故障诊断本科毕业论文.doc

摘 要摘 要本文主要探讨日本Hirata的自动化设备Loader、Unloader（LUL）。在二十一世纪的今天，工业自动化在整个制造业中占有举足轻重的低位，Hirata便是其中的佼佼者。本课题即是对Hirata公司的LUL的一个简单剖析，了解其在Intel自动化生产流水线上的重要性。通过研究学习掌握LUL的的内部结构以及工作流程，并了解LUL在装载卸载中,传感和驱动装置是如何完成他们相应的工作。最后，达到能对机械故障作出合理正确的诊断，以保证设备的安全工作状态和足够的工作寿命。关键字：装载，卸载，传感器，驱动器，故障诊断I引言ABSTARACTThis paper mainly discusses the automation equipment for Japan Hirata Loader, Unloader maintenance the previous work. Through the study of the internal structure of the master LUL and working process，And understanding in loader/ unloader, sensor and driving system is how to finish their corresponding work. Finally, can achieve to mechanical failure make a reasonable diagnosis, To ensure the safety equipment working status and enough work life.Key Words: Loader, Unloader, Sensor Driver, TroubleshootingIII目 录目 录第1章引言1第2章设备操作的安全意识22.1安全概述22.2警告标签的认识22.3安全装置的位置32.4电源开关和EMO4第3章LUL的系统布局63.1LUL的组成部分63.2设备内部主要机械零部件73.2.1 物料车升起73.2.2 物料车传送驱动单元83.2.4 Magazine For93.2.4 Magazine的定位103.2.5 Magazine的上升103.2.6 Magazine中载体的推杆113.2.7 CPU载体传送装置113.2.8 CPU载体推拉机械手123.2.9 穿梭轨道133.3工作流程图14第4章总控与I/O概述164.1控制面板的布局16第5章LUL的预防性维护195.1物料车抬起模块195.2Magazine抬起模块215.3CPU传送模块23第6章LUL的出错与恢复266.1故障诊断、错误与恢复266.1.1 故障诊断的基本过程和原理276.1.2 LUL的报警信号塔286.1.3 LUL报警补救流程286.2滚动丝杠的故障诊断296.2.1 滚动丝杠的几种失效形式296.2.2 滚动丝杠故障诊断中的信号提取方式306.2.3 滚动丝杠故障信号分析方法316.3信号提取与分析32结论36致谢37参考文献39外文资料原文40译文44第1章 引言第1章 引言机械自动化技术是现代机械发展的必然结果，同时也是20世纪末出现的高新技术之一，为此世界各工业发达国家都给以高度重视。机械设备智能化从根本上改变了生产的面貌，为人类带来了巨大的经济效益。制造自动化不仅涉及具体生产制造过程，而且涉及产品生命周期的所有过程（包括服务）。正因为制造的范围非常广，各种产品的制造过程按工艺性质的区别又可以分为机械加工、装配、检测、包装等各种工序本课题就是对Intel公司生产CPU流水线上的自动化设备LUL进行研讨，通过查阅资料，装配LUL设备以及观摩该设备的动态工作流程，深入了解其组成部分、系统分布、内部结构、安全操控、预防性维护、出错及恢复。从而达到从全方位掌握此设备，进而可以独立对设备进行预防性维护和故障诊断，保证设备安全快速的作业。同时也将大学四年中的例如机械故障诊断、机电驱动技术、机电一体化技术以及机械原理等专业知识应用到实际培训中。本课题大体分为结构认识和故障诊断两个部分。LUL的结构又根据工作流程细化为三个阶段：第1阶段为Cart Lift and Drive，第2阶段为Magazine Lift,第3阶段为Shuttle .通过这三个阶段可以大致清晰了解LUL的结构和工作流程。另外一个部分则是我们了解设备结构后所要达到的最终目的故障诊断。设备的故障诊断不仅是一个能保障设备安全、提高生产质量、节约维修费用、降低能源消耗、防止环境污染、能给企业带来较大经济效益的既先进、又实用，而且在设备维修管理上，也是完全靠得住的好的工程技术。