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農業機械故障診斷技術研究:農業機械故障診斷技術的研究進展

隨著科學技術的發展，我國農業開始向著現代化的方向發展，農業機械的精密程度和復雜程度越來越高，如包含大量傳感器的收割機、播種機、紅外濕度檢測自動灌溉系統等等。這些農業機械的廣泛使用，一方面使得生產效率大幅提高，另一方面也對其故障診斷檢測方面提出了更高的要求，因為現代化的農業機械一旦損壞就會導致嚴重的后果，首先是機械設備損壞帶來的修理費用等經濟損失，其次會嚴重影響農業工作的進行，而且還會縮短農業機械的使用壽命。因此，要對機械設備在運行過程中的狀態進行檢測、診斷，并根據診斷結果及時采取相關措施，力求將損失降為最小的同時，保證機械設備的運行安全、防止突發事故的產生。

1 傳統農機故障診斷技術

1.1振動診斷技術

由于農業機械在運行過程中由于軸承、齒輪、曲軸以及葉片等的轉動會產生各種振動，通過對這些振動特征的掌握就能判斷是否存在潛在故障。振動監測診斷技術是目前機械設備故障檢測診斷技術領域應用最廣泛的技術，是根據機械設備的振動狀態和振動特征來判斷設備運行是否正常、是否存在潛在故障。一般來講，振動監測診斷技術在監測過程中對設備無任何干擾，因此在實際工作中具有簡便易行的優點。以曲軸為例，一般來講曲軸在旋轉過程中會分別在曲軸上徑向和切向產生彎曲振動和扭轉振動，其中彎曲振動基本不具備破壞能力，而扭轉振動就會產生共振，從而可能對機械的破壞，因此，在實際工作中要認真分析產生的振動類型以及產生振動的原因，根據振動的速度、加速度、振幅等對可能發生的機械故障進行分析，通過傳感器對相關數據進行采集，并通過A/D轉換器將采集到的模擬信號轉化為數字信號，將數據轉化為圖譜并通過顯示器顯示在電腦屏幕上，供工作人員分析。

1.2油樣分析診斷技術

農業機械的工作環境比較惡劣，在工作過程中大量的風沙可能會進入到機械零部件中，由于軸承等的轉動作用會導致這些沙土進入到潤滑油中，另外齒輪自身的磨損也會產生各種形狀的磨屑，因此通過將潤滑油提取出來，分析其內在成分、液體粘稠度、污染指數等就可以得出機械的磨損情況，從而發現其潛在的故障隱患，便于分析。

1.3噪聲監測診斷技術

農業機械在運轉時各個部位都會產生機械振動，伴隨這些振動就會產生不同類型的噪聲，正常運行的噪聲與故障噪聲有較大區別，通過對這些部位的噪聲進行檢測，就可診斷出機械可能存在的故障位置。在實際工作中，可采用人工檢測和頻譜分析兩種方法，其中人工方法就是利用人耳、聲級計、聲音放大器等對機械噪聲的分辨來判斷機械運行是否正常，并粗略判斷機械故障產生的部位；而頻譜分析法則是在噪聲產生部位加裝儀器，利用對噪聲的聲級、聲頻率等進行采集并生成的頻譜圖對噪聲產生部位以及噪聲類型進行分析。

1.4紅外測溫診斷技術

紅外測溫診斷技術就是利用農業機械在運行過程產生的摩擦溫度，并利用紅外測溫儀器對零部件的溫度進行監測，看是否存在溫度異常部位，溫度數據會反應在計算機終端上，一旦出現有溫度異常升高現象，系統及時報警，以便工作人員及時采取相關的措施，防止事故的發生，延長農業機械設備的使用壽命。

2 最新農機故障診斷技術

2.1智能診斷技術

隨著科學技術的不斷發展和跨學科技術的實際應用，以及農業機械復雜程度的日益提高，使得如今的農業機械故障診斷技術已經向著多學科、多技術、智能化的方向發展。智能化的機械故障診斷技術主要是基于人工智能技術、計算機技術、數據庫技術、神經網絡技術、信息技術、仿生學技術以及遙感技術等發展起來的，如將計算機技術、神經網路技術以及數據庫技術結合起來，建立智能化的專家系統，將本行業以及各個相關領域的專家經驗和思想錄入到數據庫內，并能通過自學習以及自適應等對實際工作中的各種情況進行分析，將實際工作中需要專家分析的問題通過系統分析來實現，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過程中造成的主觀性誤差，使得農業機械設備故障診斷的準確率更高。

