机电设备的故障诊断与可靠性探讨

　　引言 机电一体化系统技术发展至今已成为一门有着自身体系的新型交叉学科，机电一体化产品不断进入生产与生活领域，人们对机电产品的可靠性也提出了更高要求。可靠性是设备或产品在规定条件和规定时间内，完成规定功能的能力。由于机电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。引入跨学科的理论和技术，把先进的理论与实践应用相结合，进一步完善目前的技术，将是今后主要的发展方向。

　　1、机电一体化设备的故障特点

　　机电一体化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，因此，为了发挥机电一体化设备的效益，需充分合理使用设备，对其进行动态监测管理，做到故障预前处理。

　　1.1 机械设备故障特点

　　机械设备的运行过程是一个动态过程，在不同时段的测试数据是不可重现的，用检测数据直接判断运行过程中的故障也是不可靠的。

　　从系统特性来看，机械故障特点具有随机性、连续性、离散性、缓变性、突发性、问歇性和模糊性等，其产生原因往往有一个故障多个原因和多个原因同时作用产生某故障结果。

　　2.2 电子设备故障特点

　　电子设备的故障特点具有隐蔽性、突发性、敏感性(如对温度、湿度等外界条件)，机电一体化系统除具有原有机械和电子设备的特点外，又增加了故障转移性、表征复杂性、集成性、融合性和交叉性等特点。

　　2、机电一体化设备的故障诊断方法

　　由于机电一体化设备所具有的独特特点，所以我们对设备故障的分析应该机、电有机结合，转变思维方式。首先，要对机电一体化设备作一个深入的分析了解，熟悉各功能模块框图，根据各组成部分的功能、组合形式和工作环境，分析故障可能的形式和影响程度，必要时可作故障树分析，根据故障发生的现象，层层分解，找出故障形式的逻辑关系与可靠性有关的因素，弄清产生故障的实质和根源。

　　机电一体化设备的故障分析诊断法有故障树分析法、自诊断法(故障代码、故障指示灯、报警等)、温度检测诊断法、压力检测诊断法、振动检测诊断法、噪声检测诊断法、金相检测诊断法和时域模型分析法等。

　　在具体诊断时，可注意以下几点：

　　(1)先机后电，由于机械结构的直观性，可以用肉眼看到明显故障现象，如断裂、变形、打滑、卡死等，所以先从机械部分人手，检查机械部分故障。一般地说，由于机械的工作特点，它是执行元件及驱动元件，更容易产生磨损引起变形而发生失效;

　　(2)先外后内，由执行元件到控制元件到驱动元件逐个检查，找到故障源头;

　　(3)先干后叶，先分析主要部件，后分析次要部件，重点分析结合部零件和接口部件。

　　3、常见故障分类

　　3.1常见的设备故障判断方法：

　　3.1.1按故障有无指示和报警，可分为有诊断指示故障和无指示故障。高级机电一体化设备控制系统都有自诊断程序，，一旦发现故障则会立即报警或者指示说明在屏幕上显示，结合系统配备的诊断手册不仅可以找出故障发生的原因部位，而且提示排除方法。无诊断指示通常由于上述诊断不完整所致。

　　3.1.2按故障出现对工件或对机床有无破坏可分为破坏性故障和非破坏性故障。

　　3.1.3按系统的或然性，分为系统性故障和随机性故障。系统性故障是指满足一定的条件则一定出现的确定的故障;而随机性故障是指在相同条件下偶尔发生的故障。

　　3.2常见的设备故障可分为电气故障和机械故障：

　　3.2.1 常见电气故障

　　故障发生的部位可分为硬件和软件故障，硬件故障是指电子电器件、印刷电路板、电线电缆、接插件等不正常状态甚至损坏而引起的的故障，硬件是需要修理甚至更换的。而软件故障则需要输入或修改某些数据甚至修改加工程序方可排除故障。

　　3.2.2 常见机械部分故障

　　以机床的运动品质来衡量，机床运动动态特性下降，在这种情况下，机床虽能正常运转却加工不出合格的零件。产生这种故障的原因往往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。这类故障必须用检测仪器确定产生误差的环节，然后通过对机械传动系统，数控系统和伺服系统的最佳化来调整排除。

　　4、机电一体化设备可靠性分析及提高可靠性对策

　　所谓可靠性就是产品在规定的条件下和规定的时间内，完成规定功能的能力。机电设备的可靠性与机电设备的使用环境、工作条件、运行情况和维护保养有关还与各个组成单元自身的可靠性有关。机电一体化设备的技术含量非常高，机械零部件配合精度高，制造工艺复杂，控制系统电路复杂，必须在良好的工作环境中运行，有些设备要求恒温、恒湿及防震等，这些机电一体化设备只有在良好的工作环境中才能保持良好的可靠性。机电一体化设备的可靠性可用可靠度来表示R=R1R2R3。R为整个机电设备的可靠度。R1为机械部分的可靠度，R2为电器部分的可靠度，R3为接口部分的可靠度。为了提高整个机电一体化设备的可靠性，必须合理使用设备，杜绝超负荷加工，对其工作环境进行监控。另外对设备的组成部分进行分析，提高各组成部分的可靠性，找出薄弱环节，加强维护保养，合理配置备件。

　　4.1 影响机电一体化设备可靠性的因素

　　4.1.1元器件失效

　　元器件是机电产品可靠性的基础之一，很多机电产品的失效是由于元器件的性能和质量问题造成的。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。

　　4.1.2 元器件的联接与组装

　　机电一体化设备控制系统复杂，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。

　　4.1.3电磁干扰

　　机电一体化设备是利用电能进行加工的电气控制设备，在运行中必然伴随着电磁能量的转换，往往一方面对周围环境发生影响，同时，另一方面本身也会受到所处环境电磁干扰的影响。作为机电一体化的产物，电磁环境和电磁干扰问题是一个极为复杂的问题，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、制动影响，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，或于强电信号秉性走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。

　　4.2 提高机电一体化设备可靠性的措施

　　提高机电一体化设备的可靠性通常可以采用三种办法：一种是采用可靠性高的元器件进行设计，当系统出现故障时用诊断的方法定位故障所在并迅速排除。这时，一般要中断系统的正常工作;另一种是采用容错技术，必要时对重要部位可以采用亢余设计组成一个可靠性较高的系统。还有一种方法，就是用提高机械工作精度(如运行精度、加工精度、控制精度等)来获得。

　　5、结语

　　总之，随着科学技术的迅猛发展，机电产品越来越广泛地应用于社会各个领域，其使用条件也越来越严酷，因此，对机电产品的可靠性要求越来越高，对实际中的应用及效果越来越重视。好的理论方法并不能保证应用的成功，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、充分地运用到实际中，有效地提高故障诊断的效率与精度，提高了设备的可靠性，才能说是真正的成功。

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文章名称： 机电设备的故障诊断与可靠性探讨

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