一个良好的现场诊断工作者，既需要一定的基础理论知识，也需要掌握熟练的技术方法，还有不可缺少的是丰富的现场工作经验，只有具备了这三个方面的素质，才可以说是有了高素质的现场诊断人员。1第2章 设备操作的安全意识第2章 设备操作的安全意识2.1 安全概述“安全生产”这个概念，一般意义上讲，是指在社会生产活动中，通过人、机、物料、环境、方法的和谐运作，使生产过程中潜在的各种事故风险和伤害因素始终处于有效控制状态，切实保护劳动者的生命安全和身体健康。也就是说，为了使劳动过程在符合安全要求的物质条件和工作秩序下进行的，防止人身伤亡财产损失等生产事故，消除或控制危险有害因素，保障劳动者的安全健康和设备设施免受损坏、环境的免受破坏的一切行为。 安全生产是安全与生产的统一，其宗旨是安全促进生产，生产必须安全。搞好安全工作，改善劳动条件，可以调动职工的生产积极性；减少职工伤亡，可以减少劳动力的损失；减少财产损失，可以增加企业效益，无疑会促进生产的发展；而生产必须安全，则是因为安全是生产的前提条件，没有安全就无法生产。目标：1.清楚每一台LUL设备周围的环境，知道重要开关的所在位置。 2.维护机器设备是明白如何正确的锁定设备，以保证自身安全。 3.认识设备上的各种安全警告标志，并了解其危害性。2.2 警告标签的认识图2-1 警告标签2.3 安全装置的位置下图显示的是安全装置的位置：图2-2 安全装置示意图 图2-3 安全装置示意图2.4 电源开关和EMO电源开关图2-4 电源开关作用：1.设备电源总开关。 2.维修上锁功能，确保无法通电。EMOEMO的用法：紧急情况下需及时按下此按钮，设备立即断电，恢复操作是将按钮顺时针旋转即可上电。图2-5 EMO紧急按钮5第3章 LUL的系统布局第3章 LUL的系统布局3.1 LUL的组成部分LUL的系统可大致分为以下三个阶段。A：物料车的升起和驱动B：物料箱的升起C：载体的穿梭轨道图3-1 LUL的三大结构LUL的透视图即如上图所示，主要由物料车的升起和驱动、物料箱的升起、载体的穿梭轨道三部分组成。这三部分按流水线工作，相辅相成，由各种不同功能的触发器将其紧密联系起来，完成CPU的装载与卸载工作。3.2 设备内部主要机械零部件 从整体到局部，前一小节简单了解LUL的整体布局，接下来是对设备内部主要零部件的认识。3.2.1 物料车升起图3-2 物料车零部件升降叉架：主要负责物料车升降的机械手，将物料车托起时的一个支架。物料车触发装置：感应物料车是否进入LUL的传感器，为直射型传感器。起重机升降触发器：当物料车触发到位传感器，升降触发器发射命令，升降叉架将物料车抬起。物料车开门装置：物料车完全进入之后此平台将物料车的活动阀门顶开，以保证物料箱的顺利进出。起重机电机：此电机为步进电机，物料车的托起就是该电机将电能转化为机械能的表现。物料车到位触发器:此处为对射型传感器，只有当物料车触发这对传感器，LUL才会开始工作。物料车stop:物料车进入设备到此为止后禁止前进。3.2.2 物料车传送驱动单元此驱动单元作用就是将物料箱一个个顺序的从物料车上送入设备中相应位置，以完成对CPU的装载卸载工作。如下图，离合器会与物料车的部件耦合，通过电机转动带动物料车的链传动，这样物料箱就前进到指定位置，直到物料车中的箱子全部运输到位，设备会展自动报警，等待下一满载的物料车进入。图3-3 传送驱动单元物料车传送驱动电机：如图2.8上下两个电机一个正转，负责物料箱的进入，另一个反转，负责物料箱的退出。离合器伸缩传感器:物料车被抬起之后，传感器触发离合器伸出与物料车耦合，当物料箱传送完毕链条会空转一圈，此传感器便发出信号，离合器收缩释放物料车。离合器电机：带动离合器的伸缩，达到和小车的耦合作用。离合器：即与物料车成对的耦合装置。3.2.4 Magazine Fork图3-4 物料箱叉架零部件图物料箱卸载完毕传感器：当物料箱中的CPU被卸载完毕是，传感器将感应到，PLC相应程序会执行退出物料箱。物料箱类型传感器：识别什么型号的物料箱进入LUL.物料箱方向传感器：感应物料箱放入是方向是否正确，错误的话立即报警，经处理后再继续工作。叉架后退传感器：叉架将物料箱抬起到指定高度触发此传感器，叉架托起物料箱后退到穿梭轨道位置。叉架前进传感器：物料箱被小车链传动到可以感应叉架前进传感器时，叉架便前进抬起物料箱。物料箱叉架：托起物料箱前进后退的工具。叉架驱动电机：驱使叉架工作的动力装置。3.2.4 Magazine的定位图3-5 物料箱定位图物料箱感应器：感应物料箱是否被叉架抬到指定位置。