机电一体化设备的故障诊断技术及可靠性分析

郑亮亮

身份证号码：130622198510085611

机电一体化设备的故障诊断技术及可靠性分析

郑亮亮

身份证号码：130622198510085611

随着国民经济发展，机电一体化设备产品不断进入生产与生活领域，人们对产品的输出柔性、工作性能及可靠性方面提出了更高的要求，但由于机电一体化设备不同于一般的机械设备和电子设备，具有独特的故障特点和可靠性特点，所以我们不能用传统的故障排除诊断方法进行维修。本文分析了机电一体化设备的故障诊断技术及可靠性，探讨了故障诊断技术的发展方向。

机电一体化；设备；故障诊断技术；可靠性；

一、基于信号处理理论的机电一体化设备故障诊断

1.机电一体化设备不可避免地要执行旋转动作，其在运行过程中也难免存在噪声，部位或转速不同，设备部件发出的噪声频率也不同。即便如此，想要从如此多频率的噪声中分析得到故障点也并非易事。为此，首先需要做的是进行噪声数据的有效采样和存储。一般方法是利用拾音器和声卡直接将噪声信号采集至计算机，声卡同时将收集来的模拟信号转化为数字信号，即进行A／D转换。一般而言，信号的分析分为时域和频域分析。采集来的信号为时域信号，为了能更加清晰完整地分析信号，一般要将时域信号转变为频域信号进行分析，即进行信号的频谱分析。其次，要将采集的信号数据以音频文件的形式保存，再导入工作空间中以便处理。最后，利用频谱图来对噪声进行分析，进而找出故障点所处位置。

2.例如，图1中左边为某一机电一体化设备在正常工作条件下的噪声频谱图，右边则为此设备发生故障时的噪声频谱图。分析比较可以看出，右边的信号图在460 Hz处出现了一个明显的波峰，此处即该设备发生异常情况的点，由此追本溯源，即可找到发生故障的地方。

3.进行故障诊断最重要的一条就是做好监控工作。一般来说，设备的监控就是对设备的状态进行实时监测。要想对设备进行有效的监测，就必须对设备信号进行有效的提取。从设备中提取出的信号一般称为特征信号，从中获得的用于判断故障种类和发生位置的信号称为征兆。从信号处理角度来说，获得此征兆信号后，应在模式识别理论的基础上做出决策分析，即判断采用何种方式能够使设备故障在短时间内被处理好，以恢复设备正常运行状态。

二、机电一体化设备常见故障划分类别

1.电气故障。硬件和软件故障是电气故障的两大故障类别，由电子器件、印刷电路板、电线电缆、接插件等出现非正常现象甚至损坏造成的故障为硬件故障，只需要调整某些数据或者修改加工程序方即可的为软件故障。

2.机械故障。当机床运动特性出现下降时，机床虽可以正常运转但是却无法生产出合格的零件。造成这种故障的原因可能是机床定位精度超差、机械传动反向间隙大、造成失动量变大、运动不平稳、机床主轴轴向径向跳动精度超差、机床导轨位置精度超差、丝杠螺母副精度下降及温升等。出现此类故障必须用检测仪器确定产生误差的环节，然后通过调整使机械传动系统，数控系统和伺服系统最佳化来排除

三、常见的机电一体化设备故障诊断技术

1.振动故障诊断技术。通过设置相关检测设备的振动参数，并根据检测设备的信息特点对机电设备进行故障诊断的技术就是振动故障诊断技术。这种技术主要应用于机械设备的故障检测，由于机械设备在运行过程中会有剧烈的震动，使用振动检测设备可以检测到振动数据，这些数据包括加速度和速度等。在检测过程中要想获取充足的检测数据，并对机械设备的运作状况进行准确判断，就需要对测量点的位置进行正确选择。

2.油液磨屑分析故障诊断技术。对设备运行过程中的油液磨屑进行识别分析，通过了解油液的成分以及油液磨屑颗粒的形态来对设备的运行状况进行判断，这种检测技术一般用于机械润滑系统和液压系统中。该故障诊断技术可以根据油液颗粒的尺寸对机械设备的磨损情况进行判断，而磨损的类型可以根据油液颗粒的形状进行判断，也可以根据微粒的成分来判断机械磨损发生的具体位置。

3.射线扫描故障诊断技术。Y射线扫描诊断技术属于一种新兴的设备故障诊断技术，它一般用于检测工艺设备。该检测技术对设备运行状况进行判断的方法主要是对扫描图谱的特点进行分析。

4.红外测温故障诊断技术。通过检测设备不同部位的温度来判断设备的运行状况就是红外测温故障诊断技术。这种诊断技术运用了先进的测量仪器，可以实现远距离操作，也可以在不接触设备的情况下探测设备不同部位的温度，同时其测量的准确率也很高。

四、机电一体化设备可靠性分析及提高

1.元器件失效。元器件是构成整个数控设备的基本单元，单个元器件的可靠性是整机可靠性的基础。按照概率运算法则，整机的失效率等于各组成部分的失效率之和。因此，应该严格挑选失效率低的产品用于实际系统。

2.元器件的联接与组装。机电一体化设各控制系统复杂，电气元器件之间纵横交错，要保证整机的可靠性，就必须解决好联接与组装的可靠性，而插接件的接触不良会造成信号传送失灵，是产生系统故障的原因之一。此外，由于温度湿度变化较大，油污粉尘对元器件的污染以及机械振动的影响都会影响系统的可靠性。

3.电磁干扰。一般，电磁干扰源引入数控系统的主要途径有：

(1)交流供电系统受邻近大功率用电设备启动(如使用电焊机)、制动影响(有大功率用于制动的电机)，造成电源电压波动，以及电器开关接通断电时由电火花产生的高频电磁干扰。

(2)直流电源负载能力不足，缺乏足够稳定的功率储备，造成直流电源电压随负载变化而波动。

(3)电源与地线的线径太细或布局不合理，电子元器件相互之间通过公共的导线阻抗，发生信号畸变或交叉干扰。

(4)控制信号引线过长又没有采取必要的屏蔽隔离措施，或与强电电线一起走线，而没有分开走线，信号线易受电磁噪声的干扰产生错误信号，尤其对于高频脉冲信号，若处理不当极易发生信号畸变。

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