2.2在線實時故障診斷系統

在實際工作中，由于沒有一個固定的故障診斷標準，并且很難做到監測數據的實時性，經常是采用上門診斷或階段性診斷等方式，對農機故障診斷的成本較高，因此可以在網絡技術的基礎上建立一個在線實時故障診斷系統，將一定區域內的大型農業機械的故障診斷工作集中到一個故障診斷中心，一旦有農業機械發生異常現象，實時故障診斷系統就會報警，故障診斷中心內的專家或在線專家系統就會根據這些異常現象給出處理措施，并及時將處理建議提供給現場工作人員，通過在線實時故障診斷系統，一方面可以對農業機械運行狀態進行實時監控，另一方面可以實現資源的有效整合，降低檢測和診斷成本；除此之外，還可通過將處理故障的經驗歸集到系統中，以便日后借鑒。

3 結束語

現代農業機械復雜程度越來越高，為了避免故障發生，必須對其運行狀態進行監測，以便及時發現異常，將機械修理和使用的成本降為最低，并且可以延長使用壽命。在實際工作中，要運用多種技術有效結合，并取長補短，以便提高農業機械故障診斷效率，另外，在機械故障診斷工作中除了高科技含量、智能化等趨勢外，還要充分考慮故障診斷成本，以便使農業機械故障診斷技術更好的為農業生產服務。

農業機械故障診斷技術研究:故障診斷技術下的農業機械論文

1機械故障診斷技術研究現狀

機械故障診斷技術，顧名思義，就是采用某種技術手段來預測即將發生的機械故障，判斷故障發生位置，為預防故障發生及排除故障提供技術支持，降低故障帶來的損失。早期，人們主要通過聽聲音、觸摸等方式判斷故障是否產生以及故障產生位置，隨著計算機技術的發展，各種計算機技術特別是現代信號處理技術被不斷的應用到故障診斷技術中來，機械故障診斷技術已逐漸成為一門系統學科。

1)通用機械故障診斷技術研究現狀。最早開展機械故障診斷技術研究的是美國。20世紀60年代以后，隨著航天及航空技術的發展，對故障的預判及診斷提出了更高的要求，傳統故障診斷方法已不能滿足技術發展的需要，促使美國積極開展故障診斷技術的研究和開發工作。隨后，歐洲、日本等發達國家相繼開展機械故障診斷技術研究[1]。20世紀80年代，在相關部門的支持下，國內大學和科研機構也開始機械故障診斷方面的研究。在部件摩擦碰撞、松動等故障方面，清華大學裙福嘉課題組對其非線性動力學行為進行理論和實驗研究，已取得重要進展[2]。小波變換為故障診斷時頻域重要方法之一，西安交通大學何正嘉課題組[3,4]即采用小波技術進行故障診斷技術研究。在機械監測診斷領域，西安交通大學屈梁生課題組[5]創立了全息譜技術，采集機器振動過程中的幅、頻、相信息，顯著提高機器運行中故障的識別率，此外還有東南大學的鐘秉林等學者均長期從事于機械故障診斷研究，出版了大量學術著作和論文，為推動通用機械故障診斷技術做出了重要貢獻。

2)農業機械故障診斷技術研究現狀。農業機械故障診斷方面，陳芳等在對農業機械故障發生的原因及征象進行分析的同時，應用希爾伯特一黃變換方法對農業機械的故障點進行了觀測和診斷，通過經驗模式分解(EMD)分離噪聲，然后從希爾伯特譜中分析出故障振動信號的時頻分布情況，從而確定故障發生的時間以及故障前后信號頻率和幅值隨時間變化的各種信息，以達到提取較為完整的故障特征的目的，實現對這類系統的某些特殊故障的診斷。劉明濤，孫斐采用小波變換技術分析農業機械運行過程中產生的振動信號，有效地檢測出齒輪箱系統信號的變化，實現對齒輪箱系統的故障診斷。李杰，趙艷針對目前農業機械故障診斷采用人工方法排除步驟冗長、速度慢、效率低、準確率低等問題，提出并實現了一個基于正向推理的農業機械故障診斷、安全評價專家系統。該系統具有農業機械知識查詢、農業機械故障診斷和農業機械安全評價等功能，有較好的穩定性與魯棒性。李曉敏，李杰等在農業機械故障診斷中引入計算機動態模擬技術。

