機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷系統(tǒng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用

郝強(qiáng)

摘要：近年來，機(jī)電一體化技術(shù)在汽車行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，極大的推動了汽車與機(jī)電一體化兩者的結(jié)合和發(fā)展。本文從機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的技術(shù)原理和特點(diǎn)出發(fā)，對影響機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷可靠性的因素，以及機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用進(jìn)行了分析。

關(guān)鍵詞：機(jī)電一體化;故障特點(diǎn);故障診斷

中圖分類號：TH-39? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-957X（2021）14-0133-02

0? 引言

雖然我國機(jī)電一體化技術(shù)已經(jīng)在當(dāng)前新的經(jīng)濟(jì)形勢下，獲得了很大的發(fā)展和進(jìn)步，但是在實(shí)際的工作中，由于受各方面因素的影響，機(jī)電一體化設(shè)備仍存在著許多問題和不足，本文從我國機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的原理和特點(diǎn)出發(fā)，對其進(jìn)行分析和論述。

1? 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的技術(shù)原理以及特點(diǎn)

1.1 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的技術(shù)原理? 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的最重要的一個技術(shù)原理就是建立起相應(yīng)的數(shù)學(xué)模型，對設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的參數(shù)進(jìn)行收集和分析，然后通過數(shù)學(xué)模型來體現(xiàn)設(shè)備的運(yùn)行狀況。事實(shí)上，機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的有效途徑之一就是建立數(shù)學(xué)模型，數(shù)學(xué)模型的建立，能夠檢測設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)，及時發(fā)現(xiàn)設(shè)備運(yùn)行的異常，減少設(shè)備安全隱患，不僅能夠幫助設(shè)備正常運(yùn)轉(zhuǎn)，而且能夠有效的延長設(shè)備的壽命。除此之外，要想檢測機(jī)電一體化設(shè)備故障，就必須進(jìn)行數(shù)據(jù)收集，比較常用的設(shè)備信息收集方法就是利用傳感器將數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字化的處理，然后通過傳輸設(shè)備將數(shù)據(jù)集中起來進(jìn)行分析和管理，這樣就形成了設(shè)備測試的集成。最后對收集的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，從而了解機(jī)電設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)和操作情況。在這個基礎(chǔ)上，進(jìn)行進(jìn)一步的分析，將數(shù)據(jù)進(jìn)行分類化的管理，剔除無效的、無用的信息，然后將這些信息數(shù)據(jù)和設(shè)備的運(yùn)行標(biāo)準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行對比，找出其中的差異，從而找到設(shè)備故障的原因和位置。

1.2 診斷技術(shù)特點(diǎn)? 機(jī)電一體化設(shè)備中運(yùn)行零件的類型是非常多樣復(fù)雜的，編號也有很大差異，尤其是其中技術(shù)含量比較高的機(jī)電設(shè)備，發(fā)生故障的幾率是相對較大的，而且一旦發(fā)生故障，很難進(jìn)行診斷和維修。根據(jù)相關(guān)單位的數(shù)據(jù)顯示，一體化設(shè)備和一般設(shè)備相比，發(fā)生故障的幾率是一般設(shè)備的8倍，這個概率是非常的可怕的，因此，為了更好的解決一體化設(shè)備的故障問題，就需要將科學(xué)檢測和人工檢測結(jié)合起來，從根本上提高設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。機(jī)電一體化設(shè)備作為一個整體，其故障特點(diǎn)是非常明顯的，具體來說主要有以下幾方面：一是一體化機(jī)電設(shè)備組成的零件比較多，磨損相對比較嚴(yán)重;二是機(jī)電一體化在診斷和檢測上由于連接比較緊密，如果出現(xiàn)故障，只能進(jìn)行簡單的檢測;三是機(jī)電一體化設(shè)備雖然有報(bào)警系統(tǒng)，但是報(bào)警和檢測的功能并不是很完善，不能兼顧整個機(jī)電一體化系統(tǒng);四是隨著科技的進(jìn)步，自診斷技術(shù)越來越先進(jìn)，相關(guān)診斷技術(shù)人員也越來越少，在以后的發(fā)展中，如果出現(xiàn)故障方面的問題，自診斷系統(tǒng)不能發(fā)揮作用，那么就會極大的增加故障診斷的工作難度。

