邊峰

摘要：機電一體化技術(shù)是指電氣技術(shù)、機械設(shè)備制造技術(shù)、電子計算機技術(shù)、信息技術(shù)、微電子技術(shù)、接口傳輸技術(shù)、傳感設(shè)備技術(shù)和信號交換技術(shù)的綜合結(jié)合，已在實際生產(chǎn)中應(yīng)用。設(shè)備故障診斷需要對設(shè)備的運行狀態(tài)進行評估和判斷。在正常運行過程中，設(shè)備部件不可避免地會產(chǎn)生應(yīng)力和磨損。設(shè)備會隨著時間的推移而失效。機電設(shè)備是現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)活動中的核心設(shè)備，在各個行業(yè)和領(lǐng)域中發(fā)揮著重要作用。為了保證其性能，還需要了解故障和維護方法。

關(guān)鍵詞：機電一體化設(shè)備；故障診斷；維護保養(yǎng)

機電設(shè)備一般是指機械、電器及電氣自動化設(shè)備，在施工中一般是指機械、管道設(shè)備，除土工布、木工、鋼材、泥漿水外，不同于硬件的概念，機電設(shè)備更多的是指完成一定功能的機械。在實際工作中，機電設(shè)備的正常運行不僅要提高企業(yè)的經(jīng)濟效益，而且要體現(xiàn)企業(yè)維修技術(shù)水平。機電一體化設(shè)備制造技術(shù)的不斷進步，使其故障診斷技術(shù)突飛猛進，采用機電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)可以避免安全事故的發(fā)生。

一、設(shè)備常見故障劃分類別

“設(shè)備故障”是指設(shè)備故障。指設(shè)備無法達到預(yù)定的運行狀態(tài)，沒有辦法達到預(yù)定的功能和性能。通常是施工設(shè)備在非正常條件下的劣化。不正確的操作或錯誤，不正確的設(shè)計和制造設(shè)備固有的缺陷，按照自然磨損規(guī)律，故障等許多原因都可能引起設(shè)備故障。常見設(shè)備故障可分為電氣故障和機械故障：

1. 電氣故障。硬件和軟件故障是電氣故障的兩種主要類型。電子設(shè)備、印刷電路板、電線電纜、連接器等異?，F(xiàn)象甚至損壞所造成的故障是硬件故障。軟件故障可以定義為只需要調(diào)整某些數(shù)據(jù)或修改某些處理的故障。

2. 機械故障。當(dāng)機床運動特性下降時，雖然機床能正常運行，但不能生產(chǎn)出合格的零件。故障可能是由于機床的定位精度誤差，機械傳動的反向間隙，導(dǎo)致?lián)p失的動能增加，運動不穩(wěn)定，機床主軸軸向徑向跳動精度誤差，機床導(dǎo)軌位置精度誤差，螺母副的準(zhǔn)確性下降，溫度上升。這種類型的故障必須通過檢測儀器來確定誤差，然后進行調(diào)整以優(yōu)化機械傳動系統(tǒng)、數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)來消除。

二、機電一體化設(shè)備的故障分析

機電一體化設(shè)備是指將電子技術(shù)引入機電設(shè)備結(jié)構(gòu)中的主要功能、信息處理功能、控制功能和功率功能，是電子技術(shù)與機械設(shè)備的有效結(jié)合。機電一體化設(shè)備是最重要的加工和生產(chǎn)設(shè)備，它可以大大提高企業(yè)生產(chǎn)的質(zhì)量和生產(chǎn)效率，如果故障出現(xiàn)在生產(chǎn)過程和企業(yè)的損失的影響很大，所以提高機電設(shè)備故障診斷技術(shù)和日常維護是十分必要的。

1、機械設(shè)備故障特征。機械設(shè)備最重要的特點是動態(tài)運行過程。不同的測試數(shù)據(jù)將在不同的時間顯示。用試驗數(shù)據(jù)來判斷機器的運行狀態(tài)是不科學(xué)的。機械設(shè)備故障具有模糊性、間歇性、連續(xù)性、離散性和突發(fā)性等特點。機械設(shè)備故障是多種原因造成的，有時受多種因素影響，很難確定具體的故障原因。

