农业机械故障诊断技术研究

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农业机械故障诊断技术研究:农业机械故障诊断技术的研究进展

随着科学技术的发展，我国农业开始向着现代化的方向发展，农业机械的精密程度和复杂程度越来越高，如包含大量传感器的收割机、播种机、红外湿度检测自动灌溉系统等等。这些农业机械的广泛使用，一方面使得生产效率大幅提高，另一方面也对其故障诊断检测方面提出了更高的要求，因为现代化的农业机械一旦损坏就会导致严重的后果，首先是机械设备损坏带来的修理费用等经济损失，其次会严重影响农业工作的进行，而且还会缩短农业机械的使用寿命。因此，要对机械设备在运行过程中的状态进行检测、诊断，并根据诊断结果及时采取相关措施，力求将损失降为最小的同时，保证机械设备的运行安全、防止突发事故的产生。

1 传统农机故障诊断技术

1.1振动诊断技术

由于农业机械在运行过程中由于轴承、齿轮、曲轴以及叶片等的转动会产生各种振动，通过对这些振动特征的掌握就能判断是否存在潜在故障。振动监测诊断技术是目前机械设备故障检测诊断技术领域应用最广泛的技术，是根据机械设备的振动状态和振动特征来判断设备运行是否正常、是否存在潜在故障。一般来讲，振动监测诊断技术在监测过程中对设备无任何干扰，因此在实际工作中具有简便易行的优点。以曲轴为例，一般来讲曲轴在旋转过程中会分别在曲轴上径向和切向产生弯曲振动和扭转振动，其中弯曲振动基本不具备破坏能力，而扭转振动就会产生共振，从而可能对机械的破坏，因此，在实际工作中要认真分析产生的振动类型以及产生振动的原因，根据振动的速度、加速度、振幅等对可能发生的机械故障进行分析，通过传感器对相关数据进行采集，并通过A/D转换器将采集到的模拟信号转化为数字信号，将数据转化为图谱并通过显示器显示在电脑屏幕上，供工作人员分析。

1.2油样分析诊断技术

农业机械的工作环境比较恶劣，在工作过程中大量的风沙可能会进入到机械零部件中，由于轴承等的转动作用会导致这些沙土进入到润滑油中，另外齿轮自身的磨损也会产生各种形状的磨屑，因此通过将润滑油提取出来，分析其内在成分、液体粘稠度、污染指数等就可以得出机械的磨损情况，从而发现其潜在的故障隐患，便于分析。

1.3噪声监测诊断技术

农业机械在运转时各个部位都会产生机械振动，伴随这些振动就会产生不同类型的噪声，正常运行的噪声与故障噪声有较大区别，通过对这些部位的噪声进行检测，就可诊断出机械可能存在的故障位置。在实际工作中，可采用人工检测和频谱分析两种方法，其中人工方法就是利用人耳、声级计、声音放大器等对机械噪声的分辨来判断机械运行是否正常，并粗略判断机械故障产生的部位；而频谱分析法则是在噪声产生部位加装仪器，利用对噪声的声级、声频率等进行采集并生成的频谱图对噪声产生部位以及噪声类型进行分析。

1.4红外测温诊断技术

红外测温诊断技术就是利用农业机械在运行过程产生的摩擦温度，并利用红外测温仪器对零部件的温度进行监测，看是否存在温度异常部位，温度数据会反应在计算机终端上，一旦出现有温度异常升高现象，系统及时报警，以便工作人员及时采取相关的措施，防止事故的发生，延长农业机械设备的使用寿命。

2 最新农机故障诊断技术

2.1智能诊断技术

随着科学技术的不断发展和跨学科技术的实际应用，以及农业机械复杂程度的日益提高，使得如今的农业机械故障诊断技术已经向着多学科、多技术、智能化的方向发展。智能化的机械故障诊断技术主要是基于人工智能技术、计算机技术、数据库技术、神经网络技术、信息技术、仿生学技术以及遥感技术等发展起来的，如将计算机技术、神经网路技术以及数据库技术结合起来，建立智能化的专家系统，将本行业以及各个相关领域的专家经验和思想录入到数据库内，并能通过自学习以及自适应等对实际工作中的各种情况进行分析，将实际工作中需要专家分析的问题通过系统分析来实现，一方面充分提高了工作效率，另一方面也排除了在人工分析过程中造成的主观性误差，使得农业机械设备故障诊断的准确率更高。

