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机电一体化设备故障诊断及维护保养分析

摘要：由于机电一体化设备制造技术的不断发展,使得其故障诊断技术也获得突飞猛进的发展,日益发展成为一门独立的综合信息处理技术。充分利用机电设备故障诊断技术，有效发现设备中存在的故障，避免恶性事故以及重大安全事故的发生，是公众关注的热点。本文主要对机电一体化设备故障诊断技术的现状及其存在问题进行详细探究，在此基础上，对其故障诊断技术的发展趋势作进一步的展望，以期有助于把握机电一体化设备故障诊断技术的发展规律，促进故障诊断技术的可持续发展。
一、机电一体化设备的故障分析：
　　在机构的主功能、信息处理功能、控制功能和动力功能上引进电子技术，将电子化设计与机械装置及软件结合起来的统称为机电一体化。该设备是企事业机械加工中的关键设备，一旦设备出现故障，影响和损失往往很大，所以，只有正确使用和精心维护才能达到设备效益的最大化。
　　1.1 机械设备故障特点：
　　运行过程的动态化是机械设备的一大特点，不同时段出现的测试数据是不同的，每个时段的数据不可重现，用检测数据直接判断运行过程中的故障固然不是十分可靠。
　　缓变性、离散性、连续性、问歇性、突发性和模糊性等是设备整体功能故障凸显的特点，故障原因很有可能是一个故障多个原因和多个原因同时作用而产生的故障结果。
　　1.2 电子设备故障特点：
　　电子设备的故障具有突发性、隐蔽性、敏感性等特点，机电一体化系统在原有机械和电子设备的特点之外，又增加了表征复杂性、交叉性、融合性、故障转移性等特点。
二、设备常见故障划分类别：
　　设备功能失常即设备故障。就是设备不能达到预定的工作状态，没有办法满足该有的功能和性能。通常是设备的构造处于不正常状态--劣化状态。人为操作不当或失误，设计制造不当造成设备固有缺陷，按自然磨损规律、失效等许多原因都可能造成设备故障。
　　常见的设备故障可分为电气故障和机械故障：
　　2.1 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。
　　2.2 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、机电设备故障诊断方法：
　　3.1 设备运行中的故障处理：
　机电一体化设备运行中会产生各种表征其状态的物理现象，并引起相关参数的变化，为观测和监控设备提供了可能性。通常把这些参数变换成容易测量、处理和记录显示的物理量，这些物理量就称为信号。就可以通过对信号进行分析、处理、变换、综合、识别，对设备运行状态和故障诊断提供依据，同时也可以用于预报设备的运行状态。
　　3.1.1 机电一体化设备信号的预处理：
　　对所采集的信号数据，按误差理论的方法，排除粗大误差后，再对系统误差和随机误差进行分析和数学处理。通常若不存在系统误差，则设备不会有大的故障，即故障信号一般表现为系统误差。
　　3.1.2 机电一体化设备常用数学方法：
　　动态信号有确定信号与非确定信号之分，主要研究对象是确定信号。确定信号是可以用数学关系式、图表来描述的信号。
　　确定信号又分为连续信号和离散信号两大类：
　　任意时刻都存在都可以给出确定函数值的信号为连续信号，如：正弦、直流、阶跃、锯齿波、矩形脉冲，截断信号等等。
　　数字信号是离散信号，而离散信号不一定是数字信号。对于连续信号特别是周期信号最常采用的方法是频谱分析，对周期函数常采用幅值谱、相位谱、功率谱等技术，其基本的数学手段是傅立叶变换。对离散信号的处理大多用方差分析和相关分析手段处理。
　　3.2 机电一体化设备故障诊断的方法：
　　针对机电一体化设备独有的特点，转变思维方式，以机、电有机结合的形式分析故障原因所在。首先，对机电一体化设备做一个全面深入的了解，熟悉其各个功能模块的大概框图，根据各组成部分的组合形式、用途和工作情景，分析故障可能出现的形式和影响因素，必要时进行故障树分析，根据故障发生的现象，层层深入解析，找出故障形式的逻辑关系和可靠性相关因素，剖析出产生故障的真正原因。
　　机电一体化设备的故障分析诊断法：
　　①信息比较诊断法：将采样与事先建好的数据库中的数值进行比较，超限为故障。
　　②参数变化诊断法：在阈值以下时，设备运转不明显，一旦超过阈值，则发生异常。如振动故障，会表现为噪声及振幅加大。
　　③模拟实验诊断法：对不太明白故障发生原因的设备如高速、高压的涡轮机、离心式压缩机等可采用模拟方式找问题。
　　④函数诊断法：当故障征兆与故障原因之间存在直接或间接函数关系时，通过对设备运行参数进行计算就可预测或识别设备是否存在故障。
　　⑤故障树分析诊断法：这是一种由果到因的倒推分析过程，应用较广。
四、机电一体化设备维护保养：
　　4.1 机电设备性能劣化的三大类型：
　　①使用劣化：由温度、压力、破损、变形、裂纹、疲劳、冲击、脆化、介质附着、材料缺陷、操作失误等引起。
　　②自然劣化：由锈蚀、变形、材料老化等造成。
　　③灾害劣化：由风暴、水浸、地震、雷击、爆炸、强电磁辐射等引起。
　　4.2 机电一体化设备三个保养类别
　　保养的目的是要延长设备的寿命周期，按保养工作量的大小可分为三类。
　　①日常保养或称例行保养，主要内容是：清洗、润滑、紧固松动螺纹、检查零部件情况等。
　　②一级保养。主要内容：普遍进行清洗、润滑、紧固、对部分零件进行拆卸清洁以及进行部分的调整（如间隙调整）。
　　③二级保养：进行内部清洗、润滑、局部解体检查和调整。
　　4.3 机电一体化设备的检查：
　　这里是指对设备的运行情况、工作精度及磨损程度的检查和校验。按时间间隔划分可分为日常检查和定期检查。按技术功能划分可分为机能检查和功能检查。
　　①机能检查主要是查漏、防尘和耐高温、高速、高压的情况检测。
　　②精度检查主要是对设计精度和实际加工精度进行对比检查和测定，为维修提供依据。
　　可用设备能力系数和设备精度系数来衡量设备的综合精度，其计算公式为：
　　4.4 设备维修：
　　式中ap为设备有形磨损程度，R为修复全部磨损所需维修费，K1为设备重新购置价格，从经济角度分析ap不应大于1。
五、结语：
随着科学技术的迅猛发展，机电一体化设备产品日益先进，对实际中的应用及效果越来越重视。一套好的理论方法固然重要，但是只有对理论和实际及其相互联系有深刻的理解，并能将理论准确地、充分地运用到实践中，才能有效地提高故障诊断的效率与精度，对提高机电一体化设备的可靠性，才能称得上是成功。

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