淺談機電設(shè)備可靠性探討

趙海波

摘要：機電一體化系統(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，機電一體化產(chǎn)品不斷進入生產(chǎn)與生活領(lǐng)域，人們對機電產(chǎn)品的可靠性也提出了更高要求?？煽啃允窃O(shè)備或產(chǎn)品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。介紹機電設(shè)備故障診斷技術(shù)的發(fā)展概況，對機電一體化設(shè)備的故障特點進行分析，提出相應(yīng)的診斷方法和機電一體化設(shè)備的維修方法。對機電產(chǎn)品的可靠性進行探討，其目的在于提高機電產(chǎn)品的質(zhì)量。

關(guān)鍵詞：機電設(shè)備;故障;可靠性;探討

前 ?言

由于機電設(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行維修。引入跨學(xué)科的理論和技術(shù)，把先進的理論與實踐應(yīng)用相結(jié)合，進一步完善目前的技術(shù)，將是今后主要的發(fā)展方向。

一、機電一體化設(shè)備的故障特點

機電一體化設(shè)備是企事業(yè)機械加工中的關(guān)鍵設(shè)備，一旦設(shè)備出現(xiàn)故障，影響和損失往往很大，因此，為了發(fā)揮機電一體化設(shè)備的效益，需充分合理使用設(shè)備，對其進行動態(tài)監(jiān)測管理，做到故障預(yù)前處理。

1.機械設(shè)備故障特點

機械設(shè)備的運行過程是一個動態(tài)過程，在不同時段的測試數(shù)據(jù)是不可重現(xiàn)的，用檢測數(shù)據(jù)直接判斷運行過程中的故障也是不可靠的。

從系統(tǒng)特性來看，機械故障特點具有隨機性、連續(xù)性、離散性、緩變性、突發(fā)性、問歇性和模糊性等，其產(chǎn)生原因往往有一個故障多個原因和多個原因同時作用產(chǎn)生某故障結(jié)果。

2.電子設(shè)備故障特點

電子設(shè)備的故障特點具有隱蔽性、突發(fā)性、敏感性（如對溫度、濕度等外界條件），機電一體化系統(tǒng)除具有原有機械和電子設(shè)備的特點外，又增加了故障轉(zhuǎn)移性、表征復(fù)雜性、集成性、融合性和交叉性等特點。

二、機電一體化設(shè)備的故障診斷方法

由于機電一體化設(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、電有機結(jié)合，轉(zhuǎn)變思維方式。首先，要對機電一體化設(shè)備作一個深入的分析了解，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。

機電一體化設(shè)備的故障分析診斷法有故障樹分析法、自診斷法（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.先機后電，由于機械結(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，所以先從機械部分人手，檢查機械部分故障。一般地說，由于機械的工作特點，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)行元件到控制元件到驅(qū)動元件逐個檢查，找到故障源頭;

3.先干后葉，先分析主要部件，后分析次要部件，重點分析結(jié)合部零件和接口部件。

三、常見故障分類

1.常見的設(shè)備故障判斷方法

1.1 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。高級機電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)都有自診斷程序，，一旦發(fā)現(xiàn)故障則會立即報警或者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。

1.2 按故障出現(xiàn)對工件或?qū)C床有無破壞可分為破壞性故障和非破壞性故障。

1.3 按系統(tǒng)的或然性，分為系統(tǒng)性故障和隨機性故障。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;而隨機性故障是指在相同條件下偶爾發(fā)生的故障。

2.常見的設(shè)備故障可分為電氣故障和機械故障：

2.1 常見電氣故障。故障發(fā)生的部位可分為硬件和軟件故障，硬件故障是指電子電器件、印刷電路板、電線電纜、接插件等不正常狀態(tài)甚至損壞而引起的的故障，硬件是需要修理甚至更換的。而軟件故障則需要輸入或修改某些數(shù)據(jù)甚至修改加工程序方可排除故障。