2.2在线实时故障诊断系统

在实际工作中，由于没有一个固定的故障诊断标准，并且很难做到监测数据的实时性，经常是采用上门诊断或阶段性诊断等方式，对农机故障诊断的成本较高，因此可以在网络技术的基础上建立一个在线实时故障诊断系统，将一定区域内的大型农业机械的故障诊断工作集中到一个故障诊断中心，一旦有农业机械发生异常现象，实时故障诊断系统就会报警，故障诊断中心内的专家或在线专家系统就会根据这些异常现象给出处理措施，并及时将处理建议提供给现场工作人员，通过在线实时故障诊断系统，一方面可以对农业机械运行状态进行实时监控，另一方面可以实现资源的有效整合，降低检测和诊断成本；除此之外，还可通过将处理故障的经验归集到系统中，以便日后借鉴。

3 结束语

现代农业机械复杂程度越来越高，为了避免故障发生，必须对其运行状态进行监测，以便及时发现异常，将机械修理和使用的成本降为最低，并且可以延长使用寿命。在实际工作中，要运用多种技术有效结合，并取长补短，以便提高农业机械故障诊断效率，另外，在机械故障诊断工作中除了高科技含量、智能化等趋势外，还要充分考虑故障诊断成本，以便使农业机械故障诊断技术更好的为农业生产服务。

农业机械故障诊断技术研究:故障诊断技术下的农业机械论文

1机械故障诊断技术研究现状

机械故障诊断技术，顾名思义，就是采用某种技术手段来预测即将发生的机械故障，判断故障发生位置，为预防故障发生及排除故障提供技术支持，降低故障带来的损失。早期，人们主要通过听声音、触摸等方式判断故障是否产生以及故障产生位置，随着计算机技术的发展，各种计算机技术特别是现代信号处理技术被不断的应用到故障诊断技术中来，机械故障诊断技术已逐渐成为一门系统学科。

1)通用机械故障诊断技术研究现状。最早开展机械故障诊断技术研究的是美国。20世纪60年代以后，随着航天及航空技术的发展，对故障的预判及诊断提出了更高的要求，传统故障诊断方法已不能满足技术发展的需要，促使美国积极开展故障诊断技术的研究和开发工作。随后，欧洲、日本等发达国家相继开展机械故障诊断技术研究[1]。20世纪80年代，在相关部门的支持下，国内大学和科研机构也开始机械故障诊断方面的研究。在部件摩擦碰撞、松动等故障方面，清华大学裙福嘉课题组对其非线性动力学行为进行理论和实验研究，已取得重要进展[2]。小波变换为故障诊断时频域重要方法之一，西安交通大学何正嘉课题组[3,4]即采用小波技术进行故障诊断技术研究。在机械监测诊断领域，西安交通大学屈梁生课题组[5]创立了全息谱技术，采集机器振动过程中的幅、频、相信息，显著提高机器运行中故障的识别率，此外还有东南大学的钟秉林等学者均长期从事于机械故障诊断研究，出版了大量学术著作和论文，为推动通用机械故障诊断技术做出了重要贡献。

2)农业机械故障诊断技术研究现状。农业机械故障诊断方面，陈芳等在对农业机械故障发生的原因及征象进行分析的同时，应用希尔伯特一黄变换方法对农业机械的故障点进行了观测和诊断，通过经验模式分解(EMD)分离噪声，然后从希尔伯特谱中分析出故障振动信号的时频分布情况，从而确定故障发生的时间以及故障前后信号频率和幅值随时间变化的各种信息，以达到提取较为完整的故障特征的目的，实现对这类系统的某些特殊故障的诊断。刘明涛，孙斐采用小波变换技术分析农业机械运行过程中产生的振动信号，有效地检测出齿轮箱系统信号的变化，实现对齿轮箱系统的故障诊断。李杰，赵艳针对目前农业机械故障诊断采用人工方法排除步骤冗长、速度慢、效率低、准确率低等问题，提出并实现了一个基于正向推理的农业机械故障诊断、安全评价专家系统。该系统具有农业机械知识查询、农业机械故障诊断和农业机械安全评价等功能，有较好的稳定性与鲁棒性。李晓敏，李杰等在农业机械故障诊断中引入计算机动态模拟技术。

