機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷方法分析

鐘國樑

（梧州市東能電力安裝有限公司，廣西 梧州 543002）

機(jī)電一體化是指在機(jī)構(gòu)的主功能、動力功能、信息處理功能和控制功能上引進(jìn)電子技術(shù)，將機(jī)械裝置與電子化設(shè)計及軟件結(jié)合起來所構(gòu)成的系統(tǒng)總稱。機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展至今已成為一門有著自身體系的新型交叉學(xué)科，它涉及到機(jī)械制造技術(shù)、電子技術(shù)、信息處理技術(shù)、測試與傳感器技術(shù)、控制技術(shù)、接口技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、伺服驅(qū)動技術(shù)等多種技術(shù)。隨著國民經(jīng)濟(jì)發(fā)展，機(jī)電一體化設(shè)備產(chǎn)品不斷進(jìn)入生產(chǎn)與生活領(lǐng)域，人們對產(chǎn)品的輸出柔性、工作性能及可靠性方面提出了更高的要求，但由于機(jī)電一體化設(shè)備不同于一般的機(jī)械設(shè)備和電子設(shè)備，具有獨特的故障特點和可靠性特點，所以我們不能用傳統(tǒng)的故障排除診斷方法進(jìn)行維修。

1 機(jī)械與電子之間的相互關(guān)系

機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)是從系統(tǒng)的觀點出發(fā)，綜合運用機(jī)械技術(shù)（包含氣動、液壓和光學(xué)技術(shù)）、微電子技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、接口技術(shù)、信息變換技術(shù)以及軟件編程技術(shù)和群體技術(shù)，根據(jù)系統(tǒng)功能目標(biāo)和優(yōu)化組合目標(biāo)，合理配置、布局各功能單元。在多功能、高質(zhì)量、高可靠性、低能耗的意義上實現(xiàn)特定功能價值，并使整個系統(tǒng)成為最優(yōu)化的系統(tǒng)工程技術(shù)。機(jī)電一體化系統(tǒng)技術(shù)是基于這些技術(shù)的有機(jī)綜合應(yīng)用技術(shù)，而不是機(jī)械技術(shù)、電子技術(shù)及其他技術(shù)的簡單組合拼湊，這是機(jī)電一體化與機(jī)械電氣所形成的機(jī)械電氣化在概念上的區(qū)別。機(jī)電一體化設(shè)備主要由機(jī)械本體、動力單元控制系統(tǒng)和執(zhí)行單元組成，構(gòu)成系統(tǒng)的要素一般包括機(jī)、電、液、氣、光和磁等，而機(jī)械與電子是機(jī)器的重要組成部分。大多數(shù)設(shè)備主要由這兩部分組成。機(jī)械是動作的執(zhí)行者，電子計算機(jī)是動作的控制者，只有兩者協(xié)調(diào)運行，設(shè)備才能正常運轉(zhuǎn)。兩者的關(guān)系就像四肢和大腦的關(guān)系，機(jī)電一體化技術(shù)是充分利用電子計算機(jī)信息處理和控制功能、可驅(qū)動元件特性的現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)。

2 機(jī)電一體化設(shè)備的故障特點

機(jī)電一體化設(shè)備（數(shù)控類機(jī)床、振動試驗設(shè)備、測量設(shè)備和微電子技術(shù)制造設(shè)備等）是企事業(yè)機(jī)械加工中的關(guān)鍵設(shè)備，這類設(shè)備的價格昂貴，機(jī)床的壽命對企事業(yè)來說是非常重要的。一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，影響和損失往往很大，但是使用單位和使用者往往更多看其效能，而不重視對它的合理使用，甚至超負(fù)荷加工等，出現(xiàn)故障而導(dǎo)致停工是很普遍的現(xiàn)象，因此，為了發(fā)揮機(jī)電一體化設(shè)備的效益，充分合理使用設(shè)備，對其進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測管理，做到故障預(yù)前處理，我們一定要重視日常保養(yǎng)和維修工作。

3 機(jī)電一體化設(shè)備的故障診斷方法

由于機(jī)電一體化設(shè)備所具有的獨特特點，所以我們對設(shè)備故障的分析應(yīng)該機(jī)、電有機(jī)結(jié)合，轉(zhuǎn)變思維方式。首先，要對機(jī)電一體化設(shè)備作深入的分析了解，熟悉各功能模塊框圖，根據(jù)各組成部分的功能、組合形式和工作環(huán)境，分析故障可能的形式和影響程度，必要時可作故障樹分析，根據(jù)故障發(fā)生的現(xiàn)象，層層分解，找出故障形式的邏輯關(guān)系與可靠性有關(guān)的因素，弄清產(chǎn)生故障的實質(zhì)和根源。機(jī)電一體化設(shè)備的故障分析診斷法有故障樹分析法、白診斷法（故障代碼、故障指示燈、報警等）、溫度檢測診斷法、壓力檢測診斷法、振動檢測診斷法、噪聲檢測診斷法、金相檢測診斷法和時域模型分析法等。

在具體診斷時，可注意以下幾點：①先機(jī)后電，由于機(jī)械結(jié)構(gòu)的直觀性，可以用肉眼看到明顯故障現(xiàn)象，如斷裂、變形、打滑、卡死等，所以先從機(jī)械部分入手，檢查機(jī)械部分故障。一般地說，由于機(jī)械的工作特點，它是執(zhí)行元件及驅(qū)動元件，更容易產(chǎn)生磨損引起變形而發(fā)生失效；②先外后內(nèi)，由執(zhí)行元件到控制元件再到驅(qū)動元件逐個檢查，找到故障源頭；③先主干后枝葉，先分析主要部件，后分析次要部件，尤其重點分析結(jié)合部零件和接口部件。

