基于工程機(jī)械一體化的檢測與故障診斷分析研究

蔡傳兵 張傳琦

（襄陽國網(wǎng)合成絕緣子有限責(zé)任公司，襄陽 441057）

隨著現(xiàn)代社會經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，機(jī)動車輛逐漸普及，工程機(jī)械設(shè)備的重要性日益顯現(xiàn)。從過去的港口碼頭和基建工地，到現(xiàn)在的橋梁建設(shè)、工程項目施工，工程機(jī)械一體化的趨勢日益加強(qiáng)，已成為社會發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，逐漸融入人們的生活中[1]。

工程機(jī)械設(shè)備在工程領(lǐng)域逐漸代替了人的體力勞動，隨著自動化、智能化等技術(shù)的發(fā)展，工程機(jī)械設(shè)備功能日益豐富。與傳統(tǒng)機(jī)械設(shè)備相比，全智能化、自動化的工程機(jī)械設(shè)備在工作效率、作業(yè)質(zhì)量、環(huán)境保護(hù)和操作性能等方面具有顯著優(yōu)勢，工程機(jī)械設(shè)備正快速朝智能化和機(jī)械化方向發(fā)展[2]。在大型基建中，設(shè)計者經(jīng)常設(shè)計出新結(jié)構(gòu)，其間往往會用到許多新材料，從而推動建筑工程施工和工程機(jī)械設(shè)備的發(fā)展。

1 工程機(jī)械一體化的故障

近年來，為了提高工程機(jī)械設(shè)備的生產(chǎn)效率，人們大力研究工程機(jī)械一體化的燃料燃燒與電控、液壓控制系統(tǒng)、故障診斷與監(jiān)控以及節(jié)能與環(huán)保等，設(shè)計出許多新結(jié)構(gòu)和新產(chǎn)品，有效地提高了工程機(jī)械一體化水平[3]。

目前，大多數(shù)工程機(jī)械設(shè)備的監(jiān)測和診斷通過溫度計、壓力計、千分表等自動化測量儀表進(jìn)行判定。但是，基建工程所用的機(jī)械設(shè)備一般都在野外作業(yè)，受外界環(huán)境的限制，很多儀表無法使用，人們不能對機(jī)械設(shè)備進(jìn)行實時監(jiān)測和診斷[4]。

機(jī)械設(shè)備在運行過程中會出現(xiàn)問題，有必要對設(shè)備進(jìn)行有效檢測，排除故障，提高工程機(jī)械性能，減少誤工損失[5]。本文研究了模擬信號的數(shù)據(jù)采集、信號處理與分析、機(jī)械狀態(tài)測試、數(shù)據(jù)采集分析與設(shè)備故障診斷，判斷出設(shè)備工作狀態(tài)和可能出現(xiàn)的問題，做到預(yù)防為主，維修結(jié)合，有效提高機(jī)械設(shè)備的使用壽命。

2 故障診斷技術(shù)

在工程建設(shè)和施工中，機(jī)械一體化的檢測與故障分析是機(jī)械故障診斷的一門主要學(xué)科。工程機(jī)械的設(shè)備故障診斷技術(shù)主要分為檢測與故障診斷兩部分。

2.1 故障機(jī)理

當(dāng)機(jī)械設(shè)備正常工作時，該機(jī)械具有應(yīng)有的功能。異常狀況是指在機(jī)械設(shè)備的運轉(zhuǎn)過程中，某一缺陷使設(shè)備狀態(tài)發(fā)生根本的變化，如性能下降、能耗過高等，但設(shè)備依然可以維持基本功能。此時，若不及時處理，該缺陷就會進(jìn)一步惡化，直至機(jī)械設(shè)備喪失原有的性能和功能，即設(shè)備出現(xiàn)故障。

通常情況下，機(jī)械設(shè)備的異常或故障是指設(shè)備在運行中出現(xiàn)不良反應(yīng)，通過不同的方式體現(xiàn)出來，如聲音、輸出功率、振動、油耗和氣味等。機(jī)械設(shè)備的檢測與診斷就是要快速、準(zhǔn)確地提取設(shè)備運行時出現(xiàn)的不良反應(yīng)，從而找到故障并解決問題。