3)状态监测技术研究现状。在设备关键部件状态监测方面，应用最为成熟的是故障自诊断系统又称OBD(OnBoardDiagnosties)系统，该系统通过传感器监测控制系统各部件的工作状态，并根据传感器数值监测部件运行状态以及安装位置来确定故障产生位置，并自动形成故障代码，存储故障信息，为故障的排除提供线索。OBD系统最早用于汽车尾气排放监测，后来逐渐扩展到发动机故障检测，最后发展到刹车系统、气囊、车门等整车部件状态检测，甚至关键部件的螺钉松动都可以检测出来，以便及时发现隐患，保证汽车的安全运行。现在OBD系统又逐渐扩展到空调、冰箱、彩电等家用电器故障诊断中，这些设备中均安装微处理器控制单元(ECU)，当设备出现故障时，一方面采用声光报警，另一方面产生故障代码，故障代码中包含故障类型、故障位置等信息，为排除故障提供方便。OBD系统比较复杂，其功能由软件和硬件共同实现。现有汽车OBD有超过150个可能的故障代码。汽车OBD系统经历OBDI、OBDII，现已发展到OB-DIII。现在汽车上的OBD系统已全部集成在汽车电子控制单元(ECU)中。国际上生产ECU系统品牌主要有，博世、摩托罗拉、德尔福、马瑞利、西门子。国内康佳、比亚迪等国产车开发商开始研发自主ECU系统品牌。据报道，潍柴自主研发的高压共轨电控ECU(含OBD系统)已开始小批量投放市场。

2机械故障诊断技术研究方法

机械故障诊断方法非常多，经过近半个世纪的发展，已形成机器振动和噪声信号测定、润滑油磨损碎片测定、温升测定等方法。在故障信号处理方面采用时域分析法、频域分析方法及时频分析法等。故障识别方面采用专家系统、模式识别以及神经网络等技术。故障预警方面主要采用状态监测方法，借鉴在汽车上运用相对成熟的故障自诊断系统(OBD系统)。现简要介绍与农业机械故障诊断相关，较多应用于农业机械故障诊断的方法。

1)采用时域信号分析的故障诊断技术。在机械设备的特定部位安装振动传感器，采集、记录并显示设备在运行过程中随时间变化的振动信息，如振幅、相位、频率等，得到机械设备特定部位的时间历程，也就是时域信号。时域信号中包含的信息量大，直观且易于理解，是机械故障诊断的原始依据，但时域信号数据十分庞杂，很难一眼看出故障特征，需要采用特定方法处理。时域信号处理技术主要包括，时域统计分析及相关分析等。

2)采用频域信号分析的故障诊断技术。频域分析实质上是将时域信号进行快速傅里叶变换，转化为频域信号，采用频域信号处理技术分析信号，并得出故障特征的分析方法。许多故障的发生和发展，振动信号的频率成分会发生非常明显的变化。例如，齿轮发生断齿、表面疲劳剥落等都会引起周期性的冲击信号，相应在频域就会出现不同的频率成分。监测这些信号频率变化，可有效预测故障发生与发展。频域信号处理技术主要包括频谱分析、倒频谱分析及包络分析等。

3)采用时频域信号分析的故障诊断技术。机械产生故障后，运行过程中的振动信号会产生显著的频域或时域故障特征，然而这些特征并不是不变的，而是随着时间变化的，即动态信号的非平稳性。特别是剥落、松动、裂纹等故障，非平稳尤其明显。实际故障检测过程中，非平稳性往往是普遍的，平稳性只是一种简化或近似。非平稳信号的相关函数、功率谱等统计量是时变函数，必须要得到这些信号的频谱随时间的变化情况才能更好的判断故障情况。因此，一般采用时间和频率的联合函数来表达这些信号，该方法称为信号的时频表示。实际应用中，时频域信号分析技术主要包括傅里叶变换、Wigner-Ville分布、小波变换等。