2、電子設(shè)備故障特性。電子設(shè)備的制造本身是非常復(fù)雜的。當(dāng)電子設(shè)備發(fā)生故障時，往往表現(xiàn)出突發(fā)性、隱蔽性和敏感性的特點。機電一體化設(shè)備不僅具有機械設(shè)備和電子設(shè)備的故障特性，而且具有復(fù)雜性、交叉性和轉(zhuǎn)移性的特點。

三、機電設(shè)備故障診斷方法

1、設(shè)備運行中的故障處理。設(shè)備在運行過程中會提供各種參數(shù)來反應(yīng)運行狀態(tài)，這些參數(shù)可以作為設(shè)備故障診斷的依據(jù)，也可以預(yù)測設(shè)備的運行狀態(tài)。一般情況下，設(shè)備所反映的參數(shù)轉(zhuǎn)換為便于測量、加工和記錄的物理量。這些物理量統(tǒng)稱為信號。首先對采集到的信號進行處理，剔除誤差較大的數(shù)據(jù)，對隨機誤差和系統(tǒng)誤差進行分析處理。如果沒有系統(tǒng)誤差，設(shè)備就不會有太大的故障。動態(tài)信號可以分為確定性信號和非確定性信號，確定性信號可以用數(shù)學(xué)方法處理，確定性信號可以分為連續(xù)信號和離散信號。連續(xù)信號具有連續(xù)性，且在任何時刻都有相應(yīng)的函數(shù)值。對于連續(xù)信號，尤其是周期信號，最常用的方法是頻譜分析。頻譜分析是利用振幅譜、相位譜、功率譜等技術(shù)分析周期函數(shù)，基本的數(shù)學(xué)手段是傅里葉變換，離散信號通常采用方差分析的方法。

2、機電一體化設(shè)備故障診斷方法。在分析機電一體化設(shè)備故障原因的基礎(chǔ)上，有必要對機電一體化的組成、功能和特點有一個全面的了解。根據(jù)各部件的結(jié)構(gòu)和功能特點，對各部件可能出現(xiàn)的故障進行分析推斷，根據(jù)故障現(xiàn)象找出相關(guān)部件，并逐層分析找出真正的原因。常見的故障診斷方法有信息比較診斷、參數(shù)變化診斷、仿真實驗診斷、功能診斷和故障樹分析。信息比較診斷方法是將采集到的數(shù)據(jù)與標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進行比較。參數(shù)變化診斷的方法是設(shè)置閾值。如果參數(shù)低于閾值，則設(shè)備將正常運行。一旦超過閾值，就會發(fā)生異常，仿真實驗的診斷方法是在不知道故障原因的情況下，利用仿真方法對設(shè)備進行故障診斷。功能診斷方法是在故障現(xiàn)象與故障原因存在功能關(guān)系時，通過計算設(shè)備的運行參數(shù)來預(yù)測故障原因。故障樹分析是從結(jié)果中推斷原因的一種方法，它在故障診斷中有著廣泛的應(yīng)用。

四、機電一體化設(shè)備的故障診斷技術(shù)

1、確保機電一體化設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性。準(zhǔn)確有效的設(shè)備故障診斷可以直接減少維修時間，從根本上減少經(jīng)濟損失。因此，在實際機電一體化設(shè)備故障診斷中，有必要保證其準(zhǔn)確性，盡可能提高設(shè)備故障診斷的準(zhǔn)確性。然而，在實際設(shè)備故障診斷過程中，診斷的準(zhǔn)確性受到故障特征的制約，實際設(shè)備故障診斷工作十分復(fù)雜。約束主要包括電氣制造技術(shù)、安裝、運行和維護等方面的問題，解決這些問題的主要方法是間接的和連續(xù)的。這些都對相關(guān)檢測儀器的準(zhǔn)確性、功能和質(zhì)量有很大的要求，從而保證檢測儀器對故障判斷的準(zhǔn)確性的影響最小。

