机电一体化设备故障诊断系统设计与应用

郝强

摘要：近年来，机电一体化技术在汽车行业的应用越来越广泛，极大的推动了汽车与机电一体化两者的结合和发展。本文从机电一体化设备故障诊断的技术原理和特点出发，对影响机电一体化设备故障诊断可靠性的因素，以及机电一体化设备故障诊断技术及应用进行了分析。

关键词：机电一体化;故障特点;故障诊断

中图分类号：TH-39                                      文献标识码：A                                  文章编号：1674-957X（2021）14-0133-02

0  引言

虽然我國机电一体化技术已经在当前新的经济形势下，获得了很大的发展和进步，但是在实际的工作中，由于受各方面因素的影响，机电一体化设备仍存在着许多问题和不足，本文从我国机电一体化设备故障诊断技术的原理和特点出发，对其进行分析和论述。

1  机电一体化设备故障诊断的技术原理以及特点

1.1 机电一体化设备故障诊断的技术原理  机电一体化设备故障诊断的最重要的一个技术原理就是建立起相应的数学模型，对设备运行状态的参数进行收集和分析，然后通过数学模型来体现设备的运行状况。事实上，机电一体化设备故障诊断的有效途径之一就是建立数学模型，数学模型的建立，能够检测设备的运行状态，及时发现设备运行的异常，减少设备安全隐患，不仅能够帮助设备正常运转，而且能够有效的延长设备的寿命。除此之外，要想检测机电一体化设备故障，就必须进行数据收集，比较常用的设备信息收集方法就是利用传感器将数据进行数字化的处理，然后通过传输设备将数据集中起来进行分析和管理，这样就形成了设备测试的集成。最后对收集的数据进行分析，从而了解机电设备的运行状态和操作情况。在这个基础上，进行进一步的分析，将数据进行分类化的管理，剔除无效的、无用的信息，然后将这些信息数据和设备的运行标准参数进行对比，找出其中的差异，从而找到设备故障的原因和位置。

1.2 诊断技术特点  机电一体化设备中运行零件的类型是非常多样复杂的，编号也有很大差异，尤其是其中技术含量比较高的机电设备，发生故障的几率是相对较大的，而且一旦发生故障，很难进行诊断和维修。根据相关单位的数据显示，一体化设备和一般设备相比，发生故障的几率是一般设备的8倍，这个概率是非常的可怕的，因此，为了更好的解决一体化设备的故障问题，就需要将科学检测和人工检测结合起来，从根本上提高设备运行的稳定性。机电一体化设备作为一个整体，其故障特点是非常明显的，具体来说主要有以下几方面：一是一体化机电设备组成的零件比较多，磨损相对比较严重;二是机电一体化在诊断和检测上由于连接比较紧密，如果出现故障，只能进行简单的检测;三是机电一体化设备虽然有报警系统，但是报警和检测的功能并不是很完善，不能兼顾整个机电一体化系统;四是随着科技的进步，自诊断技术越来越先进，相关诊断技术人员也越来越少，在以后的发展中，如果出现故障方面的问题，自诊断系统不能发挥作用，那么就会极大的增加故障诊断的工作难度。

2  机电一体化汽车故障诊断特征及诊断技术

2.1 故障诊断特征  我们很难将汽车其定义成一个简单单一的机械产品，而是集高科技于一身的智能化产品，尤其是随着电子技术、网络技术的发展，汽车也越来越有科技感，虽然其主要的功能还是代步，但是还有许多其它的附加功能。现代汽车具有多种独立的系统，比如说关于汽车速度的电子燃油喷射系统发动机（EFIE）和电子控制自动变速箱系统（AT）以及加速滑动调整系统（ASR），再比如说智能化的自动巡航系统、自我诊断系统、涉及到汽车安全的ABS防抱死制动系统、SRS安全气囊系统、中控门锁及防盗系统，还有涉及汽车舒适性的空调系统、座椅调整系统等，除此之外，还有电子悬挂系统（ECS）、动力转向系统、TCS动力牵引系统等，这些系统都是由汽车的电控单元件进行控制的，简称ECU，电控单元不仅具有检测、诊断功能，还有记录的功能，能够有效的帮助汽车维修人员迅速锁定故障区域。除此之外，还有一些高科技维修设备，为汽车的故障诊断保驾护航。因此，现代汽车在故障的诊断上表现出高科技化、先进化的趋势。

