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　　機械的特性

　　一、機械安全的定義及特性

　　(一)機械安全定義

　　機械安全是指機器在按使用說明書規(guī)定的預定使用條件下，執(zhí)行其功能和在對其進行運輸、安裝、調(diào)試、運行、維修、拆卸和處理時對操作者不發(fā)生損傷或危害其健康的能力。它包括兩個方面的內(nèi)容：

　　(1)在機械產(chǎn)品預定使用期間執(zhí)行預定功能和在可預見的誤用時，不會給人身帶來傷害;

　　(2)機械產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)，發(fā)生可預見的非正常情況下任何風險事故時機器是安全的。

　　(二)機械安全的特性

　　現(xiàn)代機械安全應具有以下幾方面的特性：

　　1. 系統(tǒng)性

　　現(xiàn)代機械的安全應建立在心理、信息、控制、可靠性、失效分析、環(huán)境學、勞動衛(wèi)生、計算機等科學技術基礎上，并綜合與系統(tǒng)地運用這些科學技術。

　　2.防護性

　　通過對機械危險的智能化設計，應使機器在整個壽命周期內(nèi)發(fā)揮預定功能，包括誤操作時，其機器和人身均是安全的，使人對勞動環(huán)境、勞動內(nèi)容和主動地位的提高得到不斷改善。

　　3.友善性

　　機械安全設計涉及到人和人所控制的機器，它在人與機器之間建立起一套滿足人的生理特性、心理特性，充分發(fā)揮人的功能的、提高人機系統(tǒng)效率的安全系統(tǒng)，在設計中通過減少操作者的緊張和體力來提高安全性，并以此改善機器的操作性能和提高其可靠性。

　　4.整體性

　　現(xiàn)代機械的安全設計必須全面、系統(tǒng)地對導致危險的因素進行定性、定量分析和評價，整體尋求降低風險的最優(yōu)設計方案。

　　二、機械設備故障診斷技術

　　(一)機械設備狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷模型

　　故障診斷是研究機械設備運行狀態(tài)變化的信息，進而識別、預測和監(jiān)視機械運行狀態(tài)的技術方法。

　　故障診斷的基本模型如圖4—5所示。圖中St(f)是載荷或應力向量，M(f)是故障機理傳遞函數(shù)，E(f)是異常模式(模型)向量，x(f) 是設備狀態(tài)向量，H(f)是E(f)和X(f)之間的傳遞函數(shù)。機器或設備在正常工作時[M/(f)=l]其狀態(tài)向量X(f)是由外因St(f)和內(nèi)因 H(f)共同決定的，當出現(xiàn)異�；蚬收蟍即M(f)不為1或St(f)超過正常值。前者稱為結構異常，后者稱為偏離操作規(guī)范]之后，X(f)除與外因 St(f)和內(nèi)因H(f)有關外，還與載荷超差及故障機理傳遞函數(shù)M(f)有關。

　　圖4-3 故障診斷的基本模型

　　在設備狀態(tài)監(jiān)測和故障診斷中，設備的狀態(tài)向量是設備異常或故障信息的重要載體，是設備故障診斷的客觀依據(jù)，所以及時而正確地掌握狀態(tài)向量是進行診斷的先決條件，為此就要用傳感器或其他檢測手段進行狀態(tài)信號的監(jiān)測。

　　(二)故障診斷的基本流程及實施步驟

　　故障診斷的基本工藝流程如圖4—4所示，它包括診斷文檔建立和診斷實施兩大部分。

　　診斷實施過程是故障診斷的中心工作，它可以細分為4個基本步驟：

　　(1)信號檢測。按不同診斷目的選擇最能表征設備狀態(tài)的信號，對該類信號進行全面地檢測，并將其匯集在一起，形成一個設備工作狀態(tài)信號子集，該子集稱為初始模式向量。

　　(2)特征提取(或稱信號處理)。將初始模式向量進行維數(shù)變換、形式變換，去掉冗余信息，提取故障特征，形成待檢模式。

　　圖4-4 故障診斷的基本方法

　　(3)狀態(tài)識別。將待檢模式與樣板模式(故障檔案)對比，進行狀態(tài)分類。

　　(4)診斷決策。根據(jù)判別結果采取相應的對策。對策主要是指對設備及其工作進行必要的預測和干預。

　　(三)故障診斷技術

　　1.振動信號的檢測與分析

　　振動信號一般用位移、速度或加速度傳感器來測量。

　　傳感器應盡量安裝在診斷對象的振動敏感點或離核心部位最近的關鍵點。對于低頻振動，一般要從3個互相垂直的方向上進行檢測。對于高頻振動，通常只從一個方向上進行檢測即可。

　　2.油液分析技術

　　油液分析中，目前應用較多的有光譜油液分析和鐵譜油液分析兩種。

　　光譜油液分析方法是利用原子吸收光譜來分析潤滑油中金屬的成分和含量，進而判斷零件磨損程度的方法。物質(zhì)的原子有其特定的吸收光譜譜線，利用元素的特征吸收光譜譜線及其強度可以分析潤滑油中特定金屬元素的含量。

　　鐵譜分析是通過檢查潤滑油或液壓系統(tǒng)的油液中所含磁性金屬磨屑的成分、形態(tài)、大小及濃度來判斷和預測機器系統(tǒng)中零件的磨損情況。

　　3.溫度檢測及紅外線監(jiān)測技術

　　溫度是工業(yè)生產(chǎn)中很普遍、很重要的熱工參數(shù)之一。一方面許多生產(chǎn)過程中在工藝上要求對溫度進行監(jiān)測和控制，另一方面，機電設備運行是否正常往往在溫度上會有所反映，根據(jù)溫度變化特征可以了解設備的運行狀態(tài)。因此，生產(chǎn)中經(jīng)常會遇到溫度測量的問題。

　　物體表面發(fā)射的紅外線與其溫度有關。紅外線測溫的原理是利用紅外線探測器將紅外線輻射產(chǎn)生的熱效應和光電效應轉換成人們能識別的信號。常用的探測儀器有紅外測溫儀、紅外成像儀和紅外攝影機等。

　　4.超聲探傷技術

　　超聲波是比聲波振動頻率更高的波，檢測中常用的是1～5MHz的超聲波。與聲波相比，超聲波具有方向性好、波長短、在高密度固體中損失小及在不同密度介質(zhì)的界面上反射大等特點。因此，利用超聲波可以對所有固體材料進行探傷和檢測。它常用來檢查內(nèi)部結構的裂紋、搭接、夾雜物、焊接不良的焊縫、鍛造裂紋、腐蝕坑以及加工不適當?shù)乃芰蠅簩拥�。還可以檢查管道中流體的流量、流速以及泄露等。

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