物料箱固定传感器：当物料箱到位时，固定传感器会发出信号让固定电机工作。物料箱固定电机：固定电机带动固定钳夹固定好物料箱，为产品的装载和卸载做好准备。本部分主要就是将物料箱放好在叉架上，然后固定钳夹固定好，然后打开阀门做好装载卸载准备。3.2.5 Magazine的上升图3-6 物料箱上升部件这个是物料箱的升降电梯和转移的平台，在这里可以调节物料箱内装有芯片的托盘与旁边的穿梭轨道对齐，以便装载卸载的完成。3.2.6 Magazine中载体的推杆图3-7 载体推杆 这个推杆仅仅出现在卸载设备中，物料箱中的每一个载体托盘与穿梭轨道对齐时，推杆就立即将其推出，推出后另一端到达穿梭轨道的拖入钳夹。此推杆为曲柄摇杆，在这里是将曲柄作为原动件，曲柄的连续运功转换为摇杆的往复运动。3.2.7 CPU载体传送装置卸载机的穿梭传送装置会通过穿梭轨道把载体转移到另一个设备，通过LUL的传送装置后，LUL的任务也就告一段落。相反，装载机则是设备工作的第一个步骤，将其他设备处理好的芯片通过穿梭传送装置放入物料箱中，再回到物料车被人工拉出装载设备。图3-8 载体传送轨道3.2.8 CPU载体推拉机械手图3-9 卸载载体辅助机械手拉动钳夹是卸载设备中穿梭轨道装置的一个组件，它负责把芯片载体从物料箱中取出然后进入穿梭轨道，通过皮带传送到下一个处理芯片的设备中。皮带伸张器：调节皮带的松紧程度，保证拉动钳夹可以顺利移动。拉动钳夹：负责将芯片载体从物料箱中夹出的工具。钳夹极端传感器：钳夹在穿梭轨道两端运动的极端位置，传感器被触发是钳夹立即停止运功。图3-10 装载载体辅助机械手推进钳夹顾名思义就是芯片载体的一个推进工具，它也是穿梭轨道的一个组件，与拉动钳夹区别是它存在装载设备中，当芯片载体被送入皮带轨道时，推进钳夹就会将其推入等待在轨道另一边的物料箱里。推进钳夹：负责将芯片载体推入物料箱中的工具。皮带伸张器：和卸载装置里面的皮带伸张器功能完全一样，即调节皮带的松紧程度，保证推进钳夹的顺利移动。钳夹极端传感器：钳夹在穿梭轨道两端运动的极端位置，传感器被触发是钳夹立即停止运功。3.2.9 穿梭轨道卸载和装载穿梭轨道的区别：卸载的穿梭轨道包括铁轨、驱动电机、驱动螺杆和传感器几部分，简单地说就是一个传送机构，将物料箱的芯片载体取出，传送到另外的处理芯片的设备里面。装载的穿梭轨道和卸载组成部分基本一致，唯一区别就是机械手不一样，而装载穿梭轨道的功能则是将芯片载体推入物料箱，从设备出来的过程。具体结构如下图3.11。图3-11 穿梭轨道3.3 工作流程图图3-12 LUL工作流程图卸载流程：1. 所有装满芯片的物料箱被放置在物料车的底层链传动装置上。2. 物料车进入设备后被叉架抬起，物料箱也被伸缩叉架托起移出物料车。3. 物料箱被抬起到穿梭轨道水平面的时候，芯片载体等候被卸载。4. 拉动钳夹将打开阀门的芯片载体拖出进入穿梭轨道。5. 物料箱依次上升，让每一个芯片载体达到穿梭轨道，以便送出，直到物料箱变空。6. 穿梭轨道自动转移位置，负责芯片载体的传送。7. 调整好位置后，穿梭轨道将芯片载体传送至等待处理芯片的设备。8. 物料箱卸载完后被放置在物料车上层的链传动上面。装载流程：1. 空的物料箱放置在物料车的上层链传动装置上。2. 物料车进入设备后被叉架抬起，物料箱也被伸缩叉架托起移出物料车。3. 物料箱被抬起至穿梭轨道水平面。4. 芯片载体经处理后来到穿梭轨道。5. 穿梭轨道与空的物料箱定好位。6. 芯片载体被送入穿梭轨道中。7. 推进钳夹跟随芯片载体将其推进物料箱中。8. 物料箱依次上升，直到物料箱中装满芯片载体。9. 装满芯片的物料箱被放置在物料车的底层链传动装置上。47第4章 总控与I/O概述第4章 总控与I/O概述4.1 控制面板的布局控制面板相当于LUL的神经中枢，它控制着整台设备的工作运转情况。以下是控制面板中的部件名称与功能说明。 图4-1 控制面板部件分布图图4-2 控制面板部件分布图101211 图4-3 控制面板部件分布图图4-4 控制面板部件分布图图4-5 控制面板部件分布图继电器简介：继电器是一种电控制器件。它具有控制系统（又称输入回路）和被控制系统（又称输出回路）之间的互动关系。通常应用于自动化的控制电路中，它实际上是用小电流去控制大电流运作的一种“自动开关”。故在电路中起着自动调节、安全保护、转换电路等作用。伺服电机：伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。控制面板各部件的名称和功能列表如下：No.