3农业机械故障诊断技术发展趋势

1)通用机械领域相对成熟的故障诊断技术逐步移植到农业机械故障诊断中来。可用于农业机械故障诊断的一是基于振动信号特征提取的故障诊断技术，二是关键部件工作状态监测故障诊断技术。基于振动信号特征提取的故障诊断技术大部分用于化工、电力等大型机械设备故障诊断，理论发展非常早，许多现代控制理论，计算机技术，信号处理技术均被应用基于振动信号特征提取的故障诊断技术中。关于关键部件工作状态监测方面，最成功的例子是汽车故障自诊断系统(OBD)，以传感器监测关键部件状态，采集到的数据送汽车电子控制单元(ECU)处理，主要用于汽车发动机及汽车其他关键部件工作状态监测，技术发展已比较成熟。农业机械越来越复杂，对故障诊断的实效性、准确性要求越来越高，上述两种故障诊断与监测技术正逐渐移植到农业机械上来。

2)现代智能化技术不断运用到农业机械故障诊断中来。随着农业机械复杂程度加大以及对智能化水平提高的需求，农业机械状态检测与故障诊断技术将日趋完善。针对农业机械故障特征的专家系统、神经网络、模糊逻辑、遗传算法等智能诊断方法将不断的运用到农业机械故障诊断中来，在当前技术基础上，将新的理论和技术引入到农业机械故障诊断领域，不断出现不同智能故障诊断技术，形成综合性能更好的融合智能故障诊断技术。

3)多种故障诊断方法相互补充，逐渐融合。目前，综合各种诊断技术的综合诊断方法已经兴起，除了单一参数、单一故障的技术诊断外，还出现了多参量、多故障诊断技术。诊断手段多样化，处理方法除了采用振动信号外，还可以综合利用油液、噪声、电磁、应力、射线等多种信息。这些诊断方式取长补短，相互融合，逐渐发展出许多新型故障诊断方法，大大提高了故障诊断的准确性。多种手段相互融合，已成为提高故障诊断准确性的发展趋势。

作者：钟成义王素珍常春工作单位：农业部南京农业机械化研究所

农业机械故障诊断技术研究:农业机械故障诊断技术探析

摘要：我国农业机械化水平的不断提高的同时，也使我国农业生产的产量不断的上升，以及效率不断的加强。在农业的生产过程当中，对机械的利用率也在不断的增强，大型的和结构复杂的农机类型也逐渐的进入到人们的生产生活当中去，农业的机械化也在不断的向复杂化、大型化和精密化以及高效率化进行发展，同时也对农业机械在使用时的故障预警和诊断的技术提出了更高的要求，从而也使农业机械故障的诊断技术在故障诊断的全方面都面临着严峻的挑战，本文主要针对现阶段的农业生产的实际情况，以及农业机械故障诊断技术的不断发展，进行了深入的分析和探讨，并且还依据了未来农业机械发展的水平来对农业机械故障的诊断技术的发展前景进行了深入的分析。

关键词：农业机械；故障诊断；技术研究

因为各个地区的天气或者季节的影响，就会使农业机械经常出现各方面的故障问题，尤其是在田间进行工作的时候，会因为地域或者时间上的不便，就会使机械设备无法得到及时的维修，从而就很容易就造成比较严重的经济损失。因此要对农业机械发展的现状进行相应的结合，也是农业机械故障的诊断进行快速的发展，尽量的使农业机械的故障造成的损失进行逐渐的减少，也是我国现阶段农业机械发展的过程当中需要及时进行解决的问题。

1研究的现状

1.1震动的诊断。在农业机械工作的时候，其中内部的轴承的转动，机械运转的时候，齿轮和叶片的转动都会引起相应的振动，使用者也应该对机械的这些部位在正常情况下转动的声音进行合理的掌握，在机械实际工作的时候，使用者就可以通过对振动的声音和频率来对机械判断是否存在故障，这种方法也是我国目前对农业机械故障的诊断最好掌握的一种技术，并且也在我国的各个地区进行广泛的推广和应用。在正常的情况下，振动诊断的技术不会对机械的正常工作进行干扰，而且非常容易进行掌握和实施，而从实际应用的角度来看，非常简单而且方便。