2? 機(jī)電一體化汽車故障診斷特征及診斷技術(shù)

2.1 故障診斷特征? 我們很難將汽車其定義成一個簡單單一的機(jī)械產(chǎn)品，而是集高科技于一身的智能化產(chǎn)品，尤其是隨著電子技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，汽車也越來越有科技感，雖然其主要的功能還是代步，但是還有許多其它的附加功能。現(xiàn)代汽車具有多種獨(dú)立的系統(tǒng)，比如說關(guān)于汽車速度的電子燃油噴射系統(tǒng)發(fā)動機(jī)（EFIE）和電子控制自動變速箱系統(tǒng)（AT）以及加速滑動調(diào)整系統(tǒng)（ASR），再比如說智能化的自動巡航系統(tǒng)、自我診斷系統(tǒng)、涉及到汽車安全的ABS防抱死制動系統(tǒng)、SRS安全氣囊系統(tǒng)、中控門鎖及防盜系統(tǒng)，還有涉及汽車舒適性的空調(diào)系統(tǒng)、座椅調(diào)整系統(tǒng)等，除此之外，還有電子懸掛系統(tǒng)（ECS）、動力轉(zhuǎn)向系統(tǒng)、TCS動力牽引系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)都是由汽車的電控單元件進(jìn)行控制的，簡稱ECU，電控單元不僅具有檢測、診斷功能，還有記錄的功能，能夠有效的幫助汽車維修人員迅速鎖定故障區(qū)域。除此之外，還有一些高科技維修設(shè)備，為汽車的故障診斷保駕護(hù)航。因此，現(xiàn)代汽車在故障的診斷上表現(xiàn)出高科技化、先進(jìn)化的趨勢。

2.2 汽車發(fā)動機(jī)機(jī)電一體化智能檢測? 發(fā)動機(jī)是汽車的核心，應(yīng)用了非常多的機(jī)電一體化技術(shù)，從分類上看，發(fā)動機(jī)的電控系統(tǒng)大致可以分為：電控燃油噴射系統(tǒng)、電控點(diǎn)火系統(tǒng)、其它輔助控制系統(tǒng)。在具體的故障檢測上，也是根據(jù)上述三大類進(jìn)行檢測，具體分為以下幾個方面：一是針對火花塞和分缸線的檢查，火花塞作為發(fā)動機(jī)關(guān)鍵性的部件之一，在檢測的過程中，要認(rèn)真檢查火花塞的間隙和分缸線的電阻值，確保其符合原廠的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，如果發(fā)現(xiàn)不符合的情況，要及時的進(jìn)行調(diào)整和更換;二是針對燃油壓力系統(tǒng)的檢測，主要是檢測燃油壓力表及其組件，在發(fā)動機(jī)啟動的過程中，會進(jìn)入怠速運(yùn)行的狀態(tài)，正常油表的讀數(shù)在270～320kPa之間，如果壓力超出這個范圍，就需要進(jìn)行燃油壓力調(diào)節(jié)器及燃油濾清器的更換;三是噴油嘴的檢查，噴油嘴可以說是發(fā)動機(jī)產(chǎn)生能量的重要源泉之一，在進(jìn)行發(fā)動機(jī)故障檢查時，需要怠速運(yùn)轉(zhuǎn)發(fā)動機(jī)，然后分別斷開噴油嘴的插頭，檢查其怠速是否有變化，如果基本相同，則說明噴油嘴工作均正常。當(dāng)斷開某一個噴油嘴時，發(fā)動機(jī)怠速及其穩(wěn)定性均無變化，則需要測量噴油嘴插頭的電阻值是否為10～13，如果不符合標(biāo)準(zhǔn)則更換噴油嘴;四是燃油泵及燃油泵電路檢查。燃油泵的檢查：擰下燃油箱蓋，點(diǎn)火開關(guān)在ON位置時，在燃油加注口可以聽到油泵運(yùn)轉(zhuǎn)的聲音，在正常工作情況下，當(dāng)點(diǎn)火開關(guān)在ON時，燃油泵應(yīng)運(yùn)轉(zhuǎn)2秒鐘。如果燃油泵不運(yùn)轉(zhuǎn)，首先檢查油泵保險是否燒壞。檢查PGM-FI主繼電器與插頭端子之間是否導(dǎo)通等等;最后就是檢查氣缸的壓力、進(jìn)排氣門的間隙、燃油蒸氣控制電磁閥、EGR閥缸體工作情況、進(jìn)氣歧管是否漏氣等等。

