往复机械进行状态监测与故障诊断概述

往复机械种类很多，有往复压缩机、内燃机（柴油机及汽油机）、往复泵等，其应用范围十分广泛。因此，对往复机械进行状态监测与故障诊断同样具有十分重要的意义。    由于往复机械通常需要利用一系列机构将回转运动转换成往复运动（例如往复压缩机）或者将往复运动转换成回转运动（例如内燃机），因而其机械结构往往比较复杂，运动形式也较为复杂。例如，内燃机与旋转机械相比，其特点如下：    (1)系统比较复杂，运动部分（活塞一曲轴机构）既有旋转运动引起的振动，又有往复运动产生的振动，还有燃烧时冲击造成的振动，众多的频率，范围广宽的激励力比较难以识别；    (2)振动随负荷变化，在转速一定时，其负荷又随外界情况变化；    (3)同时发生多种振动，如气体压力引起燃烧室组件的振动，活塞撞击连杆引起的振动，活塞撞击气缸引起的振动等几乎在同一时刻发生，因此相互干扰大，当发动机的运动部件出现不同程度的机械故障时，难以从振动信号中检出相应的激励力变化情况；    (4)各种撞击力大小都具有不稳定性；    (5)缸数多，互相耦合，相互干扰，邻缸对本缸以及本缸中各运动部件之间的互相干扰不易区分；    (6)敏感测点的选择及判断依据的确定比较困难。    上述原因使得往复机械的振动十分复杂，从技术上给故障诊断带来较大的困难。    从往复机械的故障现象来看，其故障主要有两类，一类是结构性故障，另一类是性能方面的故障。    结构性故障是指零件磨损、裂纹、装配不当、动静部件间的碰磨、油路堵塞等。    性能方面故障表现在机器性能指标达不到要求，例如功率不足、耗油量大、转速波动较大等。    显然，结构性故障会反映在机器的性能中，通过性能评定，也可以反映结构性故障的存在及其严重程度。    但在实际工作中，由于采用性能分析法诊断故障属于间接诊断，一方面不直接，影响因素较多，另一方面，采用性能分析法难度也比较大，所用传感器价格昂贵，寿命较短，因此对于往复机械的监测和诊断，一般以振动诊断法应用较多。    由于绝大多数故障都会在振动方面有所反映。因此，对振动信号进行分析处理可以分析诊断出绝大多数设备故障。    考虑到往复机械振动的复杂性，对往复机械的故障诊断不仅需要在理论上进行研究，而且需要做大量的实验研究和经验的积累，同时在检测方法上也不能单一化和简单化。在应用振动检测内燃机的同时，还须应用温度监测、铁谱分析技术以及性能参数的测定等方法。尽可能采用多种检测手段进行综合检测，并进行谨慎细致的分析，以便尽可能早地发现故障，准确地诊断故障原因，采取切实可行的处理对策。    对往复机械设备进行故障诊断首先应对设备的结构和运行的动力特性有比较全面的了解，还应掌握机械设备发生故障的机理。为了能够深入掌握整个机械设备在运行过程中出现的各种症状，有必要对各个分离部件进行故障机理的研究，在此基础上才有可能对系统的故障机理进行研究。