机械故障的简易诊断方法

二、机械故障的简易诊断方法

（一）简易诊断及其在医疗设备机械故障诊断中的意义

简易诊断就是靠人的感官功能（视、听、触、嗅等）或再借助一些简单仪器、常用工量具对机械设备的运行状态进行监测和判断的过程。

简易诊断虽然是定性的、粗略的和经验性的，但对医疗设备的管理和维修具有一定的现实意义。首先，在我国，代表先进水平的精密诊断技术的应用还不普及，其开发和推广应用还需一段较长的时间。其次，在机械结构不占主要部分的医疗设备中应用过于复杂的高价值诊断仪器很不合算。再说，即使科学技术高度发展了，人的感官监测诊断技术也不可能被现代化的精密诊断技术完全取代。因此，从实际出发，推广应用简易监测诊断技术是非常必要的，特别是对于医疗设备中机械设备尤为必要。

（二）常用的简易诊断方法

常用的简易诊断方法主要有听诊法、触测法和观察法等。

1.听诊法　设备正常运转时，伴随发生的声响总是具有一定的音律和节奏，只要熟悉和掌握这些正常的音律和节奏，通过人的听觉功能就能对比出设备是否出现了重、杂、怪、乱的异常噪声，判断设备内部出现的松动、撞击、不平衡等隐患。用手锤敲打零件，听其是否发生破裂杂声，可判断有无裂纹产生。

电子听诊器是一种振动加速度传感器。它将设备振动状况转换成电信号并进行放大，工人用耳机监听运行设备的振动声响，以实现对声音的定性测量。通过测量同一测点、不同时期、相同转速、相同工况下的信号，并进行对比，来判断设备是否存在故障。当耳机出现清脆尖细的噪声时，说明振动频率较高，一般是尺寸相对较小的、强度相对较高的零件发生局部缺陷或微小裂纹。当耳机传出混浊低沉的噪声时，说明振动频率较低，一般是尺寸相对较大的、强度相对较低的零件发生较大裂纹或缺陷。当耳机传出的噪声比平时增强时，说明故障正在发展，声音越大，故障越严重。当耳机传出的噪声杂乱无规律地间歇出现时，说明有零件或部件发生了松动。

2.触测法　用人手的触觉可以监测设备的温度、振动及间隙的变化情况。人手上的神经纤维对温度比较敏感，可以比较准确地分辨出80℃以内的温度。当机件温度在0℃左右时，手感冰凉，若触摸时间较长会产生刺骨痛感。10℃左右时，手感较凉，但一般能忍受。20℃左右时，手感稍凉，随着接触时间延长，手感渐温。30℃左右时，手感微凉，有舒适感。40℃左右时，手感较热，有微烫感觉。50℃左右时，手感较烫，若用掌心按的时间较长，会有汗感。60℃左右时，手感很烫，但一般可忍受10s长的时间。70℃左右时，手感烫得灼痛，一般只能忍受3s长的时间，并且手的触摸处会很快变红。触摸时，应试触后再细触，以估计机件的温升情况。

用手晃动机件可以感觉出0.1～0.3mm的间隙大小。用手触摸机件可以感觉振动的强弱变化和是否产生冲击，以及滑轨的爬行情况。用配有表面热电偶探头的温度计或红外测温仪测量滚动轴承、变速箱、电动机等机件的表面温度，则具有判断热异常位置迅速，数据准确、触测过程方便的特点。

3.观察法　人的视觉可以观察设备上的机件有无松动，裂纹及其他损伤等；可以检查润滑是否正常，有无干摩擦和跑、冒、滴、漏现象，可以查看油箱沉积物中金属磨粒的多少、大小及特点，以判断相关零件的磨损情况；可以监测设备运动是否正常，有无异常现象发生，可以观看设备上安装的各种反映设备工作状态的仪表，了解数据的变化情况，可以通过测量工具和直接观察表面状况，检测产品质量，判断设备工作状况。把观察的各种信息进行综合分析，就能对设备是否存在故障、故障部位、故障的程度及故障的原因作出判断。

通过仪器，观察从设备润滑油中收集到的磨损颗粒，实现磨损状态监测的简易方法是磁塞法。它的原理是将带有磁性的塞头插入润滑油中，收集磨损产生出来的铁质磨粒，借助读数显微镜或者直接用人眼观察磨粒的大小、数量和形状特点，判断机械零件表面的磨损程度。

