找机件缺陷和诊断各种由热应力引起的故障。温度诊断是以温度、温差、温度场、热象等热学参数为检测对象。检测仪器主要有温度计、热电偶等。
3.8油液污染度检测
在各种油箱、油缸、管路中，固体颗粒状污染物是造成机件磨损、刮伤、卡死、堵塞的主要原因。椐统计，70%以上的液压设备故障是由于固体颗粒物污染造成的。所以，油液污染物的测定是预防机件破坏的有效途径。目前常用的测定方法有称重法、计数法、光测法、电测法和淤积法等。
3.9气体污染监测技术
在机械设备的故障形成过程中或故障形成后产生的气体污染是故障判断的来源之一。通过对这类气体的监测，可及时发现和避免设备的故障发生。气体污染监测主要用于电气故障、发动机故障及空压机故障的监测，主要仪器有气体红外分析仪和气相色谱仪等。
4.典型零件故障的诊断
4.1齿轮的故障诊断
齿轮传动是机械设备中最常见的传动方式，特别在矿山机械中广泛使用开式齿轮设备，这是诱发机械故障的重要原因。
齿轮异常的主要形态有齿面磨损、齿面胶合和擦伤，齿面接触疲劳及弯曲疲劳与断齿。造成异常的原因是多方面的，如矿石侵入、局部压力过高、超载、润滑失常、安装位置不当及腐蚀作用等。
对齿轮的故障诊断手段主要是对齿轮的振动信号进行分析。例如齿轮的偏心造成齿轮啮合时一边紧一边松，从而产生载荷波动，使振动幅值按此规律周期性变化。又如齿轮加工造成节距不均匀及类似故障，使齿轮在啮合中产生短暂的“加载”和“卸载”效应。根据信号的分类、规律及特性，判断齿轮故障的类型，并做处理。
4.2钢丝绳的故障诊断
钢丝绳是矿山设备中运用最为广泛的机件，在提升运输设备、井口设备中被广泛采用。钢丝绳的损伤程度和承重能力将直接关系到矿山人身与设备安全。
钢丝绳丧失承重能力的原因，主要是由于组成绳股的钢丝磨损或锈蚀，以及因疲劳破坏而造成的个别的钢丝折断。在多数情况下，我们只能观察到钢丝绳外层磨损与断丝情况，而对内部断丝与磨损情况无法观察。在矿山制订的钢丝绳报废标准时也只是依据外层钢丝的磨损和锈蚀情况进行判断。采用对钢丝绳的技术状态进行客观检测，不仅可以提高使用的安全性，还可以延长其许用期和按需更换。目前，对钢丝绳的无损检测手段很多，如听音法、振动法、超声波探伤法、次声波法和电磁探伤法。从应用角度看，电磁探伤法是用来评定钢丝绳技术状态的有效办法。
电磁探伤法的原理是根据钢丝绳良好的导磁性能，当外加磁场磁化至饱和时，若该段钢丝绳存在断丝，则在断口附近产生局部漏磁场。根据对探伤结果的分析、判断，对钢丝绳的处理有以下三种方法即断丝严重的立即更换；断丝程度中等、未超过报废标准，可继续使用一段时间后再更换；断丝少或无断丝的，可继续使用，使用一段时间后，再做探伤检查。