鄭亮亮

身份證號(hào)碼：130622198510085611

機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)及可靠性分析

鄭亮亮

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隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備產(chǎn)品不斷進(jìn)入生產(chǎn)與生活領(lǐng)域，人們對(duì)產(chǎn)品的輸出柔性、工作性能及可靠性方面提出了更高的要求，但由于機(jī)電一體化設(shè)備不同于一般的機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備，具有獨(dú)特的故障特點(diǎn)和可靠性特點(diǎn)，所以我們不能用傳統(tǒng)的故障排除診斷方法進(jìn)行維修。本文分析了機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)及可靠性，探討了故障診斷技術(shù)的發(fā)展方向。

機(jī)電一體化；設(shè)備；故障診斷技術(shù)；可靠性；

一、基于信號(hào)處理理論的機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷

1.機(jī)電一體化設(shè)備不可避免地要執(zhí)行旋轉(zhuǎn)動(dòng)作，其在運(yùn)行過程中也難免存在噪聲，部位或轉(zhuǎn)速不同，設(shè)備部件發(fā)出的噪聲頻率也不同。即便如此，想要從如此多頻率的噪聲中分析得到故障點(diǎn)也并非易事。為此，首先需要做的是進(jìn)行噪聲數(shù)據(jù)的有效采樣和存儲(chǔ)。一般方法是利用拾音器和聲卡直接將噪聲信號(hào)采集至計(jì)算機(jī)，聲卡同時(shí)將收集來的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)，即進(jìn)行A／D轉(zhuǎn)換。一般而言，信號(hào)的分析分為時(shí)域和頻域分析。采集來的信號(hào)為時(shí)域信號(hào)，為了能更加清晰完整地分析信號(hào)，一般要將時(shí)域信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)轭l域信號(hào)進(jìn)行分析，即進(jìn)行信號(hào)的頻譜分析。其次，要將采集的信號(hào)數(shù)據(jù)以音頻文件的形式保存，再導(dǎo)入工作空間中以便處理。最后，利用頻譜圖來對(duì)噪聲進(jìn)行分析，進(jìn)而找出故障點(diǎn)所處位置。

2.例如，圖1中左邊為某一機(jī)電一體化設(shè)備在正常工作條件下的噪聲頻譜圖，右邊則為此設(shè)備發(fā)生故障時(shí)的噪聲頻譜圖。分析比較可以看出，右邊的信號(hào)圖在460 Hz處出現(xiàn)了一個(gè)明顯的波峰，此處即該設(shè)備發(fā)生異常情況的點(diǎn)，由此追本溯源，即可找到發(fā)生故障的地方。

3.進(jìn)行故障診斷最重要的一條就是做好監(jiān)控工作。一般來說，設(shè)備的監(jiān)控就是對(duì)設(shè)備的狀態(tài)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。要想對(duì)設(shè)備進(jìn)行有效的監(jiān)測(cè)，就必須對(duì)設(shè)備信號(hào)進(jìn)行有效的提取。從設(shè)備中提取出的信號(hào)一般稱為特征信號(hào)，從中獲得的用于判斷故障種類和發(fā)生位置的信號(hào)稱為征兆。從信號(hào)處理角度來說，獲得此征兆信號(hào)后，應(yīng)在模式識(shí)別理論的基礎(chǔ)上做出決策分析，即判斷采用何種方式能夠使設(shè)備故障在短時(shí)間內(nèi)被處理好，以恢復(fù)設(shè)備正常運(yùn)行狀態(tài)。

二、機(jī)電一體化設(shè)備常見故障劃分類別

1.電氣故障。硬件和軟件故障是電氣故障的兩大故障類別，由電子器件、印刷電路板、電線電纜、接插件等出現(xiàn)非正?，F(xiàn)象甚至損壞造成的故障為硬件故障，只需要調(diào)整某些數(shù)據(jù)或者修改加工程序方即可的為軟件故障。

2.機(jī)械故障。當(dāng)機(jī)床運(yùn)動(dòng)特性出現(xiàn)下降時(shí)，機(jī)床雖可以正常運(yùn)轉(zhuǎn)但是卻無法生產(chǎn)出合格的零件。造成這種故障的原因可能是機(jī)床定位精度超差、機(jī)械傳動(dòng)反向間隙大、造成失動(dòng)量變大、運(yùn)動(dòng)不平穩(wěn)、機(jī)床主軸軸向徑向跳動(dòng)精度超差、機(jī)床導(dǎo)軌位置精度超差、絲杠螺母副精度下降及溫升等。出現(xiàn)此類故障必須用檢測(cè)儀器確定產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，然后通過調(diào)整使機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)最佳化來排除

三、常見的機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)