用磁塞法可以观察出机械零件磨损后期出现的磨粒尺寸较大的情况。观察时，若发现小颗磨粒且数量较少，说明设备运转正常，若发现大颗磨粒，就要引起重视，严密注意设备运转状态，若多次连续发现大颗粒，便是即将出现故障的前兆，应立即停机检查，查找故障，进行排除。

磁塞主要由磁钢、非导磁材料制成的磁塞座、磁塞心以及更换磁塞时利用弹簧作用能堵住润滑油的自闭阀组成，其结构如图8－9所示。

图8－9　磁塞结构示意图

1—螺钉　2—挡圈　3—自闭阀　4—磁钢　5—弹簧　6—密封圈　7—磁塞座　8—磁塞心

4.用听诊法对滚动轴承进行简易诊断　用听诊法对滚动轴承工作状态进行监测的常用工具是木柄长螺钉旋具，也可以使用外径为20mm左右的硬塑料管。相对而言，使用电子听诊器进行监测，更有利于提高监测的可靠性。

①滚动轴承正常工作状态的声响特点：滚动轴承处于正常工作状态时，运转平稳、轻快，无停滞现象，发生的声响和谐而无杂音，可听到均匀而连续的“哗哗”声，或者较低的“轰轰”声。噪声强度不大。

②异常声响所反映的轴承故障

a.轴承发出均匀而连续的“咝咝”声：这种声音由滚动体在内外图中旋转而产生，包含有与转速无关的不规则的金属震动声响。一般表现为轴承内加脂量不足，应进行补充。若设备停机时间过长，特别是在冬季的低温情况下，轴承运转中有时会发出“咝咝沙沙”的声音，这与轴承径向间隙变小、润滑脂工作针入度变小有关。应适当调整轴承间隙，更换针入度大一点的新润滑脂。

b.轴承在连续的“哗哗”声中发出均匀的周期性“嗬罗”声：这种声音是由于滚动体和内外圈滚道出现伤痕、沟槽、锈蚀斑而引起的。声响的周期与轴承的转速成正比。应对轴承进行更换。

c.轴承发出不连续的“梗梗”声：这种声音是由于保持架或内外圈破裂而引起的。必须立即停机更换轴承。

d.轴承发出不规律、不均匀的“嚓嚓”声：这种声音是由于轴承内落入铁屑、砂粒等杂质而引起的。声响强度较小，与转数没有联系。应对轴承进行清洗，重新加脂或换油。

e.轴承发出连续而不规则的“沙沙”声：这种声音一般与轴承的内圈与轴配合过松或者外圈与轴承孔配合过松有关系。声响强度较大时，应对轴承的配合关系进行检查，发现问题及时修理。

f.轴承发出连续刺耳啸叫声：这种声音是由于轴承润滑不良或缺油造成干摩擦，或滚动体局部接触过紧，如内外田壤道偏斜，轴承内外圈配合过紧等情况而引起的。应及时对轴承进行检查，找出问题，对症处理。

③使用电子听诊器进行监测的要求

a.监听过程中，尽可能选用同类监测点，或者工作状况接近的监测点进行声响对比，发现异常都应作为有缺陷看待，必须进行深入检查。对于单台设备，为了克服无可比性的缺点，可以将监测点在正常状态下的声响录音，作为以后监测的对比依据。

b.要正确选择监测点的部位，待测的振动方向应与传感器的敏感方向一致，使测量方向为振动强度最大的方向。传感器与被测面应成直角，误差要求控制在10°以内。

c.要求测量面干净平整，做到无锈迹、无油漆，并将下凹部分打磨，使之光滑平整。

d.压向探针的测量力以10～20N为宜。

（三）机械故障的精密诊断方法

这里简要介绍三种机械故障精密诊断技术。

1.振动诊断技术　机器运转时总是伴随着振动。当机器状态完好时，其振动强度是在一定的允许范围内波动的，当机器出现故障时，其振动强度必然增强，振动性质也会因之而变化。因此，振动信号中携带着大量有关机器运行状态的信息。通过测量并分析机械振动信号，可以在不解体的情况下，检测机械的工作状态和诊断机械故障的程度、部位等，从而实现预知维修。振动诊断技术是目前应用最广泛、最普遍的诊断技术之一，且已取得较好的效果。振动信号的采集、传输和分析用的仪器近年来又有了很大的发展并已达到相当高的水平，无疑又促进了该项技术在各个领域中的应用和发展。测量机械振动参数（位移、速度和加速度）的幅值（如有效值、峰值等），将它与标准值或经验值比较，可初步判断机械有无故障，这叫做振动简易诊断。若有故障，则可进行振动精密诊断，进一步判明故障的原因、部位及危险程度等。