2、注重故障的漸變過程。我國傳統(tǒng)的設(shè)備故障檢測主要針對電機的運行狀態(tài)，這主要依賴于固有的經(jīng)驗和知識。然而，在實際設(shè)備運行中，無論多有經(jīng)驗，都很難滿足不同故障的要求。特別是設(shè)備各部件之間存在較大差異，導(dǎo)致故障判斷困難，導(dǎo)致其故障判斷結(jié)果失敗。最困難的情況是在初期，設(shè)備故障不明顯，因為設(shè)備在運行中沒有明顯的變化，給故障診斷帶來很大的困難。因此，在機電一體化設(shè)備的故障診斷中，要注意故障的累進性，對不同情況進行分析和統(tǒng)計，總結(jié)發(fā)現(xiàn)不明顯故障的方法。

3、完善機電一體化故障診斷理論體系。機電一體化設(shè)備故障診斷技術(shù)發(fā)展的不足，很大程度上是由于缺乏完整的理論體系作為支撐，能夠及時總結(jié)故障診斷經(jīng)驗并結(jié)合實際操作，逐步形成系統(tǒng)的故障診斷理論體系。結(jié)合診斷技術(shù)理論，可靠性是一個重要的參數(shù)，在指定條件下完成指定功能的能力也是實現(xiàn)理論轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵。操作機電集成故障診斷的診斷相關(guān)員工將受益于知識的實踐經(jīng)驗和靈活的使用，培訓(xùn)書籍和設(shè)備診斷將實踐與理論相結(jié)合，注重創(chuàng)新的故障診斷方法，提高他們的業(yè)務(wù)能力的同時，逐步改善技術(shù)理論，對故障診斷技術(shù)的發(fā)展作出貢獻。

4、充分注重故障診斷事前預(yù)測。機電設(shè)備的故障診斷應(yīng)事先進行預(yù)測，這是減少機電設(shè)備故障診斷的重要措施。相關(guān)機電設(shè)備故障診斷人員應(yīng)充分注意將自己的經(jīng)驗與理論知識相結(jié)合，靈活運用理論知識在實踐中，做好機電設(shè)備維修工作。機電一體化設(shè)備在運行前對各部件的可靠性進行檢測是機電一體化設(shè)備的一項重要任務(wù)。通過提前預(yù)測，避免設(shè)備在故障狀態(tài)下運行，有利于延長機電一體化設(shè)備的使用壽命，減輕故障診斷人員的壓力負(fù)擔(dān)。

5、實現(xiàn)診斷方法的實踐。我國一些機電設(shè)備的故障診斷方法還處于理論水平，沒有實際應(yīng)用。因此，理論操作非常不規(guī)范。

雖然表面上降低了整個診斷操作的難度，但實際上給后續(xù)診斷帶來了很大的困難，難以開展后續(xù)工作。因此，我國需要實踐現(xiàn)有的診斷方法，實現(xiàn)從理論到實踐的轉(zhuǎn)變。

五、機電一體化設(shè)備維護保養(yǎng)

機電設(shè)備的維修是為了提高設(shè)備的使用壽命，減少開支，提高企業(yè)的生產(chǎn)效率。根據(jù)維修工作量的大小可分為：即日常維修、維修、二次維修。日常維護主要是清潔和檢查；主要維修是通用清洗、潤滑、拆卸零件的清洗；二次保養(yǎng)是指對設(shè)備進行清洗和潤滑，并對設(shè)備進行局部檢查和調(diào)整。另外，主要檢測功能是泄漏、粉塵和高溫、高速、高壓的檢測。在生產(chǎn)過程中，做好日常檢查是非常重要的，主要是檢查準(zhǔn)確性和功能。精密檢測是將設(shè)計精度與實際加工精度進行比較，從而為維修提供依據(jù)。功能檢測主要是泄漏、粉塵和高溫、高速、高壓的檢測。機械零件的維修，數(shù)控機床機械結(jié)構(gòu)相對簡單，但機械零件的精度得到了提高，同時，對維修工作有了更高的標(biāo)準(zhǔn)要求。同時，由于數(shù)控機床有刀庫和換刀機械手、液壓和氣動系統(tǒng)等，使機械零件維修面更寬，工作負(fù)荷更大。熟悉主傳動鏈的性能、結(jié)構(gòu)及主軸數(shù)控機床的調(diào)整，嚴(yán)禁使用超性能。如有異?，F(xiàn)象，必須立即停機，排除故障。使用皮帶傳動主軸系統(tǒng)時，應(yīng)定期調(diào)整皮帶松緊度，防止皮帶打滑造成轉(zhuǎn)動損失。注意主軸箱的溫度，并檢測主軸潤滑油箱的恒定溫度，調(diào)整溫度范圍，防止雜質(zhì)進入油箱，及時加油。請務(wù)必每年更換潤滑油一次，并清洗過濾器。經(jīng)常檢查壓縮空氣的氣壓，并將其調(diào)整到標(biāo)準(zhǔn)值。只有在足夠的氣壓下，才能清潔主軸錐孔中的灰塵和雜物，并保持刀具手柄與主軸之間的清潔連接。刀具夾緊裝置在主軸長期使用時，會產(chǎn)生間隙，影響刀具夾緊，需要及時調(diào)整液壓缸活塞的位移。為了使液壓系統(tǒng)平衡主軸箱的重量結(jié)構(gòu)，必須定期觀察液壓系統(tǒng)的壓力。如果油壓比低，需要及時調(diào)整。