名称功能1HCL包括动力源、cpu单元、以太网模型单元、现场总线单元、NCF单元、I/O单元2安全继电器单元保证电路安全3安全继电器保证电路安全4数字电路保护器保护直流电源电路5直流电源提供直流电源6断路器保护电路和相关伺服系统7断路器保护电路与逆变器8磁性电路开关保证电路安全9继电器电路控制SMEMA I/F的电路10伺服驱动器伺服驱动器为欧姆龙电机11电子转换器电子转换器为欧姆龙制造12门开关设备安全13热继电器保护马达14磁性电路开关电机变频刹车系统15继电器电路电路控制16继电器电路控制门帘传感器的电路17断路器保护电路以及关闭电源 表4-1 控制面板各部件的名称和功能第5章 LUL的预防性维护第5章 LUL的预防性维护所谓PM是预防性维护（Preventive Maintenance）为了降低设备失效或功能退化的概率，按预定的时间间隔或规定的标准进行的维护。PM一词最初引进我国是在1951年（昭和26年），即所谓战后。那时，从废墟上重建了军需工业，随之以此力图转向现代化工业，逐渐走向活跃的开端。在日本通过化学工业和其它，以所谓安装工业为中心的日本能率协会的顾问活动，用报告会、出版刊物等极力宣传；与其在发生故障之后才进行维修，不如采取美国那种更为经济的在发生故障之前就进行维修的PM方式，从而开始出现预防维修的热潮。就是为了降低设备失效或功能退化的概率，按预定的时间间隔或规定的标准进行的维护。5.1 物料车抬起模块预防性维护表物料车抬起模块每天1个月3 个月6 个月一年SEMILevel预防性维护项目检测物料车电梯的电机工作是否平稳Type2检查物料车电梯电机工作时的响声Type2检查上升部位移动是否平稳Type2检查上升部位有无外来杂质Type1检查上升叉架Type2检测物料车门开启是否平稳Type2检测物料车电梯电机工作温度是否过热Type1检查上升叉架的弹簧张力Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1物料车输送驱动单元检查物料车输送电机运行是否平稳Type2检查物料车输送电机工作是的响声Type2检查离合器电机运行是否平稳Type2检查离合器电机工作时的响声Type2检查离合器的耦合情况Type2检查物料车输送马达工作温度是否过热Type1检查离合器电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1 表5-1 预防性维护时间表检测步骤：1. 把LUL的自动模式更换成手动控制面板模式。2. 目测电机旋转，发现问题立即停机，做好故障诊断准备。3. 听电机旋转时声音是否异常，如有异常立即停机，对其故障诊断。4. 观察设备内部有无外来物质，例如：螺丝刀、扳手、螺丝等。有的话立即清除。5. 观察电梯叉移动是否平稳。6. 观察开启物料车门装置是否平稳。7. 关闭电源。8. 用手触摸工作电机温度是否过热。9. 检查设备的全部螺栓螺母是否松动，有的话将其收紧。10. 确保安全后可通电。检测的具体部位如图所示：图5-1 检测部位图5-2 检测部位5.2 Magazine抬起模块预防性维护表物料车上升电梯每天1个月3 个月6 个月一年SEMILevel预防性维护项目物料箱叉架单元检查物料箱叉架马达运转是否平稳Type2检查物料箱叉架马达工作声音有无异常Type2检查上升部位移动是否平稳Type2检查上升部位有无外来杂质Type1检测物料箱电梯电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1物料箱电梯叉架单元检查物料箱电梯叉架马达运转是否平稳Type2检查物料箱电梯叉架马达工作声音有无异常Type2检查物料箱电梯叉架移动是否平稳Type2检查物料箱电梯叉架电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1物料箱Z 轴检查z轴伺服电机运转是否平稳Type2检查 Z 轴 伺服电机工作声音有无异常Type2检查上升部位移动是否平稳Type2检查上升部位有无外来杂质Type1检查滚珠丝杠为了平稳运行Type2检查滚珠螺杆有无外来杂质Type1检查 Z 轴 伺服电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1润滑脂注油嘴Type1载体推进器单元检查载体推进器电机运转是否平稳Type2检查载体推进器电机工作声音有无异常Type2检查载体推进器运转是否平稳Type2检查载体推进器电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1 表5.2 预防性维护时间表检测步骤：1. 把LUL的自动模式更换成手动控制面板模式。