精密诊断是将测得的机械振动参数随时间变化的时域信号，进行各种分析处理，最终得到振动的特征参数或其图像，将它与机械正常运转时的特征参数或图像进行比较，从而判断机械故障的原因、部位和程度。诊断系统的组成及诊断过程如图8－10所示。机器产生的振动信号由传感器转换为电量，该电量经信号预处理仪器进行放大、滤波、隔直等加工处理，再通过A/D转换器将其转换为数字信号后，送入计算机进行记录、计算和显示诊断的特征参数及其图像。剩下的工作，也是一个极其重要、难度较大的环节，就是由专门人员根据计算机计算和显示的结果，分析、判断机器的故障。

图8－10　振动诊断系统的组成

振动诊断的特征参数主要有振动幅值、概率密度函数、自相关函数和自功率谱密度函数等。它们从不同的侧面，反映了机械振动的性质、特点和变化规律，成为故障诊断的依据。

2.油液分析技术　如同血液之于人体的器官，润滑油在机器中循环流动，必然携带着机器中零部件运行状态的大量信息。油样分析就是抽取润滑池的油并测定油样中磨损磨粒的特性，来分析判断机器零部件的磨损情况，就像对人体“抽血化验”诊断病情一样。

在正常工作条件下，机器的磨损率一般很低，油液中磨损磨粒含量亦很少。随着工作时间的增加，磨损磨粒在油、液中的积累数增大，尤其机器进入不正常的磨损状态时，磨损磨粒的尺寸和数量都显著增加。因此，通过对油样中磨损磨粒的含量、尺寸、成分和磨粒形态、表面形貌、粒度分布等的分析，可以发现磨损的类型、程度和部位等，得到机器中零件运转状态的信息，作为确定机器状态的重要依据。

整个油样分析工作分为采样、检测、诊断、预测和处理五个步骤进行。

从润滑油中采样，必须采集能反映当前机器中各个零部件运行状态的油样，即具有代表性的油样。检测是指对油样进行分析，用适当的方法测定油样中磨损磨粒的各种特性，初步回答机器的磨损状态是正常磨损还是异常磨损。当机器属于异常磨损状态时，需要进一步进行诊断，即确定磨损零件和磨损的类型（例如，磨料磨损、疲劳磨损等）。预测是指预测处于异常磨损状态的机器零件的剩余寿命和今后的磨损类型。根据所预测的磨损零件、磨损类型和剩余寿命即可对机器进行处理（包括确定维修的方式、维修的时间以及确定需要更换的零部件等）。

3.无损探伤技术　无损探伤是在不损坏检测对象的前提下，探测其内部或外表的缺陷（伤痕）的现代检测技术。在工业生产中，许多重要设备的原材料、零部件、焊缝等必须进行必要的无损探伤，当确认其内部或表面不存在危险性或非允许缺陷时，才可以使用或运行。无损探伤是检验产品质量、保证产品安全、延长产品寿命的必要的可靠的技术手段。

目前用于机器故障诊断的无损探伤方法有50多种，主要包括射线探伤（X射线、γ射线、高能X射线、中子射线、质子和电子射线等）、声和超声探伤（声振动、声撞击、超声脉冲反射、超声共振、超声成像、超声频谱、声发射和电磁超声等）、电学和电磁探伤（电阻法、电位法、涡流法、录磁与漏磁、磁粉法、核磁共振、微波法、巴克豪森效应和外激电子发射等）、力学和光学探伤（目视法和内窥法、荧光法、着色法、脆性涂层、光弹性覆膜法、激光全息摄影干涉法、遗漏和应力测试等）、热力学方法（热电动势法、液晶法、红外线热图法等）和化学分析法（电解检测法、激光检测法、离子散射、俄歇电子分析法以及穆斯鲍尔谱等）。现代无损探伤技术还应包括计算机数据和图像处理、图像的识别与合成和自动化检测技术等。

在工业生产检验中，目前应用最广泛的无损探伤方法主要是液体渗透法、磁粉探伤法、射线探伤法、超声波探伤法和涡流探伤法。近年来声发射探伤、红外线探伤和激光全息摄影探伤等也得到了迅速的发展和应用。