3? 機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行故障診斷的原則

3.1 先機(jī)械，后電子? 機(jī)電一體化設(shè)備的檢測，需要遵循先機(jī)械故障檢測，然后電子設(shè)備故障檢測的原則。機(jī)電一體化設(shè)備發(fā)生故障，首先要進(jìn)行機(jī)械故障診斷，第一步是通過直覺和肉眼對機(jī)械進(jìn)行分析和檢測，比如說通過設(shè)備的打滑和碰撞來判定設(shè)備零件的磨損狀況。如果肉眼分不出故障的原因和位置，那么就通過設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)繼續(xù)判定。總體來說，電子故障的診斷難度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于機(jī)械故障診斷，因此在檢測的過程中，先判定機(jī)械設(shè)備是否存在故障，如果沒有，再檢測電子設(shè)備。

3.2 先主要，后次要? 如果機(jī)電一體化設(shè)備出現(xiàn)故障，再診斷的過程中，要診斷設(shè)備發(fā)生的主要部位故障，尤其是能夠影響設(shè)備正常運(yùn)行并且維護(hù)比較困難的故障，要先診斷設(shè)備的主要部分，診斷完畢后再進(jìn)行次要部分的診斷。

3.3 先外后內(nèi)? 先外后內(nèi)是機(jī)電一體化設(shè)備進(jìn)行故障診斷的原則之一，其主要的檢測順序是先進(jìn)行執(zhí)行部件的檢測，然后再進(jìn)行控制部件的檢測，最后再進(jìn)行驅(qū)動部件的檢測，通過這樣的順序檢測故障，找到發(fā)生故障的原因并及時進(jìn)行維修。

4? 影響機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷可靠性的因素

4.1 元件因素? 元件是設(shè)備構(gòu)成的基本單元，它的可靠性將直接決定整體設(shè)備的可靠性，通過無數(shù)設(shè)備運(yùn)行的數(shù)據(jù)，再加上概率運(yùn)算，設(shè)備的失效率主要是由各組成構(gòu)件失效率決定的，失效率高的元件產(chǎn)品，一體化設(shè)備的失效率也會變高。因此，在診斷的過程中，要盡量選擇失效率低的元器件，提高故障診斷的準(zhǔn)確性。

4.2 元器件的連接? 機(jī)電一體化設(shè)備的控制系統(tǒng)，是非常復(fù)雜的，每一個零件、每一個元器件彼此相交相連，必須要保證元器件連接的準(zhǔn)確性，才能保證一體化設(shè)備的可靠性和穩(wěn)定性。如果設(shè)備中的一個插件或者是一個元器件出現(xiàn)故障或者接觸不良的狀況，就會導(dǎo)致信息受阻，進(jìn)而引起設(shè)備出現(xiàn)故障。除此之外，機(jī)電一體化設(shè)備在濕度和溫度較大或者是變化較大、粉塵污染或者是機(jī)械振動的情況下，會造成診斷可靠性降低。

4.3 電磁影響? 磁場無處不在，而機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行的首要條件就是電能，在設(shè)備運(yùn)行中，不可避免的會出現(xiàn)電能轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象，這種電磁波的出現(xiàn)，除了會對周邊的環(huán)境造成影響之外，還會對設(shè)備的制動和負(fù)載造成影響，因此在進(jìn)行設(shè)備故障診斷之前，需要排除電磁干擾因素的影響，這樣才能有效的提高故障診斷的可靠性。

