機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷及維護(hù)保養(yǎng)分析

摘要：由于機(jī)電一體化設(shè)備制造技術(shù)的不斷發(fā)展,使得其故障診斷技術(shù)也獲得突飛猛進(jìn)的發(fā)展,日益發(fā)展成為一門獨(dú)立的綜合信息處理技術(shù)。充分利用機(jī)電設(shè)備故障診斷技術(shù)，有效發(fā)現(xiàn)設(shè)備中存在的故障，避免惡性事故以及重大安全事故的發(fā)生，是公眾關(guān)注的熱點(diǎn)。本文主要對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的現(xiàn)狀及其存在問題進(jìn)行詳細(xì)探究，在此基礎(chǔ)上，對(duì)其故障診斷技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)作進(jìn)一步的展望，以期有助于把握機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展規(guī)律，促進(jìn)故障診斷技術(shù)的可持續(xù)發(fā)展。
一、機(jī)電一體化設(shè)備的故障分析：
　　在機(jī)構(gòu)的主功能、信息處理功能、控制功能和動(dòng)力功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將電子化設(shè)計(jì)與機(jī)械裝置及軟件結(jié)合起來的統(tǒng)稱為機(jī)電一體化。該設(shè)備是企事業(yè)機(jī)械加工中的關(guān)鍵設(shè)備，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，影響和損失往往很大，所以，只有正確使用和精心維護(hù)才能達(dá)到設(shè)備效益的最大化。
　　1.1 機(jī)械設(shè)備故障特點(diǎn)：
　　運(yùn)行過程的動(dòng)態(tài)化是機(jī)械設(shè)備的一大特點(diǎn)，不同時(shí)段出現(xiàn)的測(cè)試數(shù)據(jù)是不同的，每個(gè)時(shí)段的數(shù)據(jù)不可重現(xiàn)，用檢測(cè)數(shù)據(jù)直接判斷運(yùn)行過程中的故障固然不是十分可靠。
　　緩變性、離散性、連續(xù)性、問歇性、突發(fā)性和模糊性等是設(shè)備整體功能故障凸顯的特點(diǎn)，故障原因很有可能是一個(gè)故障多個(gè)原因和多個(gè)原因同時(shí)作用而產(chǎn)生的故障結(jié)果。
　　1.2 電子設(shè)備故障特點(diǎn)：
　　電子設(shè)備的故障具有突發(fā)性、隱蔽性、敏感性等特點(diǎn)，機(jī)電一體化系統(tǒng)在原有機(jī)械和電子設(shè)備的特點(diǎn)之外，又增加了表征復(fù)雜性、交叉性、融合性、故障轉(zhuǎn)移性等特點(diǎn)。
二、設(shè)備常見故障劃分類別：
　　設(shè)備功能失常即設(shè)備故障。就是設(shè)備不能達(dá)到預(yù)定的工作狀態(tài)，沒有辦法滿足該有的功能和性能。通常是設(shè)備的構(gòu)造處于不正常狀態(tài)--劣化狀態(tài)。人為操作不當(dāng)或失誤，設(shè)計(jì)制造不當(dāng)造成設(shè)備固有缺陷，按自然磨損規(guī)律、失效等許多原因都可能造成設(shè)備故障。
　　常見的設(shè)備故障可分為電氣故障和機(jī)械故障：
　　2.1 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。
　　2.2 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(wú)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、機(jī)電設(shè)備故障診斷方法：
　　3.1 設(shè)備運(yùn)行中的故障處理：
　機(jī)電一體化設(shè)備運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生各種表征其狀態(tài)的物理現(xiàn)象，并引起相關(guān)參數(shù)的變化，為觀測(cè)和監(jiān)控設(shè)備提供了可能性。通常把這些參數(shù)變換成容易測(cè)量、處理和記錄顯示的物理量，這些物理量就稱為信號(hào)。就可以通過對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析、處理、變換、綜合、識(shí)別，對(duì)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)和故障診斷提供依據(jù)，同時(shí)也可以用于預(yù)報(bào)設(shè)備的運(yùn)行狀態(tài)。
　　3.1.1 機(jī)電一體化設(shè)備信號(hào)的預(yù)處理：
　　對(duì)所采集的信號(hào)數(shù)據(jù)，按誤差理論的方法，排除粗大誤差后，再對(duì)系統(tǒng)誤差和隨機(jī)誤差進(jìn)行分析和數(shù)學(xué)處理。通常若不存在系統(tǒng)誤差，則設(shè)備不會(huì)有大的故障，即故障信號(hào)一般表現(xiàn)為系統(tǒng)誤差。
　　3.1.2 機(jī)電一體化設(shè)備常用數(shù)學(xué)方法：
　　動(dòng)態(tài)信號(hào)有確定信號(hào)與非確定信號(hào)之分，主要研究對(duì)象是確定信號(hào)。確定信號(hào)是可以用數(shù)學(xué)關(guān)系式、圖表來描述的信號(hào)。