3)狀態監測技術研究現狀。在設備關鍵部件狀態監測方面，應用最為成熟的是故障自診斷系統又稱OBD(OnBoardDiagnosties)系統，該系統通過傳感器監測控制系統各部件的工作狀態，并根據傳感器數值監測部件運行狀態以及安裝位置來確定故障產生位置，并自動形成故障代碼，存儲故障信息，為故障的排除提供線索。OBD系統最早用于汽車尾氣排放監測，后來逐漸擴展到發動機故障檢測，最后發展到剎車系統、氣囊、車門等整車部件狀態檢測，甚至關鍵部件的螺釘松動都可以檢測出來，以便及時發現隱患，保證汽車的安全運行。現在OBD系統又逐漸擴展到空調、冰箱、彩電等家用電器故障診斷中，這些設備中均安裝微處理器控制單元(ECU)，當設備出現故障時，一方面采用聲光報警，另一方面產生故障代碼，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系統比較復雜，其功能由軟件和硬件共同實現。現有汽車OBD有超過150個可能的故障代碼。汽車OBD系統經歷OBDI、OBDII，現已發展到OB-DIII。現在汽車上的OBD系統已全部集成在汽車電子控制單元(ECU)中。國際上生產ECU系統品牌主要有，博世、摩托羅拉、德爾福、馬瑞利、西門子。國內康佳、比亞迪等國產車開發商開始研發自主ECU系統品牌。據報道，濰柴自主研發的高壓共軌電控ECU(含OBD系統)已開始小批量投放市場。

2機械故障診斷技術研究方法

機械故障診斷方法非常多，經過近半個世紀的發展，已形成機器振動和噪聲信號測定、潤滑油磨損碎片測定、溫升測定等方法。在故障信號處理方面采用時域分析法、頻域分析方法及時頻分析法等。故障識別方面采用專家系統、模式識別以及神經網絡等技術。故障預警方面主要采用狀態監測方法，借鑒在汽車上運用相對成熟的故障自診斷系統(OBD系統)。現簡要介紹與農業機械故障診斷相關，較多應用于農業機械故障診斷的方法。

1)采用時域信號分析的故障診斷技術。在機械設備的特定部位安裝振動傳感器，采集、記錄并顯示設備在運行過程中隨時間變化的振動信息，如振幅、相位、頻率等，得到機械設備特定部位的時間歷程，也就是時域信號。時域信號中包含的信息量大，直觀且易于理解，是機械故障診斷的原始依據，但時域信號數據十分龐雜，很難一眼看出故障特征，需要采用特定方法處理。時域信號處理技術主要包括，時域統計分析及相關分析等。

2)采用頻域信號分析的故障診斷技術。頻域分析實質上是將時域信號進行快速傅里葉變換，轉化為頻域信號，采用頻域信號處理技術分析信號，并得出故障特征的分析方法。許多故障的發生和發展，振動信號的頻率成分會發生非常明顯的變化。例如，齒輪發生斷齒、表面疲勞剝落等都會引起周期性的沖擊信號，相應在頻域就會出現不同的頻率成分。監測這些信號頻率變化，可有效預測故障發生與發展。頻域信號處理技術主要包括頻譜分析、倒頻譜分析及包絡分析等。

3)采用時頻域信號分析的故障診斷技術。機械產生故障后，運行過程中的振動信號會產生顯著的頻域或時域故障特征，然而這些特征并不是不變的，而是隨著時間變化的，即動態信號的非平穩性。特別是剝落、松動、裂紋等故障，非平穩尤其明顯。實際故障檢測過程中，非平穩性往往是普遍的，平穩性只是一種簡化或近似。非平穩信號的相關函數、功率譜等統計量是時變函數，必須要得到這些信號的頻譜隨時間的變化情況才能更好的判斷故障情況。因此，一般采用時間和頻率的聯合函數來表達這些信號，該方法稱為信號的時頻表示。實際應用中，時頻域信號分析技術主要包括傅里葉變換、Wigner-Ville分布、小波變換等。

