机械故障特性分析及维修方式选择.doc

机械故障特性分析及修理方式选择

机械故障的形成过程及规律
　　所谓机械故障，是指机械设备因偏离其制定状态而丧失部分或全部功能的现象。故障程度应从定量的角度来估计功能丧失的严重性，通常所见到的汽车发动机不起动、制动不灵、燃油和润滑油消耗量异常、机械传动系统运转不平稳等都是机械故障的表现形式，当其超过了规定的指标，即发生了故障。
　　机械的技术状况随使用时间的延长会逐渐恶化，发生故障的可能性也随时间的延长而增大，由于故障的发生具有随机性，很难猜测故障发生确实切时间，因此，可以用累计故障率、故障密度和故障率来度量。
　　累计故障率：即故障发生的时间比率，或在规定条件下和规定的时间内发生故障的概率。
　　故障密度：故障密度是累计故障率对时间的微分，它反映了故障概率随时间变化的快慢，某一时间的故障密度大，则故障概率增加得快。
　　故障率：故障率分瞬时故障率和平均故障率。产品在某一瞬态时的单位时间内发生故障的概率，称作瞬时故障率，有时简称故障率。产品在某一段随时内单位时间发生故障的概率．称为平均故障率。
　　最常见的机械故障率随时间变化的规律如图1所示的浴盆曲线．曲线可划分为早期故障期(初始故障)、随机故障期(偶发故障)和耗损故障期(衰老故障)三个阶段。机械设备在工作初期，由于制定、制造的不完善，工艺缺陷和装配调整缺陷，致使故障率较高，而且故障率随时间的增加而迅速下降，呈渐减型，假设进行大修或技术改造后，再次使用也会出现这种状况。机械设备经过早期故障阶段后，由于使用环境的偶然变化、人为操作差错、管理不善造成的潜在缺陷、维护不良、零部件缺陷等，均可造成随机分布的偶发故障，故障率低而稳定，近似为常数。这一阶段是机械设备最正确工作时期，机械设备的使用寿命基本上由此阶段决定。在机械设备使用后期，由于机械中的主要零部件的各种磨损、疲惫、老化、腐蚀等的累积达到一定程度，机械的故障率随运转时间的增加而不断增大，而且上升趋快，呈渐增型，机械进入耗损故障阶段，故障增多，故应强化预防性修理。
　　机械故障的特性分析
　　机械故障是与磨损、腐蚀、疲惫、老化等机理分不开的。依据机械故障形成的一般过程机械故障主要有以下一些特性：
　　潜在性：机械在使用中会出现各种损伤，损伤引起零部件结构参数发生变化，当损伤发展到使零部件结构参数超出同意值时，机械即出现潜在故障。由于机械制定合计一定的安全系数，即使某些零部件的结构参数超出同意值后，机械的功能输出参数仍在同意的范围内，机械并未发生功能故障。同时，通过润滑、清洁、紧固、调整等手段，可以消除或减缓损伤的发展，使潜在故障得到一定程度的控制甚至消除。因此，从潜在故障发展到功能故障一般具有较长的一段时间，机械故障的潜在性可通过维护来减少功能故障的发生，从而大大延长了机械的使用寿命。
　　渐发性：由于磨损、腐蚀、疲惫、老化等过程的发生与时间关系密切，因此而引起的机械故障也与时间有关。机械使用中损伤是逐步产生的，零部件的结构参数也是缓慢变化的，机械性能也是逐渐恶化的。机械使用时间越长，发生故障的概率就越大，故障发生的概率与机械运转的时间有关，由于故障的渐发性这一特性，使多数的机械故障可以预防。
　　耗损性：机械磨损、腐蚀、疲惫，老化等过程伴随着能量与质量的变化，其过程是不可逆转的。表现为机械老化程度逐步加剧，故障越来越多。随着使用时间的增加，局部故障的排除虽然能恢复机械的性能，但机械的故障率仍不断上升。同时损伤的消除也是不完全性的，修理不可能使机械的性能恢复到使用前的状态。
　　模糊性：机械使用中，由于受到各种使用及环境条件的影响，其损伤与输出参数的变化都具有一定的随机性与分散性。同时，由于材料与制造等因素的影响，机械的各种极限值、初始值也具有不同的分布，同一机械在不同的使用环境下，输出参数随时间也具有不同的分布。从而导致参数变化及故障判断标准都具有一定的分散性，使机械故障的发生与判断标准都具有一定的模糊性。
　　多样性：机械使用中，由于磨损、腐蚀、疲惫、老化过程的同时作用，同一零部件往往存在多种故障机理，产生多种故障模式，例如轴的弯曲变形、磨损、疲惫断裂等。这些故障不仅故障机理与表现形式不同，而且分布模型及在各级的影响程度也不同，使故障浮现出多样性。

