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1、对机械加工的故障诊断进行探讨摘要:本文通过对机电产品采用的故障诊断的趋势，研究了机电设备故障诊断的常用方法，并对信号分析提取的设备出现故障的特征量。且对振动加工设备中的故障做了实例应用。关键词:机械加工设备故障诊断信号分析1、常用设备的故障诊断设备故障诊断一般监、测监控系统的区别主要在于系统的软件方面，它不仅能简册设备运行的参数而且能根据监测进行评价，分析设备的故障类型与原因。任何机械加工设备,及时发现故障源和消除故障是极为重要的。目前,为了提高设备的自诊断能力,设备在设计阶段,就把整个设备分为许多完成特定功能的结构模块,在每个
2、模块中设有诊断装置,当某一模块产生故障时,就会在显示屏上显示出来,以便操作人员检查排除。将智能技术用于对生产过程或设备运行状态自动检测,成为机械加工设备故障诊断技术发展的方向[1,2]。对机械加工设备故障状态检测一般有三种情况:(1)对设备的定期检测;(2)对设备的连续检测;(3)对出现异常临时检测。检测按其检测对象和状态量分为两个部分,其一是设备运行状态检测;其二是生产过程检测[4]。目前对机械加工设备状态检测和故障诊断的常用方法有以下几种:1.1振动信号检测方法任何机械加工设备都是由各个弹性体组成,当其受到外力作用时,就会产
3、生振动,根据对设备不同部位振动信号的测量与分析,可以知道设备运行过程中,设备的劣化程度和故障源。振动传感器放置于设备中最敏感的部位,以便在相同振动源条件下,获得最大输出。用于测量振动的传感器有三种:(1)加速度传感器目前应用最广泛的是压电式加速度计,它的频率范围较宽,可用于高频振动的测量;(2)速度传感器目前常用的是惯性式磁电速度传感器,适合于中频振动信号的测量;(3)位移传感器目前应用较多的是涡流位移传感器,适用于低频振动信号的测量。在被测振动信号频率较低时,三种传感器可以通用,且它们之间的关系为微分或积分关系。目前在实践中较
4、为有效的振动信号处理方法有三种:(1)根据振动信号的幅值做为故障诊断的判据,这种方法的理论依据是当设备出现故障时,加工过程不稳定,必然引起切削时的振动,如颤振、冲击振动等,造成机械加工设备中强迫振动能量增加,振动信号幅值增加。通常需要测量设备正常工作时的振动幅值,做为参考值,当设备运行一段时间,再测量相应部位的振动幅值,与标准参考值进行比较,超出时即可判断有故障产生;(2)根据振动信号频域内特征量做为故障诊断的判据,任何信号都是由一系列频率不同的正弦波信号叠加而成,不同频率的信号其能量不同,对合成信号的贡献也不同,从信号的功率谱
5、图上,可以反映出某一频率的信号能量大,其功率值就大,功率谱图上的谱峰值就大。机械加工设备中每一个零部件都具有确定的固有振动频率,运动部件在运动时会产生与运动频率相对应的振动信号,当设备产生故障时,由于振动能量的增加,各个谱峰值会产生相应的变化,或者是增加新的谱峰,只要与设备正常工作时其振动信号功率谱图相比较,就可以确定故障的部位和严重程度。振动信号频域分析方法比振动信号幅值分析方法更准确,它不仅能发现故障,而且能确定故障源位置;(3)以振动脉冲波形的数量做为故障诊断的判据,这种方法主要用于有周期运动部件的故障诊断,当这类部件产生
6、缺陷后,在每个运动周期内,都会有一个冲击力,振动传感器检测到一个峰值,而其他振动对其影响不明显,相当于一个脉冲波形,故障诊断时是依据与正常工作时振动信号峰值之差做为判据。1.2温度信号检测方法机械加工设备中由于机械故障和电气故障,很多场合都会通过温度这个状态量反映出来,因此,温度检测是机械加工设备故障状态检测的通用检测技术。在机械加工设备中常采用接触式测温传感器:其一是液体膨胀式温度计,其二是固体膨胀式温度计,测温范围一般为-45～600℃之间,其三是采用热电偶温度计,此种方法是利用热电偶回路两个接点部位的温度差所产生的热电动势
7、来测量温度,测温范围宽,测量精度高,便于自动控制,是目前常用的测温方法。用测量温度判别机械加工设备故障的方法是:(1)某一部位绝对温度与设备正常状态时绝对温度相比较,若差值超过允许值,即可认为有故障;(2)检测发热量多少,与正常值比较做为故障判据。1.3声发射检测方法一般金属物体产生塑性变形、裂纹或同时产生塑性变形和裂纹时,会发出高频超声波,人们把这种超声波的释放称为声发射。声发射是一种动态检测方法,被测物体一定处于应力场中,所以机器在运行状态下可以用声发射技术检测其故障。设备运行时,用此信号进行故障诊断,必须对其信号进行特性分
8、析,通常采用两种分析方法,一种是在时域内,找出信号特征量与故障的对应关系;另一种是在频域内,通过声发射波谱分析和不同频率的谱峰能量分析找出与故障的对应关系,确定故障源和故障位置。用于机械加工设备故障诊断的还有其他一些类似方法,如切削力检测法、功率测定法等。2、典
