診斷技術(shù)的發(fā)展已有30多年歷史枷窿，隨著信號(hào)分析與處理技術(shù)后雷、計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展教九，它已逐漸地形成了自己的理論體系膨桥，人們對(duì)于如何實(shí)施有效診斷形成了共識(shí)啥拘，通用的診斷技術(shù)路線為：通過信號(hào)檢測(cè)與特征信息提取欧舒，獲得反映機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的特征信息，然后按照一定的狀態(tài)識(shí)別方法將之與故障檔案庫中的標(biāo)準(zhǔn)樣本模式相比較彰碑，得出對(duì)機(jī)組運(yùn)行狀態(tài)的識(shí)別結(jié)果数辱，最后給出診斷決策，干預(yù)機(jī)組的運(yùn)行狀態(tài)详般，防患于未然初藐。
從該技術(shù)路線可知，整個(gè)診斷過程主要包括三方面內(nèi)容玷利，即診斷信號(hào)的選擇乍恐，故障文檔的建立以及狀態(tài)識(shí)別技術(shù)。本文正是從這三個(gè)方面來論述往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷技術(shù)的丰包。
1 診斷信號(hào)選擇與特征信息提取技術(shù) 在旋轉(zhuǎn)機(jī)械故障診斷系統(tǒng)中禁熏，通常選用振動(dòng)信號(hào)作為診斷信號(hào)，通過對(duì)振動(dòng)信號(hào)的有效處理來達(dá)到識(shí)別故障的目的邑彪。就往復(fù)機(jī)械而言瞧毙，由于其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、振源的多樣性及故障類型的多樣化寄症，完全依靠振動(dòng)信號(hào)進(jìn)行診斷并不一定可行宙彪，正確的方法應(yīng)是根據(jù)故障類型的特點(diǎn)選擇相應(yīng)診斷信號(hào)。
往復(fù)壓縮機(jī)常發(fā)生的故障有：氣閥故障有巧，活塞環(huán)故障释漆，填料函故障，冷卻水路故障篮迎，吸氣濾清器故障男图，連桿大小頭與軸承之間過度磨損，十字頭銷與襯套過度磨損甜橱，連桿螺栓及十字頭螺栓松動(dòng)揭凭，活塞桿下沉及裂紋等。據(jù)統(tǒng)計(jì)乞微，往復(fù)壓縮機(jī)有60％以上故障發(fā)生在氣閥上俯重，而活塞桿斷裂事故占重大事故的25％左右，因此蝉徒，能夠及時(shí)發(fā)現(xiàn)氣閥故障及診斷出活塞桿的裂紋存在對(duì)于壓縮機(jī)的安全運(yùn)行無疑是十分重要的夕锹。根據(jù)壓縮機(jī)故障特征可將機(jī)械故障分成兩類，一類是帶有流體性質(zhì)的认寓，屬于機(jī)器熱力性能故障檬桅，其主要表征是排氣量不足，壓力爪撤、溫差異常绿捶，產(chǎn)生的原因主要是氣閥，活塞環(huán)网燃，填料函婆精，冷卻水路，吸氣濾清器等部位發(fā)生故障雄炕，可采用參數(shù)法進(jìn)行診斷沈条；另一類是帶有機(jī)械性質(zhì)的，屬于機(jī)器動(dòng)力性能故障诅炉，主要表征是機(jī)器工作時(shí)異常的響聲蜡歹、振動(dòng)和過熱，產(chǎn)生的原因主要是運(yùn)動(dòng)部件配合間隙的變化涕烧，結(jié)構(gòu)的裂紋等月而，它可采用振動(dòng)法來進(jìn)行診斷1]汗洒。事實(shí)上，只要機(jī)器有故障存在父款，它就會(huì)引起其熱力性能和動(dòng)力性能變化溢谤，但反映的力度并不相同。運(yùn)用參數(shù)法診斷機(jī)器熱力性能故障時(shí)憨攒，可選用的參數(shù)很多世杀，如電力參數(shù)，熱力性能參數(shù)肝集，氣缸壓力信號(hào)等瞻坝，它們都具有各自的特點(diǎn)和適用范圍。