第九章 設(shè)備故障診斷技術(shù)
    第一節(jié) 設(shè)備故障概述
    一、設(shè)備故障的定義和分類
    設(shè)備在工作過(guò)程中，因某種原因喪失規(guī)定功能的現(xiàn)象稱為故障。
    （一）按故障發(fā)生、發(fā)展的進(jìn)程可將故障分為突發(fā)性故障和漸發(fā)性故障。突發(fā)性故障在發(fā)生之前無(wú)明顯的可察征兆，而是突然發(fā)生的，且具有較大的破壞性。為了避免突發(fā)性故障，需要對(duì)設(shè)備的重要部位進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測(cè)。漸發(fā)性故障是由于設(shè)備中某些零件的技術(shù)指標(biāo)逐漸惡化，最終超出允許范圍(或極限)而引發(fā)的故障。這類故障的發(fā)生與產(chǎn)品材料的磨損、腐蝕、疲勞等密切相關(guān)，其特點(diǎn)是：
    (1)故障發(fā)生的時(shí)間一般在元器件有效壽命的后期。
    (2)有規(guī)律性，可預(yù)防。
    (3)故障發(fā)生的概率與設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間有關(guān)。設(shè)備使用的時(shí)間越長(zhǎng)，發(fā)生故障的概率越大，損壞的程度也越大。
    （二）按故障的性質(zhì)可將故障分為自然故障和人為故障。自然故障分正常自然故障和異常自然故障。正常自然故障一般具有規(guī)律性，如設(shè)備正常工作磨損引起的故障即屬這類故障，這類故障會(huì)對(duì)設(shè)備的自然壽命產(chǎn)生影響。異常自然故障是因設(shè)計(jì)和制造不恰當(dāng)造成設(shè)備中存在某些薄弱環(huán)節(jié)而引發(fā)的故障，這類故障帶有偶然性，有時(shí)又具有突發(fā)性。人為故障是指設(shè)備運(yùn)行中操作使用不當(dāng)或意外情況造成的故障。
    二、引起故障的原因
    環(huán)境因素、人為因素和時(shí)間因素都是引起設(shè)備故障的外因。環(huán)境因素包括力、能、溫度、濕度、振動(dòng)、污染物等外界因素，這些因素將以各種能量形式對(duì)設(shè)備產(chǎn)生作用，使機(jī)件發(fā)生磨損、變形、裂紋、腐蝕，等各種形式的損傷，最終導(dǎo)致故障的發(fā)生。
    人為因素包括設(shè)計(jì)不良、質(zhì)量偏差、使用不當(dāng)?？梢?，設(shè)備在設(shè)計(jì)、制造、使用和維修過(guò)程中，始終都包含著人為因素的作用，特別是早期故障的發(fā)生大部分可以歸因于人為因素。時(shí)間是形成故障的主要外因之一，盡管機(jī)件中存在著故障隱患及形成故障的其他外因，如果沒有時(shí)間的延續(xù)故障也不一定發(fā)生。諸如施加應(yīng)力的先后順序、單位時(shí)間內(nèi)應(yīng)力循環(huán)的次數(shù)、疲勞裂紋擴(kuò)展的速度以及負(fù)荷時(shí)間與無(wú)負(fù)荷時(shí)間的比例都是故障誘因的時(shí)間因素。常見的磨損、變形、裂紋、腐蝕等故障機(jī)理都與時(shí)間有密切關(guān)系。
    三、描述故障的特征參量
    可以用直接特征參量或間接特征參量來(lái)描述故障。直接特征參量包括設(shè)備或部件的輸出參數(shù)、設(shè)備零部件的損傷量。以設(shè)備或部件輸出參數(shù)作為故障特征參量一般難以發(fā)現(xiàn)早期故障。另外，這類故障特征參量只能用以判斷設(shè)備工作能力的強(qiáng)弱，只表明有無(wú)故障，而無(wú)法判斷故障部位、故障形式及故障原因。引起設(shè)備故障的各種損傷量，如變形量、磨損量、裂紋大小、銹蝕程度等都是判斷設(shè)備技術(shù)狀態(tài)的特征參量。這類特征參量都是引起故障的直接原因，它們不僅可以表示故障的存在、原因、部位，而且其數(shù)量值可以表示故障的嚴(yán)重程度及發(fā)展趨勢(shì)。用設(shè)備零部件的損傷量判斷設(shè)備故障，通常是在故障診斷的第二階段進(jìn)行，即在檢測(cè)了設(shè)備輸出參數(shù)或其他故障信息以后，認(rèn)為有必要進(jìn)一步查明設(shè)備工作能力降低或故障發(fā)生的直接原因時(shí)，才進(jìn)行損傷量的測(cè)量。
    間接特征參量即二次效應(yīng)參數(shù)，主要有設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)、聲音、溫度、電量等等。作為故障信號(hào)的二次效應(yīng)參數(shù)比較多，而且對(duì)于不同的故障和頻率范圍，二次效應(yīng)參數(shù)與故障判斷之間的靈敏度和有效性也不完全相同。因而在故障診斷中，就存在一個(gè)合理選擇特征參量的問題。用間接特征參量進(jìn)行故障診斷的主要優(yōu)點(diǎn)是可以在設(shè)備運(yùn)行中以及不做任何拆卸的條件下進(jìn)行診斷。其缺點(diǎn)是間接特征參量與故障間常存在某種隨機(jī)性。