5? 機(jī)電一體化常見的設(shè)備故障診斷技術(shù)及應(yīng)用

機(jī)電一體化設(shè)備的檢查，首選需要判定故障發(fā)生的大致位置，然后將檢測信號發(fā)送到機(jī)電設(shè)備的內(nèi)部，根據(jù)接收的數(shù)據(jù)和信息，對診斷位置進(jìn)行比對，從而保證診斷的準(zhǔn)確性，并進(jìn)行深層次的分析，掌握故障發(fā)生的原因和位置。而在故障修復(fù)發(fā)過程中，要保證設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，然后通過時序模型和濾波等技術(shù)定期進(jìn)行檢測。如果發(fā)生故障，則需要通過模型的識別和數(shù)據(jù)分析進(jìn)行故障診斷。

5.1 油液磨屑分析故障診斷技術(shù)? 油液磨屑分析故障診斷技術(shù)主要應(yīng)用在機(jī)械潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中，主要是通過油液中磨屑的尺寸來判斷機(jī)械設(shè)備的磨損狀況，同時還可以根據(jù)油液中的成分來判定設(shè)備的運(yùn)行狀況。一般來說，油液中顆粒的形狀與機(jī)械磨損的類型息息相關(guān)，而且機(jī)械磨損的位置也能夠通過油液中微粒的成分進(jìn)行判定。

5.2 振動故障診斷技術(shù)? 振動故障診斷技術(shù)主要是檢測振動設(shè)備振動參數(shù)的設(shè)定，讓機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行，通過收集設(shè)備運(yùn)行振動的參數(shù)，結(jié)合機(jī)電設(shè)備的信息特點(diǎn)，來進(jìn)行故障診斷。振動故障診斷技術(shù)主要是針對機(jī)械設(shè)備的故障檢測，會自動檢測機(jī)電設(shè)備在運(yùn)行過程中的加速度、運(yùn)行速度等等運(yùn)行參數(shù)，通過檢測數(shù)據(jù)，了解機(jī)械運(yùn)行的情況。需要注意的是，在這個過程中，測量點(diǎn)位置的選擇非常重要，只有科學(xué)合理的選擇，才能得到最好的測試結(jié)果。振動故障檢測技術(shù)操作簡單，結(jié)果也比較明顯，對機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷準(zhǔn)確率有著很大的提升。

5.3 射線掃描與紅外線檢測? 射線掃描診斷技術(shù)主要是通過Y射線對設(shè)備的運(yùn)行狀況進(jìn)行診斷，一般在工藝設(shè)備中應(yīng)用的比較多，是一種比較新型的設(shè)備診斷技術(shù);紅外線檢測主要是通過機(jī)電一體化設(shè)備在運(yùn)行的過程中，對設(shè)備不同部位的溫度進(jìn)行檢測，如果發(fā)現(xiàn)異常，會立即提醒，這種檢測的方式能夠依靠先進(jìn)的測量儀器進(jìn)行遠(yuǎn)距離的操作，而且準(zhǔn)確率非常高。

5.4 劃分故障類型的技術(shù)? 劃分故障類型的診斷技術(shù)，主要是將機(jī)電一體化設(shè)備的故障進(jìn)行劃分，分為非破壞性故障和破壞性故障兩種，需要結(jié)合故障損壞的零部件的情況以及對設(shè)備順利工作產(chǎn)生的影響進(jìn)行劃分。在實(shí)際檢測過程中，對故障的分類能夠引導(dǎo)維修工作者快速地確定故障發(fā)生的范圍及其主要原因，從而能夠及時的進(jìn)行解決。

5.5 診斷故障的專家系統(tǒng)? 專家系統(tǒng)的幾個基礎(chǔ)組成部分是用戶界面系統(tǒng)、檢測故障數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)、分析故障推理系統(tǒng)等。診斷故障的專家系統(tǒng)是以應(yīng)用與推廣信息技術(shù)為基礎(chǔ)，且基于信息智能的一種新型的機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷系統(tǒng)，應(yīng)用這種系統(tǒng)能夠大大地提高故障診斷的效率以及準(zhǔn)確性，從而減少物力、人力的支出，屬于當(dāng)今比較先進(jìn)的一種故障診斷技術(shù)。

6? 結(jié)束語

總之，機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷和故障檢測，需要遵循一定的原則和原理，針對各個不同環(huán)節(jié)的故障問題進(jìn)行逐一的排查，結(jié)合實(shí)際情況提出有針對性的解決措施。

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