2.2 常見機械部分故障。以機床的運動品質(zhì)來衡量，機床運動動態(tài)特性下降，在這種情況下，機床雖能正常運轉(zhuǎn)卻加工不出合格的零件。產(chǎn)生這種故障的原因往往是機床定位精度超差、機械傳動反向間隙大、造成失動量變大、運動不平穩(wěn)、機床主軸軸向徑向跳動精度超差、機床導(dǎo)軌位置精度超差、絲杠螺母副精度下降及溫升。這類故障必須用檢測儀器確定產(chǎn)生誤差的環(huán)節(jié)，然后通過對機械傳動系統(tǒng)，數(shù)控系統(tǒng)和伺服系統(tǒng)的最佳化來調(diào)整排除。

四、機電一體化設(shè)備可靠性分析及提高可靠性對策

所謂可靠性就是產(chǎn)品在規(guī)定的條件下和規(guī)定的時間內(nèi)，完成規(guī)定功能的能力。機電設(shè)備的可靠性與機電設(shè)備的使用環(huán)境、工作條件、運行情況和維護保養(yǎng)有關(guān)還與各個組成單元自身的可靠性有關(guān)。機電一體化設(shè)備的技術(shù)含量非常高，機械零部件配合精度高，制造工藝復(fù)雜，控制系統(tǒng)電路復(fù)雜，必須在良好的工作環(huán)境中運行，有些設(shè)備要求恒溫、恒濕及防震等，這些機電一體化設(shè)備只有在良好的工作環(huán)境中才能保持良好的可靠性。機電一體化設(shè)備的可靠性可用可靠度來表示R=R1R2R3。R為整個機電設(shè)備的可靠度。R1為機械部分的可靠度，R2為電器部分的可靠度，R3為接口部分的可靠度。為了提高整個機電一體化設(shè)備的可靠性，必須合理使用設(shè)備，杜絕超負荷加工，對其工作環(huán)境進行監(jiān)控。另外對設(shè)備的組成部分進行分析，提高各組成部分的可靠性，找出薄弱環(huán)節(jié)，加強維護保養(yǎng)，合理配置備件。

1.影響機電一體化設(shè)備可靠性的因素

1.1 元器件失效。元器件是機電產(chǎn)品可靠性的基礎(chǔ)之一，很多機電產(chǎn)品的失效是由于元器件的性能和質(zhì)量問題造成的。按照概率運算法則，整機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)。

1.2 元器件的聯(lián)接與組裝。機電一體化設(shè)備控制系統(tǒng)復(fù)雜，電氣元器件之間縱橫交錯，要保證整機的可靠性，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械振動的影響都會影響系統(tǒng)的可靠性。

1.3電磁干擾。機電一體化設(shè)備是利用電能進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。作為機電一體化的產(chǎn)物，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：

交流供電系統(tǒng)受鄰近大功率用電設(shè)備啟動、制動影響，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;直流電源負載能力不足，缺乏足夠穩(wěn)定的功率儲備，造成直流電源電壓隨負載變化而波動;電源與地線的線徑太細或布局不合理，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;控制信號引線過長又沒有采取必要的屏蔽隔離措施，或于強電信號秉性走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。

2.提高機電一體化設(shè)備可靠性的措施

提高機電一體化設(shè)備的可靠性通常可以采用三種辦法：一種是采用可靠性高的元器件進行設(shè)計，當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時用診斷的方法定位故障所在并迅速排除。這時，一般要中斷系統(tǒng)的正常工作;另一種是采用容錯技術(shù)，必要時對重要部位可以采用亢余設(shè)計組成一個可靠性較高的系統(tǒng)。還有一種方法，就是用提高機械工作精度（如運行精度、加工精度、控制精度等）來獲得。

五、結(jié)束語

總之，隨著科學(xué)技術(shù)的迅猛發(fā)展，機電產(chǎn)品越來越廣泛地應(yīng)用于社會各個領(lǐng)域，其使用條件也越來越嚴(yán)酷，因此，對機電產(chǎn)品的可靠性要求越來越高，對實際中的應(yīng)用及效果越來越重視。好的理論方法并不能保證應(yīng)用的成功，只有對理論和實際及其相互聯(lián)系有深刻的理解，并能將理論準(zhǔn)確地、充分地運用到實際中，有效地提高故障診斷的效率與精度，提高了設(shè)備的可靠性，才能說是真正的成功。