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摘要：往复式机械设备的结构复杂，运行不平稳，其故障诊断技术有待深入研究。文中对往复机械的常见故障进行了介绍，并介绍了在往复机械状态监测与故障诊断中常用的监测信号、信号特征提取方法及故障识别方法，比较了各种监测信号及特征提取方法的优劣，并分析了制约往复式机械故障诊断发展的技术难点，并针对性地提出了解决这些技术难点的方法或可能的发展方向。
关键词：往复机械；故障诊断；状态监测；特征提取
往复机械主要包括：往复式压缩机、内燃机（柴油机及汽油机）、往复泵等。其故障主要分为：结构性故障和性能故障。结构性故障是指零件磨损、裂纹、装配不当、动静件间的碰磨、油路堵塞等；性能故障表现在机器性能指标达不到要求，如功率不足、油耗量大等。
1常用监测信号及其应用
1.1振动信号及其应用
许多机械故障都表现为振动异常，而且所需监测设备相对简单，信号分析技术也比较成熟，这种诊断方法已成为机械故障诊断的主要手段。但因为往复机械转速低、结构复杂、运动件多，工作时振动激励源多，所以利用振动信号进行分析比旋转机械困难的多。
往复式压缩机的振动监测：利用机器表面振动信号诊断活塞、汽缸磨损、气阀漏气和主轴承状态；利用润滑油管路内的压力波信号诊断往复式压缩机轴承故障、利用气缸头振动信号诊断缸内故障等。但由于背景噪声干扰大、缺乏可靠的传感器及振动信号的非平稳性等原因，振动分析法在实时监测往复式压缩机工况方面仍需继续研究。
内燃机的振动监测：从机身表面或者缸套的振动信号中，提取不同的活塞-缸套间隙下的频率特征，判断活塞-缸套系统的磨损状态；从缸盖表面的振动信号中，提取气门漏气故障的频域特征，判断气门的工作情况；从喷油器和高压油泵上的振动信号中，提取反映喷油过程各种参数的频域特征据此判断柴油机燃油系统的工作状态。振动分析用于实时监测内燃机工况面临的困难：不同型号的内燃机振动信号共性不足，信号分析方法不能通用；振动源多，传递路径复杂，系统故障既有“纵向性”又有“横向性”；多个故障并存，多故障的同时诊断影响诊断的准确性。
应用振动信号对往复泵故障进行诊断也取得了许多成果。如通过泵阀振动信号诊断泵阀阀芯磨损和弹簧断裂。
1.2油液参数及其应用
液压油和润滑油携带有大量的关于机械设备运行状态的信息。润滑油所流经的各摩擦副的磨损碎屑都落入其中随之一起流动。对工业油液（脂）的进行采样，通过必要的分析处理后，可以取得各摩擦副的磨损状况，包括磨损部位、磨损机理以及磨损程度等方面的信息。往复机械主要采用光谱分析法和铁谱分析法。
光谱技术可为推断设备的磨损部位和磨损程度提供依据，该方法对缸套漏水和非铁系摩擦副失效有较灵敏的反应。铁谱技术可分析和判断机器运动副表面的磨损类型、程度和部位，不但对润滑油中的大磨粒变化敏感，而且可直接观察磨粒的形态与成份。但多个同种材质的摩擦副存在磨损故障时，铁谱分析不能准确的区分故障的部位，需和其它方法配合使用。
1.3温度信号及其应用
有统计数据表明：温度检测约占工业检测总数的50%。一方面，温度是表征机械电气故障的特征参量，由润滑不良造成的机件异常磨损、涡轮增压器以及发动机排气管阻塞、电气接点烧坏等常见故障形式都会造成相应部位的温度升高；另一方面，温度也是引发机械设备故障的重要因素，材料的机械性能与温度有密切关系，温度过高，不仅会使机械零件发生软化等异常现象，严重时还会造成零件的烧损。
监测压缩机的进、排气温度可以间接了解气阀和气缸组件的工作状态，如排气阀泄露会导致排气温度升高；吸气阀泄露会使一部分高压气体倒窜，导致吸气温度升高。点温仪监测填料涵温度，可监控活塞杆的故障信息。监测气缸和中间冷却水温度，可了解水套和中间冷却器的结垢和堵塞情况、冷却效果，避免水套和中间冷却器燃烧事故的发生。
内燃机的温度监测包括冷却水温度和排气温度。冷却水温度反映冷却系统工作正常与否；排气温度反映气缸内的燃烧情况，如后燃造成排气温度过高。