2. 目测电机旋转，发现问题立即停机，做好故障诊断准备。3. 听电机旋转时声音是否异常，如有异常立即停机，对其故障诊断。4. 观察设备内部有无外来物质，例如：螺丝刀、扳手、螺丝等。有的话立即清除。5. 关闭电源。6. 用手触摸工作电机温度是否过热。7. 检查设备的全部螺栓螺母是否松动，有的话将其收紧。8. 关闭维修门。9. 确保安全后可通电。检测的具体部位如图所示：图5-3 物料箱抬起检测部位5.3 CPU传送模块预防性维护表穿梭传送部分每天1个月3 个月6 个月一年SEMILevel预防性维护项目载体传输机单元检查传输机马达运转是否平稳Type2检查传输机马达工作声音有无异常Type2检查传输机马达工作温度是否过热Type2检查传输机马达工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1检查传输机皮带的磨损情况Type1检查皮带的张力和弹簧的松紧度Type1载体推拉单元检查推进器马达运转是否平稳Type2检查拉动马达运转是否平稳Type2检查推进器马达工作声音有无异常Type2检查拉动马达工作声音有无异常Type2检查物料箱电梯叉架移动是否平稳Type2检查滚珠螺杆有无外来杂质Type1检查推进器皮带运转情况Type2检查拉动器皮带运转情况Type2检查推进器运转是否平稳Type2检查拉动器运转是否平稳Type2检查推进器马达工作温度是否过热Type1检查拉动器马达工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1载体推拉单元检查推进器皮带情况Type1检查拉动器皮带情况Type1检查推进器皮带张力Type1检查拉动器皮带张力Type1检查推进器弹簧张力Type1检查拉动器皮带张力Type1穿梭单元检查穿梭电机工作是否平稳Type2检查穿梭电机工作声音有无异常Type2检查移动部位工作平稳性Type2检查移动部分有无外来杂质Type1检查滚珠丝杠为了平稳运行Type2检查滚珠螺杆有无外来杂质Type1检查穿梭皮带运转情况Type2检查穿梭电机工作温度是否过热Type1检查和收紧任何松动的螺栓和螺母Type1检查滚珠轴承工作平稳性Type2检查穿梭皮带情况Type1检查穿梭皮带张力Type1 表5-3 预防性维护时间表检测步骤：1.把LUL的自动模式更换成手动控制面板模式。2.目测电机旋转，发现问题立即停机，做好故障诊断准备。3.听电机旋转时声音是否异常，如有异常立即停机，对其故障诊断。4.观察皮带的工作平稳性。5.关闭电源。6.用手触摸工作电机温度是否过热。7.检查设备的全部螺栓螺母是否松动，有的话将其收紧。8.观察传送带是否过度磨损或断裂，有的话及时更换。9.检查皮带和弹簧的松紧度。10.关闭维修门。11.确保安全后可通电。检测的具体部位如图所示：图5-4 传送检测部位第6章 LUL的出错与恢复第6章 LUL的出错与恢复6.1 故障诊断、错误与恢复 机械故障诊断技术是七十年代以来, 随着计算机和电子技术的飞跃发展, 促进工业生产现代化和机器设备的大型化、连续化、高速化、自动化而迅速发展起来的一门新技术, 也是一门以高等数学、物理、化学、电子技术、机电设备失效学为基础的新兴学科。现代化机械设备的应用一方面大大促进了生产的发展; 另一方面也潜伏着一个很大的危机,即一旦发生故障所造成的直接和间接的损失将是十分严重的。这门新技术的宗旨就是运用当代一切科技的新成就发现设备的隐患, 以期对设备事故防患于未然。如今它已是现代化设备维修技术的重要组成部分, 并且成了设备维修管理工作现代化的一个重要标志。机械故障诊断技术对确保机械设备的安全、提高产品质量、节约维修费用以及防止环境污染均起到重要作用。因此, 在生产中运用现代设备故障诊断技术, 可给企业带来巨大的经济效益。目前，与生产水平相适应，设备维护制度有三种：事后维护、预防性维护、预知性维护。（1）事后维修制度( POM ):这是一种早期的维修制度。主要特点是不坏不修，坏了再修。显然这是一种落后的维修方法。但目前我国企业中一些不重要的设备仍采用这一种维修方法。这种维修制度对发生事故难以预料, 并往往会造成设备的严重损坏, 既不安全且又延长了检修时间。（2)预防维修制度( PM ):PM又称以时间为基础的设备维修制度( TBM )或计划维修制度。这是一种静态维修制度, 主要特点是当设备运行达到计划规定的时间或吨公里时便进行强制维修。它比前一种维修制度大大前进了一步, 对于保障设备和人身安全, 起到了积极作用。同时, 这种维修制度也存在明显的缺陷, 即过剩维修和失修的问题。