3農業機械故障診斷技術發展趨勢

1)通用機械領域相對成熟的故障診斷技術逐步移植到農業機械故障診斷中來。可用于農業機械故障診斷的一是基于振動信號特征提取的故障診斷技術，二是關鍵部件工作狀態監測故障診斷技術。基于振動信號特征提取的故障診斷技術大部分用于化工、電力等大型機械設備故障診斷，理論發展非常早，許多現代控制理論，計算機技術，信號處理技術均被應用基于振動信號特征提取的故障診斷技術中。關于關鍵部件工作狀態監測方面，最成功的例子是汽車故障自診斷系統(OBD)，以傳感器監測關鍵部件狀態，采集到的數據送汽車電子控制單元(ECU)處理，主要用于汽車發動機及汽車其他關鍵部件工作狀態監測，技術發展已比較成熟。農業機械越來越復雜，對故障診斷的實效性、準確性要求越來越高，上述兩種故障診斷與監測技術正逐漸移植到農業機械上來。

2)現代智能化技術不斷運用到農業機械故障診斷中來。隨著農業機械復雜程度加大以及對智能化水平提高的需求，農業機械狀態檢測與故障診斷技術將日趨完善。針對農業機械故障特征的專家系統、神經網絡、模糊邏輯、遺傳算法等智能診斷方法將不斷的運用到農業機械故障診斷中來，在當前技術基礎上，將新的理論和技術引入到農業機械故障診斷領域，不斷出現不同智能故障診斷技術，形成綜合性能更好的融合智能故障診斷技術。

3)多種故障診斷方法相互補充，逐漸融合。目前，綜合各種診斷技術的綜合診斷方法已經興起，除了單一參數、單一故障的技術診斷外，還出現了多參量、多故障診斷技術。診斷手段多樣化，處理方法除了采用振動信號外，還可以綜合利用油液、噪聲、電磁、應力、射線等多種信息。這些診斷方式取長補短，相互融合，逐漸發展出許多新型故障診斷方法，大大提高了故障診斷的準確性。多種手段相互融合，已成為提高故障診斷準確性的發展趨勢。

作者：鐘成義王素珍常春工作單位：農業部南京農業機械化研究所

農業機械故障診斷技術研究:農業機械故障診斷技術探析

摘要：我國農業機械化水平的不斷提高的同時，也使我國農業生產的產量不斷的上升，以及效率不斷的加強。在農業的生產過程當中，對機械的利用率也在不斷的增強，大型的和結構復雜的農機類型也逐漸的進入到人們的生產生活當中去，農業的機械化也在不斷的向復雜化、大型化和精密化以及高效率化進行發展，同時也對農業機械在使用時的故障預警和診斷的技術提出了更高的要求，從而也使農業機械故障的診斷技術在故障診斷的全方面都面臨著嚴峻的挑戰，本文主要針對現階段的農業生產的實際情況，以及農業機械故障診斷技術的不斷發展，進行了深入的分析和探討，并且還依據了未來農業機械發展的水平來對農業機械故障的診斷技術的發展前景進行了深入的分析。

關鍵詞：農業機械；故障診斷；技術研究

因為各個地區的天氣或者季節的影響，就會使農業機械經常出現各方面的故障問題，尤其是在田間進行工作的時候，會因為地域或者時間上的不便，就會使機械設備無法得到及時的維修，從而就很容易就造成比較嚴重的經濟損失。因此要對農業機械發展的現狀進行相應的結合，也是農業機械故障的診斷進行快速的發展，盡量的使農業機械的故障造成的損失進行逐漸的減少，也是我國現階段農業機械發展的過程當中需要及時進行解決的問題。

1研究的現狀

1.1震動的診斷。在農業機械工作的時候，其中內部的軸承的轉動，機械運轉的時候，齒輪和葉片的轉動都會引起相應的振動，使用者也應該對機械的這些部位在正常情況下轉動的聲音進行合理的掌握，在機械實際工作的時候，使用者就可以通過對振動的聲音和頻率來對機械判斷是否存在故障，這種方法也是我國目前對農業機械故障的診斷最好掌握的一種技術，并且也在我國的各個地區進行廣泛的推廣和應用。在正常的情況下，振動診斷的技術不會對機械的正常工作進行干擾，而且非常容易進行掌握和實施，而從實際應用的角度來看，非常簡單而且方便。