1.振動(dòng)故障診斷技術(shù)。通過設(shè)置相關(guān)檢測(cè)設(shè)備的振動(dòng)參數(shù)，并根據(jù)檢測(cè)設(shè)備的信息特點(diǎn)對(duì)機(jī)電設(shè)備進(jìn)行故障診斷的技術(shù)就是振動(dòng)故障診斷技術(shù)。這種技術(shù)主要應(yīng)用于機(jī)械設(shè)備的故障檢測(cè)，由于機(jī)械設(shè)備在運(yùn)行過程中會(huì)有劇烈的震動(dòng)，使用振動(dòng)檢測(cè)設(shè)備可以檢測(cè)到振動(dòng)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括加速度和速度等。在檢測(cè)過程中要想獲取充足的檢測(cè)數(shù)據(jù)，并對(duì)機(jī)械設(shè)備的運(yùn)作狀況進(jìn)行準(zhǔn)確判斷，就需要對(duì)測(cè)量點(diǎn)的位置進(jìn)行正確選擇。

2.油液磨屑分析故障診斷技術(shù)。對(duì)設(shè)備運(yùn)行過程中的油液磨屑進(jìn)行識(shí)別分析，通過了解油液的成分以及油液磨屑顆粒的形態(tài)來對(duì)設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷，這種檢測(cè)技術(shù)一般用于機(jī)械潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中。該故障診斷技術(shù)可以根據(jù)油液顆粒的尺寸對(duì)機(jī)械設(shè)備的磨損情況進(jìn)行判斷，而磨損的類型可以根據(jù)油液顆粒的形狀進(jìn)行判斷，也可以根據(jù)微粒的成分來判斷機(jī)械磨損發(fā)生的具體位置。

3.射線掃描故障診斷技術(shù)。Y射線掃描診斷技術(shù)屬于一種新興的設(shè)備故障診斷技術(shù)，它一般用于檢測(cè)工藝設(shè)備。該檢測(cè)技術(shù)對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀況進(jìn)行判斷的方法主要是對(duì)掃描圖譜的特點(diǎn)進(jìn)行分析。

4.紅外測(cè)溫故障診斷技術(shù)。通過檢測(cè)設(shè)備不同部位的溫度來判斷設(shè)備的運(yùn)行狀況就是紅外測(cè)溫故障診斷技術(shù)。這種診斷技術(shù)運(yùn)用了先進(jìn)的測(cè)量?jī)x器，可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離操作，也可以在不接觸設(shè)備的情況下探測(cè)設(shè)備不同部位的溫度，同時(shí)其測(cè)量的準(zhǔn)確率也很高。

四、機(jī)電一體化設(shè)備可靠性分析及提高

1.元器件失效。元器件是構(gòu)成整個(gè)數(shù)控設(shè)備的基本單元，單個(gè)元器件的可靠性是整機(jī)可靠性的基礎(chǔ)。按照概率運(yùn)算法則，整機(jī)的失效率等于各組成部分的失效率之和。因此，應(yīng)該嚴(yán)格挑選失效率低的產(chǎn)品用于實(shí)際系統(tǒng)。

2.元器件的聯(lián)接與組裝。機(jī)電一體化設(shè)各控制系統(tǒng)復(fù)雜，電氣元器件之間縱橫交錯(cuò)，要保證整機(jī)的可靠性，就必須解決好聯(lián)接與組裝的可靠性，而插接件的接觸不良會(huì)造成信號(hào)傳送失靈，是產(chǎn)生系統(tǒng)故障的原因之一。此外，由于溫度濕度變化較大，油污粉塵對(duì)元器件的污染以及機(jī)械振動(dòng)的影響都會(huì)影響系統(tǒng)的可靠性。

3.電磁干擾。一般，電磁干擾源引入數(shù)控系統(tǒng)的主要途徑有：

(1)交流供電系統(tǒng)受鄰近大功率用電設(shè)備啟動(dòng)(如使用電焊機(jī))、制動(dòng)影響(有大功率用于制動(dòng)的電機(jī))，造成電源電壓波動(dòng)，以及電器開關(guān)接通斷電時(shí)由電火花產(chǎn)生的高頻電磁干擾。

(2)直流電源負(fù)載能力不足，缺乏足夠穩(wěn)定的功率儲(chǔ)備，造成直流電源電壓隨負(fù)載變化而波動(dòng)。

(3)電源與地線的線徑太細(xì)或布局不合理，電子元器件相互之間通過公共的導(dǎo)線阻抗，發(fā)生信號(hào)畸變或交叉干擾。

(4)控制信號(hào)引線過長(zhǎng)又沒有采取必要的屏蔽隔離措施，或與強(qiáng)電電線一起走線，而沒有分開走線，信號(hào)線易受電磁噪聲的干擾產(chǎn)生錯(cuò)誤信號(hào)，尤其對(duì)于高頻脈沖信號(hào)，若處理不當(dāng)極易發(fā)生信號(hào)畸變。

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