目前采用較多的有兩類芙糙，一類是以各級(jí)間壓力牢簸，溫度及冷卻水流量，潤(rùn)滑油溫為代表的熱力性能參數(shù)鹊逛，它主要用于對(duì)壓縮機(jī)運(yùn)行狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)碘淘，并可粗略判斷故障發(fā)生的部位，在采用分級(jí)診斷策略對(duì)多級(jí)壓縮機(jī)進(jìn)行診斷時(shí)款腥，這些參數(shù)還可作為第一級(jí)診斷信號(hào)2]惰采；另一類就是氣缸壓力信號(hào)，氣缸壓力的變化可直接反映熱力故障的原因综翠，是較理想的診斷信號(hào)栋锣，但在實(shí)際工作中，直接檢測(cè)氣缸壓力并不容易實(shí)現(xiàn)涤墙，這不僅是由于缸壁開孔會(huì)損壞氣缸結(jié)構(gòu)谍竿，而且生產(chǎn)現(xiàn)場(chǎng)開取壓孔及對(duì)取壓孔的密封都需要較高的技術(shù)，正是這些因素限制了氣缸壓力信號(hào)在故障診斷中的廣泛應(yīng)用惯缚。解決該問題的途徑有兩個(gè)路影，一是尋求無損氣缸缸壁的氣缸壓力檢測(cè)方法，并要求該方法便于現(xiàn)場(chǎng)操作屋群；二是尋求氣缸壓力的替代信號(hào)闸婴，它要求該信號(hào)既能敏感的反映故障原因，又可方便檢測(cè)芍躏。文獻(xiàn)3]通過對(duì)氣缸蓋螺栓的振動(dòng)信號(hào)分析來析出氣缸壓力變化規(guī)律就是解決該問題的一種探索邪乍，筆者也通過對(duì)氣缸布置的仔細(xì)研究，提出了一種通過在氣閥螺栓上開孔測(cè)取氣缸壓力的方法对竣，它既無損于氣缸缸壁庇楞，同時(shí)可直接測(cè)取氣缸壓力，現(xiàn)場(chǎng)操作簡(jiǎn)單否纬，具有很強(qiáng)的實(shí)用性吕晌，其具體措施可見文獻(xiàn)2]蛋褥。通過研究，筆者同時(shí)認(rèn)為睛驳，可采用閥腔脈動(dòng)壓力替代氣缸壓力壁拉，來作為壓縮機(jī)熱力性能故障的主要診斷信號(hào)，它不僅具有氣缸壓力信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)柏靶，同時(shí)方便測(cè)取。采用氣缸壓力信號(hào)時(shí)贼匾，可通過示功圖像比較來識(shí)別故障原因铛田。在進(jìn)行示功圖比較時(shí)，可選用壓縮過程指數(shù)n瞪栋，膨脹過程指數(shù)m嚣历，吸、排氣閥開啟時(shí)曲軸轉(zhuǎn)角j1荷焦、 j3關(guān)閉時(shí)轉(zhuǎn)角j2盟挤、j4，最低吸氣壓力Ps掌范，最高排氣壓力Pd腻俏，示功圖面積W，排氣量Q等參數(shù)作為特征參數(shù)睦键；采用閥腔脈動(dòng)壓力信號(hào)時(shí)目尘，可首先建立脈動(dòng)壓力信號(hào)的時(shí)序模型，通過對(duì)模型的分析來判別機(jī)器狀態(tài)栗沫，通過對(duì)脈動(dòng)信號(hào)的頻譜分析來析出故障原因诺秒。在筆者研究中，曾通過對(duì)閥腔脈動(dòng)壓力建立三階AR模型來診斷氣閥故障谤绳，通過AIC指標(biāo)判別氣閥狀態(tài)占锯，頻譜圖判別故障原因，獲得較好診斷效果2]缩筛。運(yùn)用振動(dòng)法診斷機(jī)器動(dòng)力性能故障時(shí)消略，由于往復(fù)壓縮機(jī)振動(dòng)十分復(fù)雜，隨機(jī)信號(hào)瞎抛，周期信號(hào)疑俭，沖擊信號(hào)等混雜在一起，從振動(dòng)的原始數(shù)據(jù)中直接給出的信息十分有限婿失，如何提取有關(guān)特征信息就是該法的關(guān)鍵問題钞艇。近年來在Fourier分析的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的小波分析技術(shù)就是解決該問題的有力工具，但小波變換在工程中的應(yīng)用尚屬于探索階段豪硅，目前常用的處理方法是：時(shí)域征兆的提取哩照，頻域征兆的獲取挺物。頻譜征兆在故障診斷中應(yīng)用最廣泛，反映在振動(dòng)功率譜中飘弧，則是某些特定的譜峰及能量的變化盘胯。例如采用功率譜來診斷活塞-氣缸的間隙變化，在不同間隙狀態(tài)下要尚，相同的側(cè)推力將引起活塞撞擊氣缸套的速度發(fā)生變化刚驶，從而撞擊能量也相應(yīng)變化，同時(shí)由于間隙改變朽擒，活塞在缸內(nèi)的橫向運(yùn)動(dòng)也發(fā)生變化牙吼，使得撞擊位置等隨之變化，這些變化將使氣缸表面的振動(dòng)特征發(fā)生變化今搂，隨間隙量增加柱称，功率譜峰值增加，振動(dòng)的總能量增加饼簸。