導(dǎo)語(yǔ)：故障診斷技術(shù)下的農(nóng)業(yè)機(jī)械論文一文來(lái)源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

1機(jī)械故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀

機(jī)械故障診斷技術(shù)，顧名思義，就是采用某種技術(shù)手段來(lái)預(yù)測(cè)即將發(fā)生的機(jī)械故障，判斷故障發(fā)生位置，為預(yù)防故障發(fā)生及排除故障提供技術(shù)支持，降低故障帶來(lái)的損失。早期，人們主要通過(guò)聽(tīng)聲音、觸摸等方式判斷故障是否產(chǎn)生以及故障產(chǎn)生位置，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是現(xiàn)代信號(hào)處理技術(shù)被不斷的應(yīng)用到故障診斷技術(shù)中來(lái)，機(jī)械故障診斷技術(shù)已逐漸成為一門系統(tǒng)學(xué)科。

1)通用機(jī)械故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀。最早開(kāi)展機(jī)械故障診斷技術(shù)研究的是美國(guó)。20世紀(jì)60年代以后，隨著航天及航空技術(shù)的發(fā)展，對(duì)故障的預(yù)判及診斷提出了更高的要求，傳統(tǒng)故障診斷方法已不能滿足技術(shù)發(fā)展的需要，促使美國(guó)積極開(kāi)展故障診斷技術(shù)的研究和開(kāi)發(fā)工作。隨后，歐洲、日本等發(fā)達(dá)國(guó)家相繼開(kāi)展機(jī)械故障診斷技術(shù)研究[1]。20世紀(jì)80年代，在相關(guān)部門的支持下，國(guó)內(nèi)大學(xué)和科研機(jī)構(gòu)也開(kāi)始機(jī)械故障診斷方面的研究。在部件摩擦碰撞、松動(dòng)等故障方面，清華大學(xué)裙福嘉課題組對(duì)其非線性動(dòng)力學(xué)行為進(jìn)行理論和實(shí)驗(yàn)研究，已取得重要進(jìn)展[2]。小波變換為故障診斷時(shí)頻域重要方法之一，西安交通大學(xué)何正嘉課題組[3,4]即采用小波技術(shù)進(jìn)行故障診斷技術(shù)研究。在機(jī)械監(jiān)測(cè)診斷領(lǐng)域，西安交通大學(xué)屈梁生課題組[5]創(chuàng)立了全息譜技術(shù)，采集機(jī)器振動(dòng)過(guò)程中的幅、頻、相信息，顯著提高機(jī)器運(yùn)行中故障的識(shí)別率，此外還有東南大學(xué)的鐘秉林等學(xué)者均長(zhǎng)期從事于機(jī)械故障診斷研究，出版了大量學(xué)術(shù)著作和論文，為推動(dòng)通用機(jī)械故障診斷技術(shù)做出了重要貢獻(xiàn)。

2)農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷技術(shù)研究現(xiàn)狀。農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷方面，陳芳等在對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械故障發(fā)生的原因及征象進(jìn)行分析的同時(shí)，應(yīng)用希爾伯特一黃變換方法對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械的故障點(diǎn)進(jìn)行了觀測(cè)和診斷，通過(guò)經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EMD)分離噪聲，然后從希爾伯特譜中分析出故障振動(dòng)信號(hào)的時(shí)頻分布情況，從而確定故障發(fā)生的時(shí)間以及故障前后信號(hào)頻率和幅值隨時(shí)間變化的各種信息，以達(dá)到提取較為完整的故障特征的目的，實(shí)現(xiàn)對(duì)這類系統(tǒng)的某些特殊故障的診斷。劉明濤，孫斐采用小波變換技術(shù)分析農(nóng)業(yè)機(jī)械運(yùn)行過(guò)程中產(chǎn)生的振動(dòng)信號(hào)，有效地檢測(cè)出齒輪箱系統(tǒng)信號(hào)的變化，實(shí)現(xiàn)對(duì)齒輪箱系統(tǒng)的故障診斷。李杰，趙艷針對(duì)目前農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷采用人工方法排除步驟冗長(zhǎng)、速度慢、效率低、準(zhǔn)確率低等問(wèn)題，提出并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)基于正向推理的農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷、安全評(píng)價(jià)專家系統(tǒng)。該系統(tǒng)具有農(nóng)業(yè)機(jī)械知識(shí)查詢、農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷和農(nóng)業(yè)機(jī)械安全評(píng)價(jià)等功能，有較好的穩(wěn)定性與魯棒性。李曉敏，李杰等在農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷中引入計(jì)算機(jī)動(dòng)態(tài)模擬技術(shù)。