1.2油樣的分析。農業機械在農忙的時節應用的頻率也是最高的，也是最容易出現農業機械故障問題的時候。一般機械在工作時候的環境會比較惡劣，會受到大風和土地以及季節的嚴重影響，機械在田間進行實際的運行當中，會將一些砂土卷到機械內部的零件當中，軸承的轉動在帶動機械運行的時候，就會將這些砂土卷入潤滑油當中，而且齒輪在進行工作的時候也會因為相互的摩擦從而產生碎屑，這些碎屑最終也都會進入到潤滑油當中。因此通過對潤滑油進行提取，并且依據里面所含的雜質成分和油體的粘稠程度以及污染的程度，就可以對機械目前的磨損情況進行深入的分析，并且可以找出機械當中存在的故障，從而對安全隱患進行排除。

1.3噪聲的監測。隨著農業機械在工作過程當中產生的機械振動，也會出現各種類別的音頻的噪音，農業機械在正常運轉時候的噪音和故障時產生的噪音，在聲音上會有很大的區別，使用者就可以依據不同部位的噪音來對機械產生故障的位置進行合理的分辨。在進行農業機械使用的時候，我們主要可以采取兩種方法來對噪音進行鑒別。一是人工檢測法，主要是對人的耳朵以及聲音的放大器進行利用，并且針對機械發出來的噪音來對機械的運轉是否出現故障問題進行深入的分辨，并且還要找出故障的大概位置。二是頻譜的分析法。主要是在機械發出噪音的幾個部分對分析噪音的儀器進行合理的安裝，并且通過采集噪音的級別和頻率生成的圖譜，從而來對機械在運轉的時候是否存在故障進行深入的分析。

1.4紅外測溫。農業機械在工作的時候，內部的零配件會產生摩擦的現象，紅外的測溫主要是對紅外的測溫儀進行利用，從而對摩擦的溫度進行監測，通過檢測尋找機械內部是否存在溫度異常的地方。紅外的測溫儀也會將測溫處的溫度儀以數據的形式呈現在計算機的終端，如果機械的某個部位的溫度異常，系統就會自動報警提示使用人員，這一診斷技術也為了工作人員在維修設備的時候帶來了方便，并且對事故發生的次數逐漸的減少，也將農業機械損壞的程度降到最低，對使用的年限進行延長。

2發展趨勢

2.1通用機械診斷技術的引入。我國目前的通用機械故障診斷的技術已經比較成熟，應用和農業機械故障的診斷主要有兩種，一是提取機械振動產生的信號為主的基礎的診斷技術，這類技術主要是將汽車部件的診斷技術移植到了農業的機械上，主要包括信號的處理和計算機的網絡以及控制理論等專業的技術，二是針對性的對技術進行監測，就是對關鍵的部位進行技術診斷，這個技術可以對農機故障部位監測的準確性不斷的提高，從而對機械內部的情況進行更好的了解。

2.2智能化程度的提高。隨著我國農業生產的不斷加快和農業化水平的不斷提高，農業機械的類型也變得多種多樣，結構也更加復雜，在操作時候的智能性也在不斷的增強，對于農業機械故障的診斷技術和對日常的監測技術也越來越完善。在未來的農業機械的診斷過程當中，將會針對故障的特點來選用針對性的遺傳算法，和神經網絡以及模糊邏輯等智能化的故障診斷的技術。我國現有的診斷技術為基礎，要依據農業機械化運行當中故障產生的不同智能的故障，有針對性的研發出解決的措施，從而對農機故障診斷的技術和綜合化的發展進行不斷的推動。

2.3多種技術的協調。隨著我國農業機械類型不斷的增加，其他的結構也越來越復雜化，也就使農機故障的產生也變得多樣化，傳統的單一的解決措施已經不能對農機診斷現在的要求進行相應的滿足，為了有針對性的對農機的各類故障進行解決，就要采用多種技術相結合的方法，將各類診斷技術進行合理的融合，也已經成為了我國農機故障診斷技術向前發展和進步的一個必然的趨勢，并且也越來越受到了人們的重視和關注，除了對故障的診斷之外，還不斷的發展起了多故障的診斷模式。