以滚动轴承为例, 同一型号的滚动轴承, 其实际的使用寿命有时相差达数十倍。在预防维修制度下, 一些轴承虽然已到了计划维修的时间, 但其使用寿命还有相当长的时间, 但必须进行更新, 这就是过剩维修。同样, 可能有一些轴承还未到达计划维修时间就已失效了, 这就是失修。过剩维修带来的是人员及原材料的巨大浪费, 失修则是造成事故的重要原因之一。目前我国大部分企业的设备采用这种维修制度。（3）预知维修制度( PRM ):PRM又称以状态为基础的维修制度( CBM )。主要特点是在状态监测的基础上, 根据设备运行状态实际劣化的程度以决定维修时间和维修的规模, 设备有无故障、故障类型、故障部位、故障程度都可以准确把握。显然这种维修方式的主要技术支承是设备故障诊断技术, 而且是一种比较理想的动态维修制度。它有如下优点:1)避免过剩维修 , 防止因不必要的拆卸使设备精度降低, 延长设备寿命2)减少维修时间, 提高生产效率和经济效益。3)减少和避免重大事故发生, 不仅能获得巨大经济效益, 而且能获得很好的社会效益。4)大大降低维修费用, 如实行状态维修后, 某化工厂年维护修理工作由247台减至14 台；某电机厂维护费用下降了 75%； 某造纸厂年节约 25 万美元, 可是, 其故障监测设备的一次注投资仅是此数的10%。积极进行设备故障诊断技术的研究工作是从PM 过渡到 PRM 制度的必要条件, 是推行 PRM 制度的基础。6.1.1 故障诊断的基本过程和原理 机械设备在劣化进程中, 基本遵循如图6.1所示的规律。图6-1 浴盆曲线期：称为磨合期。指的是新设备设计、装配后的跑合阶段, 这个阶段故障率较高。故障率与零部件的设计、制造、装配质量关系密切。一般设备的劣化曲线不包括这一期。期：正常使用期。指的是机器在经过第期后, 已经处于稳定状态, 进入正常使用阶段。这个阶段故障率显然较低。期：耗损期。指的是机器由于磨损疲劳等原因已处于生命中的老年阶段, 其故障率逐渐升高。在机械设备故障诊断的原理：运行的劣化进程中,会产生大量的有用的诊断信息,我们把这些诊断信息所产生的信号用适当的传感器转化为电信号,再对所采集来的电信号进行处理、提取其特征,从而进行故障诊断。故障诊断技术的实质工作和核心目标是：(1) 掌握设备的运行状态；(2) 确定设备运行正常与否；(3) 预测设备的可靠性；(4) 预测设备能安全运行的时间；(5) 发现早期故障；(6) 预测故障的发生、发展趋势。围绕这些核心目标,针对机械不同组件,分别采用相应的诊断技术与方法,也就形成了故障诊断技术更深层的研究6.1.2 LUL的报警信号塔报警信号塔是设备工作出现故障时，发出信号提醒操作员及时处理问题的工具。以信号灯闪烁和报警声的方式提醒。信号塔有三种颜色，分别为红、黄、绿三种。每一个灯都通电后都有闪烁和固定两个状态。它表示的含义描述如下：颜色状态含义红闪烁紧急停止被激活红固定出现错误或警告.黄闪烁请求更换物料车黄固定N/A绿闪烁物料车即将结束绿固定设备运行正常6.1.3 LUL报警补救流程（1）当报警(错误)发生时,信号塔红灯打开和警报声开始。同时,人机界面显示报警(错误)的名字。如图6-2图6-2 手动界面报警图（2）按停警铃按钮以停止报警，如图6-3图6-3 停止报警（3）按重置按钮来重置错误，如图6-4图6-4 重置错误（4）这样即可看到具体哪个步骤出现差错。6.2 滚动丝杠的故障诊断6.2.1 滚动丝杠的几种失效形式1.滚动丝杠的磨损失效磨损是滚动丝杠最常见的一种失效形式。在滚动丝杠运转中，滚动体和套圈之间均存在滑动，这些滑动会引起零件接触面的磨损。尤其在轴承中侵入金属粉末、氧化物以及其他硬质颗粒时，则形成严重的磨料磨损，使之更为加剧。另外，由于振动和磨料的共同作用，对于处在非旋转状态的滚动丝杠，会在套圈上形成与钢球节距相同的凹坑，即为摩擦腐蚀现象。如果丝杠与座孔或轴颈配合太松，在运行中引起的相对运动，又会造成丝杠座孔或轴径的磨损。当磨损量较大时，丝杠便产生游隙噪声，振动增大。2. 滚动丝杠的疲劳失效在滚动丝杠中，滚动体或套圈滚动表面由于接触载荷的反复作用，表层因反复的弹性变形而致冷作硬化，下层的材料应力与表层出现断层状分布，导致从表面下形成细小裂纹，随着以后的持续负荷运转，裂纹逐步发展到表面，致使材料表面的裂纹相互贯通，直至金属表层产生片状或点坑状剥落。轴承的这种失效形式称为疲劳失效。随着滚动丝杠的继续运转，损坏逐步增大。因为脱落的碎片被滚压在其余部分滚道上，并给那里造成局部超载荷而进一步使滚道损坏。丝杠运转时，一旦发生疲劳剥落，其振动和噪声将急剧恶化。3. 