　　確定信號(hào)又分為連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)兩大類：
　　任意時(shí)刻都存在都可以給出確定函數(shù)值的信號(hào)為連續(xù)信號(hào)，如：正弦、直流、階躍、鋸齒波、矩形脈沖，截?cái)嘈盘?hào)等等。
　　數(shù)字信號(hào)是離散信號(hào)，而離散信號(hào)不一定是數(shù)字信號(hào)。對(duì)于連續(xù)信號(hào)特別是周期信號(hào)最常采用的方法是頻譜分析，對(duì)周期函數(shù)常采用幅值譜、相位譜、功率譜等技術(shù)，其基本的數(shù)學(xué)手段是傅立葉變換。對(duì)離散信號(hào)的處理大多用方差分析和相關(guān)分析手段處理。
　　3.2 機(jī)電一體化設(shè)備故障診斷的方法：
　　針對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備獨(dú)有的特點(diǎn)，轉(zhuǎn)變思維方式，以機(jī)、電有機(jī)結(jié)合的形式分析故障原因所在。首先，對(duì)機(jī)電一體化設(shè)備做一個(gè)全面深入的了解，熟悉其各個(gè)功能模塊的大概框圖，根據(jù)各組成部分的組合形式、用途和工作情景，分析故障可能出現(xiàn)的形式和影響因素，必要時(shí)進(jìn)行故障樹分析，根據(jù)故障發(fā)生的現(xiàn)象，層層深入解析，找出故障形式的邏輯關(guān)系和可靠性相關(guān)因素，剖析出產(chǎn)生故障的真正原因。
　　機(jī)電一體化設(shè)備的故障分析診斷法：
　�、傩畔⒈容^診斷法：將采樣與事先建好的數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)值進(jìn)行比較，超限為故障。
　�、趨�(shù)變化診斷法：在閾值以下時(shí)，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)不明顯，一旦超過閾值，則發(fā)生異常。如振動(dòng)故障，會(huì)表現(xiàn)為噪聲及振幅加大。
　　③模擬實(shí)驗(yàn)診斷法：對(duì)不太明白故障發(fā)生原因的設(shè)備如高速、高壓的渦輪機(jī)、離心式壓縮機(jī)等可采用模擬方式找問題。
　�、芎瘮�(shù)診斷法：當(dāng)故障征兆與故障原因之間存在直接或間接函數(shù)關(guān)系時(shí)，通過對(duì)設(shè)備運(yùn)行參數(shù)進(jìn)行計(jì)算就可預(yù)測(cè)或識(shí)別設(shè)備是否存在故障。
　　⑤故障樹分析診斷法：這是一種由果到因的倒推分析過程，應(yīng)用較廣。
四、機(jī)電一體化設(shè)備維護(hù)保養(yǎng)：
　　4.1 機(jī)電設(shè)備性能劣化的三大類型：
　�、偈褂昧踊河蓽囟�、壓力、破損、變形、裂紋、疲勞、沖擊、脆化、介質(zhì)附著、材料缺陷、操作失誤等引起。
　�、谧匀涣踊河射P蝕、變形、材料老化等造成。
　　③災(zāi)害劣化：由風(fēng)暴、水浸、地震、雷擊、爆炸、強(qiáng)電磁輻射等引起。
　　4.2 機(jī)電一體化設(shè)備三個(gè)保養(yǎng)類別
　　保養(yǎng)的目的是要延長(zhǎng)設(shè)備的壽命周期，按保養(yǎng)工作量的大小可分為三類。
　�、偃粘１ｐB(yǎng)或稱例行保養(yǎng)，主要內(nèi)容是：清洗、潤(rùn)滑、緊固松動(dòng)螺紋、檢查零部件情況等。
　�、谝患�(jí)保養(yǎng)。主要內(nèi)容：普遍進(jìn)行清洗、潤(rùn)滑、緊固、對(duì)部分零件進(jìn)行拆卸清潔以及進(jìn)行部分的調(diào)整（如間隙調(diào)整）。
　�、鄱�(jí)保養(yǎng)：進(jìn)行內(nèi)部清洗、潤(rùn)滑、局部解體檢查和調(diào)整。
　　4.3 機(jī)電一體化設(shè)備的檢查：
　　這里是指對(duì)設(shè)備的運(yùn)行情況、工作精度及磨損程度的檢查和校驗(yàn)。按時(shí)間間隔劃分可分為日常檢查和定期檢查。按技術(shù)功能劃分可分為機(jī)能檢查和功能檢查。
　�、贆C(jī)能檢查主要是查漏、防塵和耐高溫、高速、高壓的情況檢測(cè)。
　�、诰葯z查主要是對(duì)設(shè)計(jì)精度和實(shí)際加工精度進(jìn)行對(duì)比檢查和測(cè)定，為維修提供依據(jù)。
　　可用設(shè)備能力系數(shù)和設(shè)備精度系數(shù)來衡量設(shè)備的綜合精度，其計(jì)算公式為：
　　4.4 設(shè)備維修：
　　式中ap為設(shè)備有形磨損程度，R為修復(fù)全部磨損所需維修費(fèi)，K1為設(shè)備重新購(gòu)置價(jià)格，從經(jīng)濟(jì)角度分析ap不應(yīng)大于1。
五、結(jié) 語(yǔ)：
隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備產(chǎn)品日益先進(jìn)，對(duì)實(shí)際中的應(yīng)用及效果越來越重視。一套好的理論方法固然重要，但是只有對(duì)理論和實(shí)際及其相互聯(lián)系有深刻的理解，并能將理論準(zhǔn)確地、充分地運(yùn)用到實(shí)踐中，才能有效地提高故障診斷的效率與精度，對(duì)提高機(jī)電一體化設(shè)備的可靠性，才能稱得上是成功。

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