六、機電一體化設(shè)備故障診斷排除對策

1、注重先進診斷技術(shù)的引進與使用。工作人員可以采取先機后電的方法。因為機械結(jié)構(gòu)具有現(xiàn)實直觀性，我們可以通過肉眼看到顯著的故障現(xiàn)象，如打滑、斷裂、變形、碰撞和卡死等，所以檢查機械設(shè)備是重點。檢查機械內(nèi)部零件是否能正常運作，或者行程開關(guān)能否自如接通與斷開都是相當(dāng)關(guān)鍵的問題。

2、健全完善故障診斷技術(shù)理論。根據(jù)故障診斷技術(shù)理論，可靠性是機電設(shè)備故障診斷的重要參數(shù)，是在規(guī)定條件下完成規(guī)定功能的能力，同時可靠性是故障診斷技術(shù)理論實現(xiàn)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵點。許多工作人員在工作過程中要活學(xué)活用，將培訓(xùn)學(xué)到的、書本上學(xué)到的理論知識與機電一體化設(shè)備實踐操作經(jīng)驗結(jié)合起來，注意創(chuàng)新故障診斷方法，創(chuàng)新機電一體化設(shè)備維修模式，創(chuàng)新故障診斷思路，創(chuàng)新故障事前預(yù)測機制，提高自身的故障診斷技術(shù)水平，加強自身的故障診斷技術(shù)理論，使得自身的故障診斷技術(shù)理論逐步完善，不斷創(chuàng)造機電一體化設(shè)備故障診斷工作的新局面。

3、注重事前診斷工作的落實。搞好故障事前預(yù)測可以有效規(guī)避機電一體化設(shè)備故障診斷過程中出現(xiàn)的失誤。工作人員不用憑借良好的維修技術(shù)去檢修機器，工作人員只要在設(shè)備運行之前視察完機電設(shè)備各主要運行零件的正常與否的任務(wù)，這種做法就是故障診斷事前預(yù)測。這種方法不僅實現(xiàn)了故障診斷的目的，及時排除了機電一體化設(shè)備的故障，而且大大減輕了工作人員的工作負(fù)擔(dān)。所以做好故障診斷事前預(yù)測是預(yù)防機電一體化設(shè)備發(fā)生故障的有效方法。

機電一體化設(shè)備有效及時的故障診斷技術(shù)能夠使維修人員準(zhǔn)確判斷設(shè)備的故障，是保證設(shè)備正常運行和效益最大化的重要保證。隨著信息技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，故障診斷也從以往的經(jīng)驗技術(shù)向電子信息技術(shù)轉(zhuǎn)變，這是社會的進步，也是我國機械設(shè)備技術(shù)發(fā)展進步的基礎(chǔ)。通過不斷的實踐，促進設(shè)備的管理和維護，提高設(shè)備的利用率，從而提高企業(yè)的經(jīng)濟效益。

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（作者單位：國家能源集團準(zhǔn)能公司選煤廠）