淺談機電設備的系統診斷方法及應用

【摘 要】在我國的各種工程當中尤其是大型工程當中，工程機械發揮著非常重要的作用。在水利工程、電力工程、建筑工程、礦山工程、國防工程以及港口工程當中，都離不開工程機械。在今天，各種先進的科學技術雖然在一定程度上提供了工程機械的先進水平和自動水平，但是也增強工程機械結構的復雜性，使工程機械的機電設備出現問題的幾率大大增加。機電設備故障不僅會降低工程機械的原有性能，甚至會失去安全保障，給工程機械的安全可靠運行埋下潛在的威脅。在本文中，筆者結合自己的工作經驗，分析和探討了工程機械機電設備故障及其診斷方法，希望能夠為有關人士提供有益的借鑒。

【關鍵詞】工程機械；機電設備；故障；診斷方法

1 工程機械機電設備故障及其影響因素概述

工程機械機電設備故障主要就是指機電設備的功能失常，具體而言，就是工程機械的機電系統處于不正常的工作狀態下導致機電設備工作情況劣化。因此，故障問題常常是機電設備工作狀態劣化甚至是機電設備損壞的一種典型表現形式，工程人員需要給予足夠的重視和關注。

工程機械的機電設備是一套具有較高復雜性的機電系統，它通常由數量較多的單元或者子系統構成，并且這些單元或者子系統的構成方式也多層級的，同時也不能夠完全確定不同層級之間的聯系。即便是相同類型的機電設備，在輸入相同的情況下，也很難有幾乎完全一樣的輸出。總而言之，導致機電設備出現故障的因素有非常之多，主要表現為以下幾點：

第一，機電設備的設計方面存在問題或者弊端。例如，機電設備的結構設計方面不科學不合理，設備的動態特征不滿足標準等等。第二，機電設備的加工制造環節存在問題。例如，設備的某些元件加工誤差過大，設備的配合性質存在問題和不足等等。第三，機電設備的安裝環節出現問題。例如，與相關的設備進行連接時，誤差過大，存在嚴重的基礎變形等問題。第四，機電設備的運行條件超出規定限制。例如，設備的工藝過程參數的不匹配程度過大、設備的潤滑狀態不佳等等。第五，機電設備的維修和保養方面存在不當措施。例如，在維修或者保養的過程中改變了原有的配合性質或者破壞了設備原有的動態特性。第六，機電設備在實際操作過程中存在不當行為。例如，讓機電設備長期處于超負荷運行的狀態下，或者擅自改變工況，或者沒有遵照操作規范啟停機。

通過以上分析，我們可以看出，導致工程機械機電設備出現故障的原因可能發生在各個階段；同時，眾多的工程實踐顯示，導致機電設備出現故障的因素往往不是單一的。因此，在對工程機械的機電設備進行診斷的過程中，必須要綜合考量各種因素。在診斷的過程中，要學會從機電設備故障的表象當中發現有用的信息，并對這些信息進行分析與處理，進而從中獲得最可以鑒別設備狀態的特征，最終給出最接近真實情況的診斷結論。

2 工程機械機電設備故障診斷的基本流程分析

設備故障診斷技術是一種了解和掌握設備在使用過程中的狀態，確定其整體或局部是否正常或異常，早期發現故障及其原因并能預報故障發展趨勢的技術[1]。總體而言，工程機械機電設備故障診斷的基本流程如下：

第一，科學合理地選擇數據/信息采集方法。合理選擇數據/信息采集方式、手段，合理選擇數據(信息)的來源、測量部位等，包括將原始的數據轉換成適合計算機或分析儀進行處理的形式。其中最關鍵的問題是正確地選用傳感器，因為傳感器性能和質量的好壞直接關系到獲得的數據(信息)是否有效準確，是否會出現失真或被遺漏[2]。第二，分析并處理所采集的數據/信息。這是一個信息加工的過程，其目的是要把原始的數據/信息經過一定的處理和分析，從中獲取最敏感、最直觀和最具有代表性的特征參數，因此這一過程也被稱為特征提取。特征提取通常都是通過專門的分析儀或計算機來完成的[3]。第三，鑒別和預報設備的工作狀態。根據在上面所得到的特征參數，利用有關的知識和經驗對設備所處的狀態進行識別、判斷，并進一步對其發展趨勢作出預測和預報，給出診斷結論或解釋[4]。第四，靈活運用機電設備故障機理知識。這是指關于診斷設備的各種專業知識。包括設備本身的結構原理，運動學和動力學，設計、制造、安裝、運轉以及維修等方面的知識[5]。總而言之，要對被診斷對象有一個全面的了解，否則將無法作出正確的診斷結論。對機電設備進行全面及系統的診斷應達當到以下目的[6]：被設備狀態是否正常，進行早期診斷和預報；確認故障部位、故障程度、故障原因和故障性質；提出治理和控制故障措施，防止或消除故障；提出設備維修方法和措施；對設備的原設計、制造、裝配及運行條件等提出改進措施。

3 以振動信號為基礎的機電設備診斷分析和應用

如果機電設備的滾動軸承出現了某些損傷，則它的振動信號會有別于正常狀態下的滾動軸承振動信號。具體表現就是，相對于正常狀態下的振動信號，損傷的滾動軸承振動信號當中會出現某些高頻內容，并且原來的某些頻率位置的幅值也會出現相應的差異。同時，某些頻率的幅值甚至會具有驚人的變化范圍。有鑒于此，我們可以利用滾動軸承的信號來衡量機電設備的工作狀態是否正常。具體而言，其方法主要是：

第一，比較正常狀態下的滾動軸承振動信號與實際捕獲的振動信號，如果實際捕獲的振動信號和正常狀態下的振動信號存在著較大的區別，則表明該機電設備確實存在問題。

第二，對實際捕獲的振動信號進行快速傅里葉轉換，能夠獲得該振動信號的幅頻特性曲線。與正常狀態下的振動信號進行對比，如果出現諧波分量幅值或者主頻變化顯著的情況，則便能夠認定鐵心或者繞組存在問題。

本文中，以某工程機械的機電設備的滾動軸承為例，對處于工作狀態下的機械振動實施了仿真監測試驗，同時也考慮了不同工作狀態下的5%的隨機測試噪聲。隨后獲得了依照上述步驟獲得了該機電設備滾動軸承振動的時域波形圖以及頻譜圖。經過分析之后認定在工程機械存在故障，同時進行具體的檢測，檢測結果證實了該機電設備確實存在故障損傷。

參考文獻：

[1]羅亞. 機電設備故障診斷技術發展探析[J]. 湖北三峽職業技術學院學報，2007，(02)：125-126.

[2]佟俐，潘宏俠，胡田. 基于Lab VIEW的機電設備狀態監測與故障診斷系統[J]. 儀表技術與傳感器，2008，(07)：102-104.

[3]張建民，徐小力，許寶杰，王紅軍. 面向機電系統狀態監測與故障診斷的現代技術[J]. 北京理工大學學報，2004，(09)：223-224.

[4]陳家焱，莊文瑋，陳章位. 液壓AGC電液伺服系統在線狀態監測與故障診斷系統的研究[J]. 液壓與氣動，2008，(08)：203-205.

[5]張克仁，汪萍，朱廣. 基于藍牙通訊技術的遠程監測和故障診斷系統[J]. 安徽建筑工業學院學報(自然科學版)，2010，(05)：125-127.

[6]郭建華. 機電設備故障診斷技術的發展概況及遠程診斷方法研究[J]. 重慶工學院學報，2002，(04)：228-230.