滚动丝杠的断裂失效造成丝杠零件的破断和裂纹的重要原因是由于运行时载荷过大、转速过高、润滑不良或装配不善而产生过大的热应力，也有的是由于磨削或热处理不当而导致的。4. 滚动丝杠的胶合失效滑动接触的两个表面，当一个表面上的金属粘附到另一个表面上的现象称为胶合。对于滚动丝杠，当滚动体在保持架内被卡住或者润滑不足、速度过高造成摩擦热过大，使保持架的材料粘附到滚子上而形成胶合。其胶合状为螺旋形污斑状。还有的是由于安装的初间隙过小，热膨胀引起滚动体与内外圈挤压，致使在丝杠的滚道中产生胶合和剥落。6.2.2 滚动丝杠故障诊断中的信号提取方式针对不同的信号所处频段，需采用不同的信号拾取方式。a) 监测低频段的信号，通常采用加速度传感器，由于同时也要拾取其它零件的故障信号，因此采用通用的信号处理电路（仪器）。b) 监测高频段的信号，其目的是要获取唯一的轴承故障信号，采用自振频率在2530KHz的加速度传感器，利用加速度传感器的共振效应，将这个频段的轴承故障信号放大，再用带通滤波器将其它频率的信号（主要是低频信号）滤除，获得唯一的轴承故障信号。c) 监测超高频段的信号，则采用超声波传感器，将声发射信号检出并放大。仪表统计单位时间内声发射信号的频度和强度，一旦频度或强度超过某个报警限，则判定轴承故障。6.2.3 滚动丝杠故障信号分析方法1有效值与峰值判别法有效值：滚动轴承振动信号的有效值反映了振动的能量大小，当轴承产生异常后，其振动必然增大。因而可以用有效值作为轴承异常的判断指标。峰值：有效值指标对具有瞬间冲击振动的异常是不适用的。因为冲击波峰的振幅大，并且持续时间短。用有效值来表示故障特征，其特征并不明显，对于这种形态异常的故障特征，用峰值比有效值更适用。2峰值系数法所谓峰值系数，是指峰值与有效值之比。用峰值系数进行诊断的最大特点，是由于它的值不受轴承尺寸、转速及负荷的影响。正常时，滚动轴承的峰值系数约为5，当轴承有故障时，可达到几十。轴承正常、异常的判定可以很方便判别。另外，峰值系数不受振动信号的绝对水平所左右。测量系统的灵敏度即使变动，对示值也不会产生多大影响。3峭度指标法峭度指标Cq反映振动信号中的冲击特征。峭度指标Cq ： .（6-1）峭度指标Cq对信号中的冲击特征很敏感，正常情况下其值应该在3左右，如果这个值接近4或超过4，则说明机械的运动状况中存在冲击性振动。当丝杠出现初期故障时，有效值变化不大，但峭度指标值已经明显增加，达到数十甚至上百，非常明显。它的优势在于能提供早期的故障预报。当滚动丝杠故障进入晚期，由于剥落斑点充满整个滚道，峭度指标反而下降。也就是对晚期故障不适应。6.3 信号提取与分析故障原始信号的采集：图6-5 故障原始信号故障信号傅里叶变换：图6-6 故障信号傅里叶变换正常原始信号的采集：图6-7 正常原始信号正常信号傅里叶变换：图6-8 正常信号傅里叶变换信号数据处理：求有效值：（6-2）其中N为采集信号的个数求峰值指标：（6-3）其中为信号峰值。为了提高峰值指标的稳定性，在信号样本的总长中，找出绝对值最大的10个数，用10个数的算数平均值作为峰值。求峭度指标：（6-4）各项参数比较图：图6-9 有效值比较图6-10 峰值比较图6-11 峭度值比较信号各项参数：故障信号正常信号有 效 值1.5607e-0062.5834e-006峰值指标4.10062.7870峭度指标4.65982.8777现代的故障诊断系统是一个操作简单、功能齐全的面向对象机械状态振动监测与故障诊断系统，实现了对振动信号进行采集、分析，对设备进行状态监测及故障诊断等功能。 避免了传统仪器的功能固定、技术更新周期长、开发与维护费用高等缺点；同时，各种功能都采用模块化的思路完成，为今后对系统功能的扩充提供了方便。展望：设备故障诊断技术与当代前沿科学的融合是设备故障诊断技术的发展方向。当今故障诊断技术的发展趋势是传感器的精密化、多维化，诊断理论、诊断模型的多元化，诊断技术的智能化，具体来说表现在如下方面：(1) 与当代最新传感技术尤其是激光测试技术的融合。近年来，激光技术已从军事、医疗。机械加工等领域深入发展到振动测量和设备故障诊断中，并且己经成功应用于旋转机械对中等方面。(2) 与最新信号处理方法相融合。随着新的信号处理方法在设各故障诊断领域中的应用，传统的基于快速傅里叶变换的信号分析技术有了新的突破性进展。(3) 与非线性原理和方法的融合。机械设备在发生故障时，其行为往往表现为非线性特征。如旋转机械的转于在不平衡外力的作用下表现出的非线性振动。随着混沌与分型几何方法的日趋完善，这类问题毕将得到进一步解决。(4) 与多元传感技术的融合。现代化大生产要求对设备进行全方位、多角度的监测与维护，以便对设备的运行状态有整体的、全方面的了解。