2.2 汽车发动机机电一体化智能检测  发动机是汽车的核心，应用了非常多的机电一体化技术，从分类上看，发动机的电控系统大致可以分为：电控燃油喷射系统、电控点火系统、其它辅助控制系统。在具体的故障检测上，也是根据上述三大类进行检测，具体分为以下几个方面：一是针对火花塞和分缸线的检查，火花塞作为发动机关键性的部件之一，在检测的过程中，要认真检查火花塞的间隙和分缸线的电阻值，确保其符合原厂的技术标准，如果发现不符合的情况，要及时的进行调整和更换;二是针对燃油压力系统的检测，主要是检测燃油压力表及其组件，在发动机启动的过程中，会进入怠速运行的状态，正常油表的读数在270～320kPa之间，如果压力超出这个范围，就需要进行燃油压力调节器及燃油滤清器的更换;三是喷油嘴的检查，喷油嘴可以说是发动机产生能量的重要源泉之一，在进行发动机故障检查时，需要怠速运转发动机，然后分别断开喷油嘴的插头，检查其怠速是否有变化，如果基本相同，则说明喷油嘴工作均正常。当断开某一个喷油嘴时，发动机怠速及其稳定性均无变化，则需要测量喷油嘴插头的电阻值是否为10～13，如果不符合标准则更换喷油嘴;四是燃油泵及燃油泵电路检查。燃油泵的检查：拧下燃油箱盖，点火开关在ON位置时，在燃油加注口可以听到油泵运转的声音，在正常工作情况下，当点火开关在ON时，燃油泵应运转2秒钟。如果燃油泵不运转，首先检查油泵保险是否烧坏。检查PGM-FI主继电器与插头端子之间是否导通等等;最后就是检查气缸的压力、进排气门的间隙、燃油蒸气控制电磁阀、EGR阀缸体工作情况、进气歧管是否漏气等等。

3  机电一体化设备进行故障诊断的原则

3.1 先机械，后电子  機电一体化设备的检测，需要遵循先机械故障检测，然后电子设备故障检测的原则。机电一体化设备发生故障，首先要进行机械故障诊断，第一步是通过直觉和肉眼对机械进行分析和检测，比如说通过设备的打滑和碰撞来判定设备零件的磨损状况。如果肉眼分不出故障的原因和位置，那么就通过设备运行状态继续判定。总体来说，电子故障的诊断难度要远远高于机械故障诊断，因此在检测的过程中，先判定机械设备是否存在故障，如果没有，再检测电子设备。

3.2 先主要，后次要  如果机电一体化设备出现故障，再诊断的过程中，要诊断设备发生的主要部位故障，尤其是能够影响设备正常运行并且维护比较困难的故障，要先诊断设备的主要部分，诊断完毕后再进行次要部分的诊断。

3.3 先外后内  先外后内是机电一体化设备进行故障诊断的原则之一，其主要的检测顺序是先进行执行部件的检测，然后再进行控制部件的检测，最后再进行驱动部件的检测，通过这样的顺序检测故障，找到发生故障的原因并及时进行维修。

4  影响机电一体化设备故障诊断可靠性的因素

4.1 元件因素  元件是设备构成的基本单元，它的可靠性将直接决定整体设备的可靠性，通过无数设备运行的数据，再加上概率运算，设备的失效率主要是由各组成构件失效率决定的，失效率高的元件产品，一体化设备的失效率也会变高。因此，在诊断的过程中，要尽量选择失效率低的元器件，提高故障诊断的准确性。