3)狀態(tài)監(jiān)測(cè)技術(shù)研究現(xiàn)狀。在設(shè)備關(guān)鍵部件狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，應(yīng)用最為成熟的是故障自診斷系統(tǒng)又稱OBD(OnBoardDiagnosties)系統(tǒng)，該系統(tǒng)通過(guò)傳感器監(jiān)測(cè)控制系統(tǒng)各部件的工作狀態(tài)，并根據(jù)傳感器數(shù)值監(jiān)測(cè)部件運(yùn)行狀態(tài)以及安裝位置來(lái)確定故障產(chǎn)生位置，并自動(dòng)形成故障代碼，存儲(chǔ)故障信息，為故障的排除提供線索。OBD系統(tǒng)最早用于汽車尾氣排放監(jiān)測(cè)，后來(lái)逐漸擴(kuò)展到發(fā)動(dòng)機(jī)故障檢測(cè)，最后發(fā)展到剎車系統(tǒng)、氣囊、車門等整車部件狀態(tài)檢測(cè)，甚至關(guān)鍵部件的螺釘松動(dòng)都可以檢測(cè)出來(lái)，以便及時(shí)發(fā)現(xiàn)隱患，保證汽車的安全運(yùn)行?，F(xiàn)在OBD系統(tǒng)又逐漸擴(kuò)展到空調(diào)、冰箱、彩電等家用電器故障診斷中，這些設(shè)備中均安裝微處理器控制單元(ECU)，當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，一方面采用聲光報(bào)警，另一方面產(chǎn)生故障代碼，故障代碼中包含故障類型、故障位置等信息，為排除故障提供方便。OBD系統(tǒng)比較復(fù)雜，其功能由軟件和硬件共同實(shí)現(xiàn)?，F(xiàn)有汽車OBD有超過(guò)150個(gè)可能的故障代碼。汽車OBD系統(tǒng)經(jīng)歷OBDI、OBDII，現(xiàn)已發(fā)展到OB-DIII?，F(xiàn)在汽車上的OBD系統(tǒng)已全部集成在汽車電子控制單元(ECU)中。國(guó)際上生產(chǎn)ECU系統(tǒng)品牌主要有，博世、摩托羅拉、德?tīng)柛?、馬瑞利、西門子。國(guó)內(nèi)康佳、比亞迪等國(guó)產(chǎn)車開(kāi)發(fā)商開(kāi)始研發(fā)自主ECU系統(tǒng)品牌。據(jù)報(bào)道，濰柴自主研發(fā)的高壓共軌電控ECU(含OBD系統(tǒng))已開(kāi)始小批量投放市場(chǎng)。

2機(jī)械故障診斷技術(shù)研究方法

機(jī)械故障診斷方法非常多，經(jīng)過(guò)近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，已形成機(jī)器振動(dòng)和噪聲信號(hào)測(cè)定、潤(rùn)滑油磨損碎片測(cè)定、溫升測(cè)定等方法。在故障信號(hào)處理方面采用時(shí)域分析法、頻域分析方法及時(shí)頻分析法等。故障識(shí)別方面采用專家系統(tǒng)、模式識(shí)別以及神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)。故障預(yù)警方面主要采用狀態(tài)監(jiān)測(cè)方法，借鑒在汽車上運(yùn)用相對(duì)成熟的故障自診斷系統(tǒng)(OBD系統(tǒng))。現(xiàn)簡(jiǎn)要介紹與農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷相關(guān)，較多應(yīng)用于農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷的方法。

1)采用時(shí)域信號(hào)分析的故障診斷技術(shù)。在機(jī)械設(shè)備的特定部位安裝振動(dòng)傳感器，采集、記錄并顯示設(shè)備在運(yùn)行過(guò)程中隨時(shí)間變化的振動(dòng)信息，如振幅、相位、頻率等，得到機(jī)械設(shè)備特定部位的時(shí)間歷程，也就是時(shí)域信號(hào)。時(shí)域信號(hào)中包含的信息量大，直觀且易于理解，是機(jī)械故障診斷的原始依據(jù)，但時(shí)域信號(hào)數(shù)據(jù)十分龐雜，很難一眼看出故障特征，需要采用特定方法處理。時(shí)域信號(hào)處理技術(shù)主要包括，時(shí)域統(tǒng)計(jì)分析及相關(guān)分析等。

2)采用頻域信號(hào)分析的故障診斷技術(shù)。頻域分析實(shí)質(zhì)上是將時(shí)域信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換，轉(zhuǎn)化為頻域信號(hào)，采用頻域信號(hào)處理技術(shù)分析信號(hào)，并得出故障特征的分析方法。許多故障的發(fā)生和發(fā)展，振動(dòng)信號(hào)的頻率成分會(huì)發(fā)生非常明顯的變化。例如，齒輪發(fā)生斷齒、表面疲勞剝落等都會(huì)引起周期性的沖擊信號(hào)，相應(yīng)在頻域就會(huì)出現(xiàn)不同的頻率成分。監(jiān)測(cè)這些信號(hào)頻率變化，可有效預(yù)測(cè)故障發(fā)生與發(fā)展。頻域信號(hào)處理技術(shù)主要包括頻譜分析、倒頻譜分析及包絡(luò)分析等。