4 常見故障分類

常見的設(shè)備故障判斷方法：

（1）按故障有無指示和報警，可分為有診斷指示故障和無指示故障。高級機(jī)電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)都有自診斷程序，實時監(jiān)控整個系統(tǒng)的軟、硬件性能，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會立即報警或者還有指示說明在屏幕上顯示，結(jié)合系統(tǒng)配備的診斷手冊不僅可以找出故障發(fā)生的原因部位，而且提示排除方法。無診斷指示通常由于上述診斷不完整所致。這類故障產(chǎn)生的前因后果只有依靠維修人員的熟悉程度和技術(shù)水平加以分析和排除。

（2）按故障出現(xiàn)對工件或?qū)C(jī)床有無破壞，可分為破壞性故障和非破壞性故障。對于破壞性故障，損壞工件或損壞機(jī)床的故障在維修時不允許重演。對于非破壞性故障，找出原因并解決。

（3）按系統(tǒng)的偶然性，分為系統(tǒng)性故障和偶然性故障。系統(tǒng)性故障是指滿足一定的條件則一定出現(xiàn)的確定的故障：而偶然性故障是指在相同條件下偶爾發(fā)生的故障。后者的分析較為困難，通常多與機(jī)床機(jī)械結(jié)構(gòu)的局部松動有關(guān)，與部分電氣元件工作特性漂移有關(guān)。該類故障分析需反復(fù)試驗綜合判斷才能排除。常見的設(shè)備故障可分為電氣故障和機(jī)械故障。

5 機(jī)電一體化設(shè)備可靠性分析及提高

可靠性設(shè)計是近年來得到發(fā)展的和廣泛應(yīng)用的一種現(xiàn)代設(shè)計方法，它把概率論和數(shù)理統(tǒng)計應(yīng)用于工程設(shè)計。不僅解決了傳統(tǒng)設(shè)計不能處理的一些問題，而且能有效的提高產(chǎn)品設(shè)計水平和質(zhì)量并降低了成本。

影響機(jī)電一體化設(shè)備可靠性的因素：一臺設(shè)備，從數(shù)控柜到伺服電機(jī)，電子和電力元器件五花八門，要對影響整機(jī)可靠性的因素作全面評價是十分困難的，只能從一些具體問題入手來提高整機(jī)的可靠性，影響可靠性的因素有：

5.1 元器件失效

元器件是構(gòu)成整個數(shù)控設(shè)備的基本單元，單個元器件的可靠性是整機(jī)可靠性的基礎(chǔ)。按照概率運算法則，整機(jī)的失效率等于各組成部分的失效率之和。因此，應(yīng)該嚴(yán)格挑選失效率低的產(chǎn)品用于實際系統(tǒng)。

5.2 元器件的聯(lián)接與組裝

機(jī)電一體化設(shè)各控制系統(tǒng)復(fù)雜，電氣元器件之間縱橫交錯，要保證整機(jī)的可靠性，就必須解決好聯(lián)接與組裝的可靠性，而插接件的接觸不良會造成信號傳送失靈，是產(chǎn)生系統(tǒng)故障的原因之一。此外，由于溫度濕度變化較大，油污粉塵對元器件的污染以及機(jī)械振動的影響都會影響系統(tǒng)的可靠性。

5.3 電磁干擾

機(jī)電一體化設(shè)備是利用電能進(jìn)行加工的電氣控制設(shè)備，在運行中必然伴隨著電磁能量的轉(zhuǎn)換，往往一方面對周圍環(huán)境發(fā)生影響，同時，另一方面本身也會受到所處環(huán)境電磁干擾的影響。作為機(jī)電一體化的產(chǎn)物，數(shù)控機(jī)床和加工中心是機(jī)械、電子、電力、強(qiáng)電、弱電、硬件、軟件等緊密結(jié)合的自動化系統(tǒng)，電磁環(huán)境和電磁干擾問題是一個極為復(fù)雜的問題，一般，電磁干擾源引入數(shù)控系統(tǒng)的主要途徑有：①交流供電系統(tǒng)受鄰近大功率用電設(shè)備啟動（如使用電焊機(jī)）、制動影響（有大功率用于制動的電機(jī)），造成電源電壓波動，以及電器開關(guān)接通斷電時由電火花產(chǎn)生的高頻電磁干擾；②直流電源負(fù)載能力不足，缺乏足夠穩(wěn)定的功率儲備，造成直流電源電壓隨負(fù)載變化而波動；③電源與地線的線徑太細(xì)或布局不合理，電子元器件相互之間通過公共的導(dǎo)線阻抗，發(fā)生信號畸變或交叉干擾；④控制信號引線過長又沒有采取必要的屏蔽隔離措施，或與強(qiáng)電電線一起走線，而沒有分開走線，信號線易受電磁噪聲的干擾產(chǎn)生錯誤信號，尤其對于高頻脈沖信號，若處理不當(dāng)極易發(fā)生信號畸變。

6 結(jié)束語

綜上所述，機(jī)電設(shè)備的維修方式各有自己的優(yōu)缺點和適用性，盲目地生搬硬套某種維修方式是不合理的。在實際生產(chǎn)中，要根據(jù)設(shè)備的不同特點和對生產(chǎn)的影響程度，選用適合自己企業(yè)情況的維修方式。企業(yè)要積極地做好設(shè)備預(yù)防性檢修工作，同時，要盡可能地推廣狀態(tài)維修方式，提高故障診斷的效率和經(jīng)濟(jì)上的合理性，使設(shè)備停機(jī)損失小、壽命周期費用低、效能得到充分的發(fā)揮。