基于工程机械一体化的检测与故障诊断分析研究

2018-07-27蔡传兵张传琦

现代制造技术与装备 2018年6期

蔡传兵张传琦

（襄阳国网合成绝缘子有限责任公司，襄阳 441057）

随着现代社会经济的快速发展，机动车辆逐渐普及，工程机械设备的重要性日益显现。从过去的港口码头和基建工地，到现在的桥梁建设、工程项目施工，工程机械一体化的趋势日益加强，已成为社会发展的重要物质基础，逐渐融入人们的生活中[1]。

工程机械设备在工程领域逐渐代替了人的体力劳动，随着自动化、智能化等技术的发展，工程机械设备功能日益丰富。与传统机械设备相比，全智能化、自动化的工程机械设备在工作效率、作业质量、环境保护和操作性能等方面具有显著优势，工程机械设备正快速朝智能化和机械化方向发展[2]。在大型基建中，设计者经常设计出新结构，其间往往会用到许多新材料，从而推动建筑工程施工和工程机械设备的发展。

1 工程机械一体化的故障

近年来，为了提高工程机械设备的生产效率，人们大力研究工程机械一体化的燃料燃烧与电控、液压控制系统、故障诊断与监控以及节能与环保等，设计出许多新结构和新产品，有效地提高了工程机械一体化水平[3]。

目前，大多数工程机械设备的监测和诊断通过温度计、压力计、千分表等自动化测量仪表进行判定。但是，基建工程所用的机械设备一般都在野外作业，受外界环境的限制，很多仪表无法使用，人们不能对机械设备进行实时监测和诊断[4]。

机械设备在运行过程中会出现问题，有必要对设备进行有效检测，排除故障，提高工程机械性能，减少误工损失[5]。本文研究了模拟信号的数据采集、信号处理与分析、机械状态测试、数据采集分析与设备故障诊断，判断出设备工作状态和可能出现的问题，做到预防为主，维修结合，有效提高机械设备的使用寿命。

2 故障诊断技术

在工程建设和施工中，机械一体化的检测与故障分析是机械故障诊断的一门主要学科。工程机械的设备故障诊断技术主要分为检测与故障诊断两部分。

2.1 故障机理

当机械设备正常工作时，该机械具有应有的功能。异常状况是指在机械设备的运转过程中，某一缺陷使设备状态发生根本的变化，如性能下降、能耗过高等，但设备依然可以维持基本功能。此时，若不及时处理，该缺陷就会进一步恶化，直至机械设备丧失原有的性能和功能，即设备出现故障。

通常情况下，机械设备的异常或故障是指设备在运行中出现不良反应，通过不同的方式体现出来，如声音、输出功率、振动、油耗和气味等。机械设备的检测与诊断就是要快速、准确地提取设备运行时出现的不良反应，从而找到故障并解决问题。

2.2 故障诊断分析

2.2.1 机械异常状态监测

故障诊断技术主要利用传感器或检测手段将机械设备运行的异常状态信号加以分析，诊断其故障根源。检测和诊断可以分为3个步骤：一是机械设备异常信号的采集，主要是通过电压或电流的大小来测量待测物体的某一个参数和变化量。二是数据的转化和收集。利用传感器或探测头检测的信号进行初步的变换和传输，并将连续信号转化成离散信号。此时，人们就可以得到机械设备出现异常的数据，对其进行诊断分析并根据设备故障的性质和状态，预测故障发展趋势，做出正确的决定。

2.2.2 机械故障诊断原理

机械设备的故障诊断是指当某一机械设备在运行过程中出现异常状况或缺陷，影响其正常运行时，人们利用诊断设备和技术采集相关数据，对数据进行分析和处理，找出机械设备可能出现的故障。

在正常运行中，机械设备经常受到外界环境的影响，如温度、气压和湿度等，随时可能出现异常状况，如振动大、噪声大、温度高和油耗高等。人们可以利用自动化仪表对机械设备故障进行监测和诊断，进而做出正确判断。

传感器或诊断仪器一般安放在诊断机械设备上，首先采集机械设备的温度、压力、振动和气味等信号，并将其转化为电信号进行传输，然后进行数据处理分析，与预先储存在系统内的标准数据进行对比。通过多组数据对比分析，人们可以判断出故障的位置和原因，预测将要发生的故障。

3 机械设备的检测与故障的系统

在检测与诊断过程中，诊断系统是处理数据的重要部件，好比人体的大脑，控制身体的正常运作。该诊断系统可以进行跟踪分析和诊断，其诊断流程如图1所示。

在机械启动后，该系统就会跟随机械设备运作，并将系统的每一个端口、寄存器进行初始化和清零，以便收集信号和数据。该诊断系统将采集的信号转化成某一信号的数字量，并与标准值进行对比，如果超过或低于正常数据的范围时，系统将会以某种信号传达给操作人员，如声音的尖叫、警示灯的颜色等；如果所采集的数据在正常范围内，直接将采集的数据存入系统的RAM，并及时对采集的数据进行处理，最后输送到显示模块，方便观察者及时了解机械设备的工作状况和故障原因。