因此，在进行设备故障诊断时，可采川多个传感器同时对设备的各个位置进行监测，然后按照一定的方法对这些信息进行处理，如人工神经网络方法。(5) 与现代智能方法的融合。现代智能技术包括专家系统、模糊逻辑、神经网络、进化计算等。现代智能方法在设备故障诊断技术中己得到了广泛的应用，随着智能科技的不断发展，设备状态的智能监测和故障诊断将是故障诊断技术的最终目标。总结 大学四年即将结束，作为机械设计制造及其自动化的学生，在学校的精心教导下，我学到了许多专业知识。其中包括机械原理、机电驱动技术、机电一体化技术、机械故障诊断技术等。本学期是我收获颇多的一个学期，在Intel实习的两个月里，通过运用在学校学到的专业知识和公司的培训，我将理论和实践结合，达到了公司对我们的预期要求。我在公司主要培训对日本Hirata公司的LUL进行预防性维护和故障诊断。写论文的过程中，在学到很多东西的同时也遇到了很多困难。首先，高水平的英语要求对我来说是一个很大的突破，尤其是英语在专业方面的难度体现得淋漓尽致。培训的资料和设备的控制界面均为英文，公司要求两天之内看完一本100多页的资料在给自己极大压力的同时，也给了我无限的动力。通过查询和请教同事，我慢慢克服了这方面的困难。其次，现代化设备的先进程度也着实让我震惊。繁琐的传感器和复杂的驱动装置几乎让从未接触过这些先进设备的我窒息，但是有学校教给我的专业基础知识作后盾，再加上公司安排的理论培训和上线操作，一个个难题都在不知不觉中迎刃而解。 通过两个月的实习，我在很多方面都有很大的进步。对自己以后工作所涉及到的设备LUL从设备结构到传感器功能再到工作流程有了一个系统的认识。当然，这一切的努力都是为机械的故障诊断做好基础工作。只有对设备的每一个部件及其功能有足够的认识，才可以在最短的时间内对设备出现的错误与故障做出最快最准确的诊断，为公司创造最大的经济效益，同时也为我国起步很晚的机械故障诊断技术贡献自己的一份薄力。致谢致谢天下没有不散的宴席，虽然大四的生活多半时间还是呆在学校里，但是论文致谢语写就的那一刻也真正标志着我与这所学校就此别离了，没有伤感，更多的是遗憾，但是总归不如意事十有八九，过去的不能挽回，人应该大胆向前看，所以这段文字应该像它的标题一样充满感恩和致谢，感谢四年来在我的成长道路上扶持过我，指点过我的人。这篇论文所涉及的议题是和我的指导老师交流后定下的，在前期的实习积累经验，到中期的修改和讨论，及最后的反复斟酌，我希望能尽自己最大的努力，写出一篇具有现实意义的论文。但是在具体实施的过程中，我还是遇到了相当多当初没有预料的困难，也曾经令我迷茫和彷徨，但是总归是自己尽力完成的著作，注入了自己最大的心血。论文得以顺利完成，要感谢的人实在太多了。首先要衷心地感谢我的指导老师邱老师，您严谨的治学态度，开阔的思维，循循善诱的指导一直给我很大的帮助。当我对论文的思路感到迷茫时，在您和系上领导的帮助下，我论文的课题改为公司实习的内容，不仅让我巩固了实习期间学到的内容，也让我的毕业论文更有实际意义。在论文的不断修改中，我也努力做到及时积极地跟邱老师交流，因为我觉得这样可以使得我的论文更加完善。在这里还要深深的对您说上一句抱歉，因为我的懒散和懈怠，令您费尽苦心并且几近失望。论文的最终完成，也是一波三折。在不断完善和修改的过程中，也让我更加懂得“一分耕耘才有一分收获”的道理。再次对您表示感谢，师恩伟大，无以回报。然后还要感谢所有在大学期间传授我知识的老师，每一位老师的悉心教导都是我完成这篇论文的基础。没有这些专业知识武装我，我的实习任务和论文都不可能如此顺利的完成。当然还有我的朋友与公司同事，在遇到困难的时候，都毫不犹豫的向我伸出援助之手。你们热心帮助和悉心教导让我有更大的勇气在坎坷的道路上前进。最后要感谢的是我的父母和家人，我永远都不会忘记你们的良苦用心和一如既往的支持与鼓励。四年来，快乐的事情因为有你们的分享而更快乐，失意的日子因为有你们的关怀能忘却伤痛，坚强前行。无论我成功与否，你们总以鼓励的言语告诉我很棒，谢谢你们，我会继续努力。现在的自己已经不再是刚进大学时的那个小男生了，四年的磨砺让我的肩头多了一份责任和承担，已经踏入社会开始工作的我，面临的抉择和困难也非常之多，但是不管前途多么的未知和艰难，我会毫无畏惧地前行，因为机会是留给勇敢的挑战者。参考文献参考文献1 张健 . 机械故障诊断技术 M . 北京：机械工业出版社，2008.2 沈标正 . 机电故障诊断技术 M . 北京：机械工业出版社，20013 王江平 . 机械设备故障诊断技术及运用 M . 西安：西北工业大学出版社，20014 王淑芳 . 机电驱动技术 M . 北京：科学出版社，2008