3)采用時(shí)頻域信號(hào)分析的故障診斷技術(shù)。機(jī)械產(chǎn)生故障后，運(yùn)行過(guò)程中的振動(dòng)信號(hào)會(huì)產(chǎn)生顯著的頻域或時(shí)域故障特征，然而這些特征并不是不變的，而是隨著時(shí)間變化的，即動(dòng)態(tài)信號(hào)的非平穩(wěn)性。特別是剝落、松動(dòng)、裂紋等故障，非平穩(wěn)尤其明顯。實(shí)際故障檢測(cè)過(guò)程中，非平穩(wěn)性往往是普遍的，平穩(wěn)性只是一種簡(jiǎn)化或近似。非平穩(wěn)信號(hào)的相關(guān)函數(shù)、功率譜等統(tǒng)計(jì)量是時(shí)變函數(shù)，必須要得到這些信號(hào)的頻譜隨時(shí)間的變化情況才能更好的判斷故障情況。因此，一般采用時(shí)間和頻率的聯(lián)合函數(shù)來(lái)表達(dá)這些信號(hào)，該方法稱為信號(hào)的時(shí)頻表示。實(shí)際應(yīng)用中，時(shí)頻域信號(hào)分析技術(shù)主要包括傅里葉變換、Wigner-Ville分布、小波變換等。

3農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷技術(shù)發(fā)展趨勢(shì)

1)通用機(jī)械領(lǐng)域相對(duì)成熟的故障診斷技術(shù)逐步移植到農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷中來(lái)?？捎糜谵r(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷的一是基于振動(dòng)信號(hào)特征提取的故障診斷技術(shù)，二是關(guān)鍵部件工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)故障診斷技術(shù)?；谡駝?dòng)信號(hào)特征提取的故障診斷技術(shù)大部分用于化工、電力等大型機(jī)械設(shè)備故障診斷，理論發(fā)展非常早，許多現(xiàn)代控制理論，計(jì)算機(jī)技術(shù)，信號(hào)處理技術(shù)均被應(yīng)用基于振動(dòng)信號(hào)特征提取的故障診斷技術(shù)中。關(guān)于關(guān)鍵部件工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)方面，最成功的例子是汽車故障自診斷系統(tǒng)(OBD)，以傳感器監(jiān)測(cè)關(guān)鍵部件狀態(tài)，采集到的數(shù)據(jù)送汽車電子控制單元(ECU)處理，主要用于汽車發(fā)動(dòng)機(jī)及汽車其他關(guān)鍵部件工作狀態(tài)監(jiān)測(cè)，技術(shù)發(fā)展已比較成熟。農(nóng)業(yè)機(jī)械越來(lái)越復(fù)雜，對(duì)故障診斷的實(shí)效性、準(zhǔn)確性要求越來(lái)越高，上述兩種故障診斷與監(jiān)測(cè)技術(shù)正逐漸移植到農(nóng)業(yè)機(jī)械上來(lái)。

2)現(xiàn)代智能化技術(shù)不斷運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷中來(lái)。隨著農(nóng)業(yè)機(jī)械復(fù)雜程度加大以及對(duì)智能化水平提高的需求，農(nóng)業(yè)機(jī)械狀態(tài)檢測(cè)與故障診斷技術(shù)將日趨完善。針對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械故障特征的專家系統(tǒng)、神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、模糊邏輯、遺傳算法等智能診斷方法將不斷的運(yùn)用到農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷中來(lái)，在當(dāng)前技術(shù)基礎(chǔ)上，將新的理論和技術(shù)引入到農(nóng)業(yè)機(jī)械故障診斷領(lǐng)域，不斷出現(xiàn)不同智能故障診斷技術(shù)，形成綜合性能更好的融合智能故障診斷技術(shù)。

3)多種故障診斷方法相互補(bǔ)充，逐漸融合。目前，綜合各種診斷技術(shù)的綜合診斷方法已經(jīng)興起，除了單一參數(shù)、單一故障的技術(shù)診斷外，還出現(xiàn)了多參量、多故障診斷技術(shù)。診斷手段多樣化，處理方法除了采用振動(dòng)信號(hào)外，還可以綜合利用油液、噪聲、電磁、應(yīng)力、射線等多種信息。這些診斷方式取長(zhǎng)補(bǔ)短，相互融合，逐漸發(fā)展出許多新型故障診斷方法，大大提高了故障診斷的準(zhǔn)確性。多種手段相互融合，已成為提高故障診斷準(zhǔn)確性的發(fā)展趨勢(shì)。

作者：鐘成義王素珍常春工作單位：農(nóng)業(yè)部南京農(nóng)業(yè)機(jī)械化研究所