機電一體化設備的故障診斷技術及可靠性分析

鄭亮亮

身份證號碼：130622198510085611

機電一體化設備的故障診斷技術及可靠性分析

鄭亮亮

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隨著國民經濟發(fā)展，機電一體化設備產品不斷進入生產與生活領域，人們對產品的輸出柔性、工作性能及可靠性方面提出了更高的要求，但由于機電一體化設備不同于一般的機械設備和電子設備，具有獨特的故障特點和可靠性特點，所以我們不能用傳統(tǒng)的故障排除診斷方法進行維修。本文分析了機電一體化設備的故障診斷技術及可靠性，探討了故障診斷技術的發(fā)展方向。

機電一體化；設備；故障診斷技術；可靠性；

一、基于信號處理理論的機電一體化設備故障診斷

1.機電一體化設備不可避免地要執(zhí)行旋轉動作，其在運行過程中也難免存在噪聲，部位或轉速不同，設備部件發(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也并非易事。為此，首先需要做的是進行噪聲數(shù)據(jù)的有效采樣和存儲。一般方法是利用拾音器和聲卡直接將噪聲信號采集至計算機，聲卡同時將收集來的模擬信號轉化為數(shù)字信號，即進行A／D轉換。一般而言，信號的分析分為時域和頻域分析。采集來的信號為時域信號，為了能更加清晰完整地分析信號，一般要將時域信號轉變?yōu)轭l域信號進行分析，即進行信號的頻譜分析。其次，要將采集的信號數(shù)據(jù)以音頻文件的形式保存，再導入工作空間中以便處理。最后，利用頻譜圖來對噪聲進行分析，進而找出故障點所處位置。

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

3.進行故障診斷最重要的一條就是做好監(jiān)控工作。一般來說，設備的監(jiān)控就是對設備的狀態(tài)進行實時監(jiān)測。要想對設備進行有效的監(jiān)測，就必須對設備信號進行有效的提取。從設備中提取出的信號一般稱為特征信號，從中獲得的用于判斷故障種類和發(fā)生位置的信號稱為征兆。從信號處理角度來說，獲得此征兆信號后，應在模式識別理論的基礎上做出決策分析，即判斷采用何種方式能夠使設備故障在短時間內被處理好，以恢復設備正常運行狀態(tài)。

二、機電一體化設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)非正常現(xiàn)象甚至損壞造成的故障為硬件故障，只需要調整某些數(shù)據(jù)或者修改加工程序方即可的為軟件故障。

2.機械故障。當機床運動特性出現(xiàn)下降時，機床雖可以正常運轉但是卻無法生產出合格的零件。造成這種故障的原因可能是機床定位精度超差、機械傳動反向間隙大、造成失動量變大、運動不平穩(wěn)、機床主軸軸向徑向跳動精度超差、機床導軌位置精度超差、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儀器確定產生誤差的環(huán)節(jié)，然后通過調整使機械傳動系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)最佳化來排除

三、常見的機電一體化設備故障診斷技術

1.振動故障診斷技術。通過設置相關檢測設備的振動參數(shù)，并根據(jù)檢測設備的信息特點對機電設備進行故障診斷的技術就是振動故障診斷技術。這種技術主要應用于機械設備的故障檢測，由于機械設備在運行過程中會有劇烈的震動，使用振動檢測設備可以檢測到振動數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)包括加速度和速度等。在檢測過程中要想獲取充足的檢測數(shù)據(jù)，并對機械設備的運作狀況進行準確判斷，就需要對測量點的位置進行正確選擇。

2.油液磨屑分析故障診斷技術。對設備運行過程中的油液磨屑進行識別分析，通過了解油液的成分以及油液磨屑顆粒的形態(tài)來對設備的運行狀況進行判斷，這種檢測技術一般用于機械潤滑系統(tǒng)和液壓系統(tǒng)中。該故障診斷技術可以根據(jù)油液顆粒的尺寸對機械設備的磨損情況進行判斷，而磨損的類型可以根據(jù)油液顆粒的形狀進行判斷，也可以根據(jù)微粒的成分來判斷機械磨損發(fā)生的具體位置。

3.射線掃描故障診斷技術。Y射線掃描診斷技術屬于一種新興的設備故障診斷技術，它一般用于檢測工藝設備。該檢測技術對設備運行狀況進行判斷的方法主要是對掃描圖譜的特點進行分析。

4.紅外測溫故障診斷技術。通過檢測設備不同部位的溫度來判斷設備的運行狀況就是紅外測溫故障診斷技術。這種診斷技術運用了先進的測量儀器，可以實現(xiàn)遠距離操作，也可以在不接觸設備的情況下探測設備不同部位的溫度，同時其測量的準確率也很高。

四、機電一體化設備可靠性分析及提高

1.元器件失效。元器件是構成整個數(shù)控設備的基本單元，單個元器件的可靠性是整機可靠性的基礎。按照概率運算法則，整機的失效率等于各組成部分的失效率之和。因此，應該嚴格挑選失效率低的產品用于實際系統(tǒng)。

2.元器件的聯(lián)接與組裝。機電一體化設各控制系統(tǒng)復雜，電氣元器件之間縱橫交錯，要保證整機的可靠性，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造成信號傳送失靈，是產生系統(tǒng)故障的原因之一。此外，由于溫度濕度變化較大，油污粉塵對元器件的污染以及機械振動的影響都會影響系統(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備啟動(如使用電焊機)、制動影響(有大功率用于制動的電機)，造成電源電壓波動，以及電器開關接通斷電時由電火花產生的高頻電磁干擾。

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

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

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

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