　机械设备修理方式及选择
　　机械故障的产生是一系列过程的最终结果，从作用在机械上的能量的角度出发，可以得出图2所示的机械故障发生框图，通过分析研究故障发生的原因，以便制定预防故障发生的对策和修理方案。
　　修理的目的在于保证机械设备运转的可靠性，即保证使用价值的可靠性，还要使修理费用最省。因此，修理方案的基本要求是：可靠度不得低于同意的最小值，修理费用为最少或不得大于某个预定的修理费限额。
　　依据修理时机和修理深度不同，修理方式分以下几类：
　　事后修理：又称故障修理或损坏修理，当机械设备发生故障或损坏后才进行修理，以恢复机械原有的功能为目的。事后修理方式的优点修理费用较低，对修理管理的要求低，易于修理组织。缺点是停机时间长，造成的损失大，修理无计划，修理内容、时间长短及安排等都有很大的随意性。
　　计划修理：又称定期修理，不管使用时间长短，不管其技术状况如何，只要到了预先规定的修理期限，都要进行规定的修理工作以防止引起突发性事故。计划修理方式的优点：修理活动有计划，可以减少修理工作量和停机时间，有较好的预防故障作用，可以长周期的计划安排。缺点是：为防止故障发生．保险系数取值偏大，修理频率高，不能针对实际状况进行修理，机械设备的利用率低．经济效益不好。
　　强制修理：由于一些关键性零部件的损坏，会造成较大的停机损失，或由于某些零部件所处的位置难以拆卸，进行此类零件的改换也会带来较大的停机损失。在这种状况下，可以利用生产间隙或计划的停产期，采纳强制修理方式修理或改换这些零件，以使停产损失降至最低。
　　按需修理：按需修理是以机械设备的实际技术状态为基础的修理，分以下三种类型：
　　①定期检测，按需修理是依据摩擦学原理及周期检查的结果来诊断机械的实际状况而进行接近机械实际需要的修理。通过检测发现机械存在的缺陷和隐患，并有针对性地安排修理计划，以排除这些缺陷和隐患，减少修理费用。由于受检测手段和修理人员经验的制约，会使检测及计划不准确，造成修理不够。
　　②视情修理，是依据机械设备定期检测或在线监测和诊断装置预报的实际状况而确定修理的时机和内容。这种修理方式适用于属于耗损故障的机件，难以依靠经验发现故障、又不同意任意解体检查的机械设备。视情修理的优点可以充分发挥机件的潜力，提升机械设备预防修理的有效性，减少修理工作量和人为差错。缺点：修理费用转高，要求具备一定的诊断条件。
　　③冗余制定，按需修理关于大型、贵重、关键机械的某些突发故障，故障征兆无法预报时，采纳冗余制定，以防故障发生时产生不良后果，在故障发生后对相应部件进行修理。
　　改善修理：改善修理方式适用于故障发生频繁、平均故障间隔较短，以及修理或改换费用很大时，如果实施正确，可以一次排除上述问题。
　　上述五种修理方式各有一定的适用范围，应用是否恰当，则有优劣之分。选择修理方式时，应从故障发生后的安全性、经济性合计，通过研究和分析不同修理方式的具体内容、特点、适用范围，结合实际状况和生产需要，来寻求优化的修理方式，以取得较好的经济效益。如可以依据故障性质和故障后果选择修理方式，如果具备不解体检测手段，应执行计划修理与定期检测按需修理相结合的修理方式。