2.2 故障診斷分析

2.2.1 機(jī)械異常狀態(tài)監(jiān)測

故障診斷技術(shù)主要利用傳感器或檢測手段將機(jī)械設(shè)備運行的異常狀態(tài)信號加以分析，診斷其故障根源。檢測和診斷可以分為3個步驟：一是機(jī)械設(shè)備異常信號的采集，主要是通過電壓或電流的大小來測量待測物體的某一個參數(shù)和變化量。二是數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化和收集。利用傳感器或探測頭檢測的信號進(jìn)行初步的變換和傳輸，并將連續(xù)信號轉(zhuǎn)化成離散信號。此時，人們就可以得到機(jī)械設(shè)備出現(xiàn)異常的數(shù)據(jù)，對其進(jìn)行診斷分析并根據(jù)設(shè)備故障的性質(zhì)和狀態(tài)，預(yù)測故障發(fā)展趨勢，做出正確的決定。

2.2.2 機(jī)械故障診斷原理

機(jī)械設(shè)備的故障診斷是指當(dāng)某一機(jī)械設(shè)備在運行過程中出現(xiàn)異常狀況或缺陷，影響其正常運行時，人們利用診斷設(shè)備和技術(shù)采集相關(guān)數(shù)據(jù)，對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理，找出機(jī)械設(shè)備可能出現(xiàn)的故障。

在正常運行中，機(jī)械設(shè)備經(jīng)常受到外界環(huán)境的影響，如溫度、氣壓和濕度等，隨時可能出現(xiàn)異常狀況，如振動大、噪聲大、溫度高和油耗高等。人們可以利用自動化儀表對機(jī)械設(shè)備故障進(jìn)行監(jiān)測和診斷，進(jìn)而做出正確判斷。

傳感器或診斷儀器一般安放在診斷機(jī)械設(shè)備上，首先采集機(jī)械設(shè)備的溫度、壓力、振動和氣味等信號，并將其轉(zhuǎn)化為電信號進(jìn)行傳輸，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)處理分析，與預(yù)先儲存在系統(tǒng)內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)進(jìn)行對比。通過多組數(shù)據(jù)對比分析，人們可以判斷出故障的位置和原因，預(yù)測將要發(fā)生的故障。

3 機(jī)械設(shè)備的檢測與故障的系統(tǒng)

在檢測與診斷過程中，診斷系統(tǒng)是處理數(shù)據(jù)的重要部件，好比人體的大腦，控制身體的正常運作。該診斷系統(tǒng)可以進(jìn)行跟蹤分析和診斷，其診斷流程如圖1所示。

在機(jī)械啟動后，該系統(tǒng)就會跟隨機(jī)械設(shè)備運作，并將系統(tǒng)的每一個端口、寄存器進(jìn)行初始化和清零，以便收集信號和數(shù)據(jù)。該診斷系統(tǒng)將采集的信號轉(zhuǎn)化成某一信號的數(shù)字量，并與標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行對比，如果超過或低于正常數(shù)據(jù)的范圍時，系統(tǒng)將會以某種信號傳達(dá)給操作人員，如聲音的尖叫、警示燈的顏色等；如果所采集的數(shù)據(jù)在正常范圍內(nèi)，直接將采集的數(shù)據(jù)存入系統(tǒng)的RAM，并及時對采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，最后輸送到顯示模塊，方便觀察者及時了解機(jī)械設(shè)備的工作狀況和故障原因。

圖1 診斷系統(tǒng)的診斷流程

4 結(jié)論

通過對機(jī)械設(shè)備的檢測與診斷分析，人們可以充分應(yīng)用故障診斷分析技術(shù)，實現(xiàn)工程機(jī)械一體化的實時監(jiān)控，及時分析設(shè)備出現(xiàn)的異常問題，準(zhǔn)確診斷出故障發(fā)生的時間和部位，提高維修效率。