結束語

綜合上文所述，根據實際情況的分析，我國現階段農業機械故障的診斷技術雖然發展的比較快，各方面的技術水平也比較高，但是還是無法對復雜多樣的農業機械故障的要求進行滿足，在實際的過程當中還存在著一定的不平衡性。因此只有不斷的對科學技術的發展進行推動，并且深入的對導致農機故障的原因進行了解，也要對農機故障診斷技術的研究進行不斷的加大，從而也對農機能夠正常的運行進行保障，也是對農機使用壽命進行延長的一個非常重要的手段。

作者：楊茂林 單位：黑龍江省大西江農場

農業機械故障診斷技術研究:故障診斷技術農業機械論文

1噪聲監測

隨著農業機械在工作時產生的機械振動，也會出現不同種類的音頻的噪音。農業機械在正常運轉時的噪音與故障時產生的噪音在音頻上有很大的不同，使用者可以根據不同部位噪音的不同來分辨機械產生故障的位置。在農業機械使用時，我們可以采取兩種方法來辨別噪音：一是，人工檢測法，主要是利用人的耳朵或者聲音放大器等，針對機械發出的噪音來分辨機械的運轉是否存在故障，并找出故障的大致位置。二是，頻譜分析法，主要是在機械發出噪音的幾個部位安裝分析噪音的儀器，通過對采集噪音的級別和頻率生成圖譜[2]，從而分析機械在運轉時是否存在故障。

2紅外測溫

農業機械在工作時內部零配件會產生摩擦，紅外測溫主要是利用紅外測溫儀對摩擦的溫度進行監測，通過檢測，尋找機械內部是否存在溫度異常的地方。紅外測溫儀會將監測處的溫度儀數據的形式呈現在計算機的終端，如果機械的某個部位溫度異常，系統會自動報警，提示使用人員[3]。這一診斷技術方便了工作人員及時維修設備，減少了事故的發生次數，并且將農業機械的損壞度降到了最低，延長了使用年限。

3發展趨勢

3.1通用機械診斷技術的引入

目前，我國的通用機械故障診斷技術已經相對成熟，應用與農業機械故障診斷的主要有兩種：一是，以提取機械振動時產生的信號為主的基礎診斷技術，這類技術主要是將汽車部件的診斷技術移植到了農業機械上，其中包括了信號處理、計算機網絡以及控制理論等專業技術。二是，針對性的監測技術，就是關鍵部位的診斷技術，該技術可以提高對農機故障部位監測的準確性，更好的了解機械的內部情況。

3.2智能化程度的提高

隨著農業生產的加快與農業機械化水平的提高，農業機械的類型也變得多種多樣，結構更加復雜，在操作時的智能性也不斷增強，對于農業機械故障的診斷技術和日常的監測技術也愈發完善。在日后的農業機械診斷過程中，將會對故障的特點，選用針對性的遺傳算法，神經網絡和模糊邏輯等智能化的故障診斷技術[4]。以現有的診斷技術為基礎，根據農業機械化運行中故障產生的不同智能故障，研發出針對性的解決措施，從而推動農機故障診斷技術的智能化、綜合化發展。

3.3多種技術協調

隨著農業機械類型的增加，其結構也越發的復雜化，使得農機故障的產生變得多樣化，過去單一的解決措施已經不能滿足農機診斷在現在的需求。為了針對性的解決農機的各類故障，采用多種診斷技術相結合的方法，將各類診斷技術互相融合，已經成為了農機故障診斷技術向前發展的必然趨勢，并且越來越受到人們的重視。在處理農機故障時，除了故障的技術診斷外，還興起了多故障的診斷模式，將不同的診斷技術相互融合，取長補短[5]，進而找出解決故障的新措施。這種診斷模式，大大的提高了故障診斷的準確性和解決效率，保證了農機的正常運行。結論由以上的分析可知，雖然現階段我國農業機械故障的診斷技術發展較快，水平相對較高，但是仍舊無法滿足復雜多樣的農業機械故障的要求，存在著一定的不平衡性。所以，不斷推動科學技術的發展，深入了解導致農機故障的原因，加大對農機故障診斷技術的研究，是保證農機正常運行，延長農機使用壽命的重要手段。

作者：周翔