4.2 元器件的连接  机电一体化设备的控制系统，是非常复杂的，每一个零件、每一个元器件彼此相交相连，必须要保证元器件连接的准确性，才能保证一体化设备的可靠性和稳定性。如果设备中的一个插件或者是一个元器件出现故障或者接触不良的状况，就会导致信息受阻，进而引起设备出现故障。除此之外，机电一体化设备在湿度和温度较大或者是变化较大、粉尘污染或者是机械振动的情况下，会造成诊断可靠性降低。

4.3 电磁影响  磁场无处不在，而机电一体化设备运行的首要条件就是电能，在设备运行中，不可避免的会出现电能转化的现象，这种电磁波的出现，除了会对周边的环境造成影响之外，还会对设备的制动和负载造成影响，因此在进行设备故障诊断之前，需要排除电磁干扰因素的影响，这样才能有效的提高故障诊断的可靠性。

5  机电一体化常见的设备故障诊断技术及应用

机电一体化设备的检查，首选需要判定故障发生的大致位置，然后将检测信号发送到机电设备的内部，根据接收的数据和信息，对诊断位置进行比对，从而保证诊断的准确性，并进行深层次的分析，掌握故障发生的原因和位置。而在故障修复发过程中，要保证设备稳定运行，然后通过时序模型和滤波等技术定期进行检测。如果发生故障，则需要通过模型的识别和数据分析进行故障诊断。

5.1 油液磨屑分析故障诊断技术  油液磨屑分析故障诊断技术主要应用在机械润滑系统和液压系统中，主要是通过油液中磨屑的尺寸来判断机械设备的磨损状况，同时还可以根据油液中的成分来判定设备的运行状况。一般来说，油液中颗粒的形状与机械磨损的类型息息相关，而且机械磨损的位置也能够通过油液中微粒的成分进行判定。

5.2 振动故障诊断技术  振动故障诊断技术主要是检测振动设备振动参数的设定，让机电一体化设备运行，通过收集设备运行振动的参数，结合机电设备的信息特点，来进行故障诊断。振动故障诊断技术主要是针对机械设备的故障检测，会自动检测机电设备在运行过程中的加速度、运行速度等等运行参数，通过检测数据，了解机械运行的情况。需要注意的是，在这个过程中，测量点位置的选择非常重要，只有科学合理的选择，才能得到最好的测试结果。振动故障检测技术操作简单，结果也比较明显，对机电一体化设备故障诊断准确率有着很大的提升。

5.3 射线扫描与红外线检测  射线扫描诊断技术主要是通过Y射线对设备的运行状况进行诊断，一般在工艺设备中应用的比较多，是一种比较新型的设备诊断技术;红外线检测主要是通过机电一体化设备在运行的过程中，对设备不同部位的温度进行检测，如果发现异常，会立即提醒，这种检测的方式能够依靠先进的测量仪器进行远距离的操作，而且准确率非常高。

5.4 划分故障类型的技术  划分故障类型的诊断技术，主要是将机电一体化设备的故障进行划分，分为非破坏性故障和破坏性故障两种，需要结合故障损坏的零部件的情况以及对设备顺利工作产生的影响进行划分。在实际检测过程中，对故障的分类能够引导维修工作者快速地确定故障发生的范围及其主要原因，从而能够及时的进行解决。

5.5 诊断故障的专家系统  专家系统的几个基础组成部分是用户界面系统、检测故障数据库系统、分析故障推理系统等。诊断故障的专家系统是以应用与推广信息技术为基础，且基于信息智能的一种新型的机电一体化设备故障诊断系统，应用这种系统能够大大地提高故障诊断的效率以及准确性，从而减少物力、人力的支出，属于当今比较先进的一种故障诊断技术。

6  结束语

总之，机电一体化设备的故障诊断和故障检测，需要遵循一定的原则和原理，针对各个不同环节的故障问题进行逐一的排查，结合实际情况提出有针对性的解决措施。

参考文献：

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[3]张海军.机电一体化系统故障诊断专家系统研究[J].网络安全技术与应用，2014（008）：130-131.