如果能將大量典型的振動(dòng)信號(hào)頻譜值以一定的表格形式存放在計(jì)算機(jī)中臼磁，構(gòu)成診斷用的頻譜數(shù)據(jù)庫，那么通過頻峰的尋找對(duì)比倾皿，由其高度變化和各種故障原因可能出現(xiàn)的頻率分布概率吊磕，便可得出相應(yīng)的診斷結(jié)論。但要得到數(shù)據(jù)庫的對(duì)應(yīng)關(guān)系惩阶，則有賴于進(jìn)行大量的模擬實(shí)驗(yàn)和經(jīng)驗(yàn)積累溃蔫。這往往需要付出很大的代價(jià)，有時(shí)甚至是不可能作到的琳猫。因此實(shí)際使用中常采集正常狀態(tài)下的一組時(shí)域信號(hào)伟叛，通過付氏變換成頻域信號(hào)，給出正常運(yùn)行狀態(tài)的功率譜的極限指標(biāo)脐嫂，一旦超過此極限時(shí)统刮，則將機(jī)器狀態(tài)判定為異常運(yùn)行狀態(tài)。
往復(fù)壓縮機(jī)因其結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性账千，運(yùn)動(dòng)形式的多樣性侥蒙，給振動(dòng)法的故障識(shí)別與診斷帶來了很大困難，具體而言匀奏，主要困難有如下幾方面：
1）眾多的頻率范圍與廣闊的激勵(lì)源的識(shí)別鞭衩；
2）運(yùn)動(dòng)部件多而且形狀復(fù)雜，這些部件藏在機(jī)身里娃善，在工作狀態(tài)下難以接近论衍，如何測(cè)試；
3）壓縮機(jī)不同部件中，激勵(lì)力的傳遞途徑及其對(duì)表面振動(dòng)的響應(yīng)是不同的瓤计，應(yīng)該如何識(shí)別智谓；
4）當(dāng)壓縮機(jī)運(yùn)動(dòng)部件出現(xiàn)不同程度的機(jī)械故障時(shí)，相應(yīng)的激勵(lì)力是如何變化的圾峭，能否從表面振動(dòng)信號(hào)中檢測(cè)出來嚎蛀；
5）早期故障振動(dòng)信號(hào)的提取和閾值的設(shè)立等。如何解決這些問題堤谴，有待于進(jìn)一步研究缰畦。
2 故障文檔的建立方法 一般來說，故障文檔的建立包括經(jīng)驗(yàn)案例知識(shí)的匯編栋固，實(shí)驗(yàn)測(cè)試知識(shí)的積累和計(jì)算機(jī)模擬計(jì)算三種基本途徑肥稠。由于經(jīng)驗(yàn)案例知識(shí)的內(nèi)容比較豐富，涉及的故障現(xiàn)象較全面神阔，因而在以往的故障診斷研究中，大多采用經(jīng)驗(yàn)案例知識(shí)的匯編來實(shí)現(xiàn)故障文檔的建立因震；實(shí)驗(yàn)測(cè)試知識(shí)的積累情況則恰恰相反吩捞，由于測(cè)試大多在小型模擬試驗(yàn)臺(tái)上進(jìn)行，且由于測(cè)試的故障現(xiàn)象受到局限汁蝶，因而這種途徑在工程應(yīng)用中不能單獨(dú)使用渐扮；對(duì)于計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算，過去人們重視不夠掖棉，分析原因來自兩方面：一是難以建立數(shù)學(xué)模型及數(shù)學(xué)模型求解困難墓律，二是計(jì)算機(jī)的普及程度不高。隨著人們對(duì)機(jī)器機(jī)理的深入了解和微機(jī)性能的提高幔亥，這方面工作將會(huì)有較大的發(fā)展耻讽。對(duì)于往復(fù)壓縮機(jī)而言，不僅由于其品種多帕棉，結(jié)構(gòu)復(fù)雜针肥，而且由于其機(jī)電一體化程度較低，原始故障數(shù)據(jù)保存較少香伴，因而完全通過實(shí)踐積累不僅需要的時(shí)間長(zhǎng)慰枕、經(jīng)費(fèi)多，而且在實(shí)際工作中可能難以實(shí)現(xiàn)即纲。直接具帮，經(jīng)濟(jì)的途徑就是將實(shí)驗(yàn)和計(jì)算機(jī)仿真結(jié)合起來，即建立壓縮機(jī)數(shù)學(xué)模型低斋，并通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證模型的正確性停迫，然后改變模型中某些參數(shù)來模擬機(jī)器故障，以求迅速建立故障文檔。隨著壓縮機(jī)工作過程數(shù)學(xué)模型研究的深入脊腺，這方面的工作不但能夠?qū)崿F(xiàn)崎绽，而且具有較高的準(zhǔn)確性，可信性茉园。如筆者建立閥腔脈動(dòng)壓力的故障文檔時(shí)宅殿，就是采用這種途徑，其具體步驟如下2]：