1.2油样的分析。农业机械在农忙的时节应用的频率也是最高的，也是最容易出现农业机械故障问题的时候。一般机械在工作时候的环境会比较恶劣，会受到大风和土地以及季节的严重影响，机械在田间进行实际的运行当中，会将一些砂土卷到机械内部的零件当中，轴承的转动在带动机械运行的时候，就会将这些砂土卷入润滑油当中，而且齿轮在进行工作的时候也会因为相互的摩擦从而产生碎屑，这些碎屑最终也都会进入到润滑油当中。因此通过对润滑油进行提取，并且依据里面所含的杂质成分和油体的粘稠程度以及污染的程度，就可以对机械目前的磨损情况进行深入的分析，并且可以找出机械当中存在的故障，从而对安全隐患进行排除。

1.3噪声的监测。随着农业机械在工作过程当中产生的机械振动，也会出现各种类别的音频的噪音，农业机械在正常运转时候的噪音和故障时产生的噪音，在声音上会有很大的区别，使用者就可以依据不同部位的噪音来对机械产生故障的位置进行合理的分辨。在进行农业机械使用的时候，我们主要可以采取两种方法来对噪音进行鉴别。一是人工检测法，主要是对人的耳朵以及声音的放大器进行利用，并且针对机械发出来的噪音来对机械的运转是否出现故障问题进行深入的分辨，并且还要找出故障的大概位置。二是频谱的分析法。主要是在机械发出噪音的几个部分对分析噪音的仪器进行合理的安装，并且通过采集噪音的级别和频率生成的图谱，从而来对机械在运转的时候是否存在故障进行深入的分析。

1.4红外测温。农业机械在工作的时候，内部的零配件会产生摩擦的现象，红外的测温主要是对红外的测温仪进行利用，从而对摩擦的温度进行监测，通过检测寻找机械内部是否存在温度异常的地方。红外的测温仪也会将测温处的温度仪以数据的形式呈现在计算机的终端，如果机械的某个部位的温度异常，系统就会自动报警提示使用人员，这一诊断技术也为了工作人员在维修设备的时候带来了方便，并且对事故发生的次数逐渐的减少，也将农业机械损坏的程度降到最低，对使用的年限进行延长。

2发展趋势

2.1通用机械诊断技术的引入。我国目前的通用机械故障诊断的技术已经比较成熟，应用和农业机械故障的诊断主要有两种，一是提取机械振动产生的信号为主的基础的诊断技术，这类技术主要是将汽车部件的诊断技术移植到了农业的机械上，主要包括信号的处理和计算机的网络以及控制理论等专业的技术，二是针对性的对技术进行监测，就是对关键的部位进行技术诊断，这个技术可以对农机故障部位监测的准确性不断的提高，从而对机械内部的情况进行更好的了解。

2.2智能化程度的提高。随着我国农业生产的不断加快和农业化水平的不断提高，农业机械的类型也变得多种多样，结构也更加复杂，在操作时候的智能性也在不断的增强，对于农业机械故障的诊断技术和对日常的监测技术也越来越完善。在未来的农业机械的诊断过程当中，将会针对故障的特点来选用针对性的遗传算法，和神经网络以及模糊逻辑等智能化的故障诊断的技术。我国现有的诊断技术为基础，要依据农业机械化运行当中故障产生的不同智能的故障，有针对性的研发出解决的措施，从而对农机故障诊断的技术和综合化的发展进行不断的推动。

2.3多种技术的协调。随着我国农业机械类型不断的增加，其他的结构也越来越复杂化，也就使农机故障的产生也变得多样化，传统的单一的解决措施已经不能对农机诊断现在的要求进行相应的满足，为了有针对性的对农机的各类故障进行解决，就要采用多种技术相结合的方法，将各类诊断技术进行合理的融合，也已经成为了我国农机故障诊断技术向前发展和进步的一个必然的趋势，并且也越来越受到了人们的重视和关注，除了对故障的诊断之外，还不断的发展起了多故障的诊断模式。