1）建立壓縮機(jī)級(jí)的數(shù)學(xué)模型汁讹；
2）建立閥腔脈動(dòng)壓力計(jì)算模型诞书；
3）通過“壓力激發(fā)”將氣缸壓力與閥腔脈動(dòng)壓力的計(jì)算聯(lián)系起來；
4）實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證數(shù)學(xué)模型及計(jì)算程序的正確性棋裳；
5）改變有關(guān)參數(shù)快檀，模擬故障狀態(tài)，建立相應(yīng)的故障文檔凭协。
建立機(jī)器故障狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)模式時(shí)都晶，應(yīng)充分考慮其波動(dòng)性。這是因?yàn)橥杳幔紫葯C(jī)器無故障狀態(tài)和故障狀態(tài)的界限并不是清晰的耽梅，無故障狀態(tài)本身就包含有一定的狀態(tài)變化范圍；其次對(duì)于每一類故障胖烛，嚴(yán)重程度不同眼姐，其特征參數(shù)必然隨之變化；此外佩番，參數(shù)測(cè)量時(shí)控制上的偏差众旗、環(huán)境條件的變化等，也會(huì)使特征參數(shù)發(fā)生波動(dòng)趟畏。為了提高故障診斷準(zhǔn)確性贡歧，可用一種考慮特征參數(shù)波動(dòng)性質(zhì)即以參數(shù)域（參數(shù)波動(dòng)范圍）來構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)模式，有關(guān)這方面探索可見文獻(xiàn)4］赋秀。
3 狀態(tài)識(shí)別技術(shù) 在智能技術(shù)引入診斷領(lǐng)域之前艘款，狀態(tài)識(shí)別實(shí)際上是由領(lǐng)域?qū)＜襾硗瓿傻模S著人工智能的發(fā)展及在診斷領(lǐng)域的應(yīng)用沃琅，狀態(tài)識(shí)別技術(shù)已逐步步入人工智能診斷時(shí)代哗咆。目前，用于壓縮機(jī)狀態(tài)識(shí)別的方法可分兩大類：一類是完全基于檢測(cè)數(shù)據(jù)的診斷方法蝠笔，如對(duì)比診斷法读铁，函數(shù)診斷法，振動(dòng)診斷法等床少，它們是通過對(duì)故障檢測(cè)信號(hào)的處理而較早地發(fā)現(xiàn)故障砂两，以至預(yù)報(bào)故障；另一類則是基于專家經(jīng)驗(yàn)及知識(shí)處理的專家系統(tǒng)，它模仿人類專家在進(jìn)行故障診斷時(shí)汪汰，首先觀察機(jī)器的癥狀盹扮，然后依所觀察到的癥狀，利用自己所具有的知識(shí)來推斷故障原因步盼。根據(jù)知識(shí)處理途徑的不同字拒，它又可分為兩類：一是基于符號(hào)推理，如經(jīng)典專家系統(tǒng)樊鲁，另一類是基于數(shù)值計(jì)算投嫂，如人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等。雖然專家系統(tǒng)出現(xiàn)歷史并不長(zhǎng)蔗彤，但它獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)卻是狀態(tài)識(shí)別技術(shù)發(fā)展的方向川梅。
專家系統(tǒng)的核心是知識(shí)。大量事實(shí)表明5]然遏，知識(shí)獲取是建造專家系統(tǒng)的“瓶頸”問題贫途。一個(gè)診斷系統(tǒng)在其運(yùn)行過程中所獲取的診斷信息（知識(shí)）越豐富，其診斷結(jié)果可靠性越高待侵。因而丢早，專家系統(tǒng)的性能水平主要取決于它所擁有的知識(shí)數(shù)量和質(zhì)量。對(duì)于經(jīng)典專家系統(tǒng)而言诫给，雖然它具有持久性香拉，一致性和周密性等優(yōu)點(diǎn)啦扬，但交互式系統(tǒng)使得其診斷速度較慢中狂，不能滿足迅速診斷故障的要求。近年來扑毡，人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)以其全新的信息表達(dá)方式胃榕，高度平行分布處理，聯(lián)想瞄摊，自學(xué)習(xí)及自組織等能力和極強(qiáng)的非線形映射能力使它滲透到科學(xué)技術(shù)的各個(gè)領(lǐng)域勋又。它為人工智能的專家系統(tǒng)研究開辟了一條新的途徑，它改進(jìn)了經(jīng)典專家系統(tǒng)中知識(shí)獲取颈缆，知識(shí)表達(dá)和平行處理等問題葡料。神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的診斷能力主要取決于文檔知識(shí)的完善與正確性，學(xué)習(xí)樣本的組織方法以及網(wǎng)絡(luò)模型的學(xué)習(xí)訓(xùn)練程度三個(gè)方面梧货。如何得到所必需的學(xué)習(xí)樣本是網(wǎng)絡(luò)診斷的前提佃贞，在筆者采用BP網(wǎng)絡(luò)診斷三級(jí)工藝流程用的壓縮機(jī)故障中，故障文檔及學(xué)習(xí)樣本是通過計(jì)算機(jī)仿真計(jì)算建立的镐催，經(jīng)檢驗(yàn)隶俄，可達(dá)到較好診斷效果2]。在工廠現(xiàn)場(chǎng)故障診斷中，人們常用“看”剿蹦、“聽”蛀蜀、“摸”等手段借助人類的感官來判別機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，專家系統(tǒng)的目的就是讓計(jì)算機(jī)模擬人的這種行為叹盼。然而人的感覺和機(jī)器檢測(cè)的參數(shù)有很大的區(qū)別报斗，人類感覺和經(jīng)驗(yàn)都帶有著很大的模糊性，并且在推理時(shí)不是絕對(duì)的二值邏輯倍试，但機(jī)器儀表檢測(cè)的參數(shù)都是比較精確的讯屈，所以為了使機(jī)器的推理過程類似人的思維活動(dòng)，正確有效地進(jìn)行故障診斷县习，應(yīng)將模糊數(shù)學(xué)知識(shí)引入到狀態(tài)識(shí)別過程中涮母，即采用模糊診斷法。其診斷思想如下：首先根據(jù)現(xiàn)有的領(lǐng)域知識(shí)建立各種故障的標(biāo)準(zhǔn)模式躁愿，設(shè)這些標(biāo)準(zhǔn)模式構(gòu)成故障空間E叛本，取癥候群空間X為論域，顯然E是X的子集彤钟，同時(shí)將這些標(biāo)準(zhǔn)模式看成E上的模糊集来候，于是故障診斷問題就轉(zhuǎn)化為確定X上的元素Xi以多大程度隸屬于E上的哪個(gè)模糊集的問題。如何將模糊診斷思想與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)結(jié)合起來是筆者努力的方向逸雹。
4 結(jié)論 往復(fù)壓縮機(jī)常用故障可分為兩類营搅，對(duì)于熱力性能類故障可選用氣缸壓力或閥腔脈動(dòng)壓力作為主要診斷信號(hào)；對(duì)于動(dòng)力性能類故障可采用振動(dòng)信號(hào)來診斷梆砸，為解決從復(fù)雜振動(dòng)信號(hào)中提取故障特征的困難转质，可開展小波分析技術(shù)在往復(fù)壓縮機(jī)中的應(yīng)用研究。隨著對(duì)壓縮機(jī)工作機(jī)理的深入研究及其數(shù)學(xué)模型的進(jìn)一步完善版药，采用計(jì)算機(jī)仿真將成為建立故障文檔的經(jīng)濟(jì)埠限、實(shí)用途徑。專家系統(tǒng)將是狀態(tài)識(shí)別技術(shù)的發(fā)展方向茅铺，但如何將模糊診斷思想與人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合旦珊，并應(yīng)用于往復(fù)壓縮機(jī)故障診斷中，則有待于人們進(jìn)一步研究毕模。