结束语

综合上文所述，根据实际情况的分析，我国现阶段农业机械故障的诊断技术虽然发展的比较快，各方面的技术水平也比较高，但是还是无法对复杂多样的农业机械故障的要求进行满足，在实际的过程当中还存在着一定的不平衡性。因此只有不断的对科学技术的发展进行推动，并且深入的对导致农机故障的原因进行了解，也要对农机故障诊断技术的研究进行不断的加大，从而也对农机能够正常的运行进行保障，也是对农机使用寿命进行延长的一个非常重要的手段。

作者：杨茂林 单位：黑龙江省大西江农场

农业机械故障诊断技术研究:故障诊断技术农业机械论文

1噪声监测

随着农业机械在工作时产生的机械振动，也会出现不同种类的音频的噪音。农业机械在正常运转时的噪音与故障时产生的噪音在音频上有很大的不同，使用者可以根据不同部位噪音的不同来分辨机械产生故障的位置。在农业机械使用时，我们可以采取两种方法来辨别噪音：一是，人工检测法，主要是利用人的耳朵或者声音放大器等，针对机械发出的噪音来分辨机械的运转是否存在故障，并找出故障的大致位置。二是，频谱分析法，主要是在机械发出噪音的几个部位安装分析噪音的仪器，通过对采集噪音的级别和频率生成图谱[2]，从而分析机械在运转时是否存在故障。

2红外测温

农业机械在工作时内部零配件会产生摩擦，红外测温主要是利用红外测温仪对摩擦的温度进行监测，通过检测，寻找机械内部是否存在温度异常的地方。红外测温仪会将监测处的温度仪数据的形式呈现在计算机的终端，如果机械的某个部位温度异常，系统会自动报警，提示使用人员[3]。这一诊断技术方便了工作人员及时维修设备，减少了事故的发生次数，并且将农业机械的损坏度降到了最低，延长了使用年限。

3发展趋势

3.1通用机械诊断技术的引入

目前，我国的通用机械故障诊断技术已经相对成熟，应用与农业机械故障诊断的主要有两种：一是，以提取机械振动时产生的信号为主的基础诊断技术，这类技术主要是将汽车部件的诊断技术移植到了农业机械上，其中包括了信号处理、计算机网络以及控制理论等专业技术。二是，针对性的监测技术，就是关键部位的诊断技术，该技术可以提高对农机故障部位监测的准确性，更好的了解机械的内部情况。

3.2智能化程度的提高

随着农业生产的加快与农业机械化水平的提高，农业机械的类型也变得多种多样，结构更加复杂，在操作时的智能性也不断增强，对于农业机械故障的诊断技术和日常的监测技术也愈发完善。在日后的农业机械诊断过程中，将会对故障的特点，选用针对性的遗传算法，神经网络和模糊逻辑等智能化的故障诊断技术[4]。以现有的诊断技术为基础，根据农业机械化运行中故障产生的不同智能故障，研发出针对性的解决措施，从而推动农机故障诊断技术的智能化、综合化发展。

3.3多种技术协调

随着农业机械类型的增加，其结构也越发的复杂化，使得农机故障的产生变得多样化，过去单一的解决措施已经不能满足农机诊断在现在的需求。为了针对性的解决农机的各类故障，采用多种诊断技术相结合的方法，将各类诊断技术互相融合，已经成为了农机故障诊断技术向前发展的必然趋势，并且越来越受到人们的重视。在处理农机故障时，除了故障的技术诊断外，还兴起了多故障的诊断模式，将不同的诊断技术相互融合，取长补短[5]，进而找出解决故障的新措施。这种诊断模式，大大的提高了故障诊断的准确性和解决效率，保证了农机的正常运行。结论由以上的分析可知，虽然现阶段我国农业机械故障的诊断技术发展较快，水平相对较高，但是仍旧无法满足复杂多样的农业机械故障的要求，存在着一定的不平衡性。所以，不断推动科学技术的发展，深入了解导致农机故障的原因，加大对农机故障诊断技术的研究，是保证农机正常运行，延长农机使用寿命的重要手段。

作者：周翔