浅谈机械设备故障诊断及维修管理

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一、 概述
随着设备技术的飞速发展，先进的设备需要先进的维修技术，更需要先进的管理模式。
# W' N3 ^3 K& S, R5 I 我国机械维修管理现状及发展趋势 一直以来，我国工业企业的设备维修，基本采用的是前苏联的周期计划维修，即定期大、小修。从理论上来讲，周期计划维修是属于预防维修范畴，在保证设备完好、延长设备的使用寿命方面发挥了积极作用。但是，随着现代工业技术的不断发展，使工业机械的内涵发生了巨大变化，机械工艺性能和安全性能有了很大提高，随之引起的设备维修也更趋合理。
自20世纪80年代以后，状态维修的理论逐步渗透到我国。根据设备运行状态的优劣，确定维修方式和维修时间，比传统的周期计划维修前进了一大步。状态维修特别注重预防 检查、监测，既做到了预防，又避免了过剩维修；而周期计划维修所欠缺的正是这一点。
随着工业化、经济全球化、信息化的发展，机械制造、自动控制、可靠性工程及管理科学出现了新的突破，使现代设备的科学管理出现了新的趋势，把握这一趋势，对于加强我国设备的现代化和科学化具有重要的现实意义。这一新趋势主要表现在以下方面：
（1）设备管理信息化趋势；
5 S( O+ H5 @# V2 E; [ （2）设备维修社会化、专业化、网络化趋势；
（3）可靠性工程在设备管理中的应用趋势；
（4）状态监测和故障诊断技术的应用趋势；
（5）从定期维修向预知维修转变的趋势。
以上设备管理的新趋势是和当前社会生产的技术经济特点相适应的，这些新趋势带来了设备管理水平的提升。
& W9 _6 @: C. d5 ]$ b  ?5 a 二、 机械设备维修的理论基础
3 j2 Y0 Q# b; t* ^- O" i 1 机械故障
（1）机械故障的概念 机械设备丧失了规定性能的状态，称为机械故障。
（2）机械故障的类型
/ `0 \3 o% c. k$ P/ Z 第一：按故障发生速度分类1）渐发生故障2）突发性故障3）复合型故障
第二：按故障后果分类 1）功能故障 2）参数故障
第三：按故障的危害程度分类
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+ z& ]2 G; g- ~; |" e 另外，还可以故障出现的情况分为已发生的实际故障和未发生的潜在故障；也可以根据故障发生的原因或性质分为人为故障和自然故障等。总之，研究故障类型的目的是通过分析各种故障对设备功能、参数、零部件失效形式的影响，从而在设计，使用中采取改进措施，减少或杜绝故障发生，保证人员和机械安全。
（3）机械故障的规律
机械故障随时间变化的规律叫机械的故障规律。用寿命特性曲线，也称“浴盆曲线” 来描述机械故障时效率随使用时间的变化关系。寿命特性曲线分为三个阶段。第一阶段为早期故障期，即由于设计制造保管运输安装等原因造成的早期故障。其故障率较高，但容易排出。第二阶段为正常运转期，亦称随机故障期。机器经跑和、调整，故障率逐渐下降并趋于稳定。在该阶段内仅有突发性故障，一般故障率较小。这一阶段表征了机械的有效寿命。第三阶段为耗损故障期，由于零件的磨损、腐蚀、疲劳等原因造成故障上升率，这时对机器进行大修，更换达到寿命的零部件，加强维护，可延长使用期。但一般大修费用可能较高，大修后的机器性能往往不如新机器。
# B7 U" Q( X- T' |" b4 j （4）机械故障发生的原因
6 w6 H: e8 [" l# a 了解故障发生的原因，为合理的维修设备延长其使用寿命，进而采取有效措施，防止 故障的发生，具有重要的实际意义。
机械设备故障的原因是多种多样的，归纳起来有：1）机械设备自身缺陷影响；2）环境因素影响；3）时间因素影响。
2 机械零件的失效形式
（1）变形失效
变形失效件体现为：不能承受规定载荷；不能起到规定作用；与其他零件的运转发生 干扰。变形—在某种程度上减弱了零件规定功能，可以是塑性的或弹塑性的变形基本类型：尺寸变形或体积变形(长大或缩小)和形状变形(如弯曲和翘曲)。
5 g& H  V' W3 v: c) q （1） 弹性变形失效：变形量是在弹性范围内变化, 是刚度问题。杆，柱类，轴类零件，靠摩擦力传动的零件等弹性变形会带来失效的问题.影响弹性变形主要因素：零件形状、尺寸、材料的弹性模量，零件工作温度和载荷的大小
. K8 T# T: D$ C$ Q （2） 塑性变形失效：是外加应力超过零件材料的屈服极限时发生明显的塑性变形。塑性变形影响因素: 除弹性变形中所有影响因素外, 还有材料缺陷，使用不当,设计有误等,其中特别是热处理不良更为突出。如齿轮的齿部高频淬火，可能因温度控制不妥造成裂纹。
: y* A3 P: L2 @4 q （3）翘曲变形失效：是一种与方向上常产生复杂规律的变形而最终形成了翘曲的外形而导致失效.
（2） 断裂失效
; w" e3 z* I4 D 1) 断裂分类
①按断裂性质分
+ ?" |- G) Z2 v0 X* c5 P 韧性断裂—材料断裂之前发生明显的宏观塑性的断裂.
脆性断裂—指材料在断裂之前不发生或发生很小的宏观可见的塑性变形的断裂.
( c. y8 D0 g* B: W 韧性-脆性断裂——又称准脆性断裂.是一种塑性和脆性混合的断裂.
②按断裂路径分: 眼镜断裂 ,穿晶断裂,混晶断裂.
6 E# X! f: i4 C 2) 断口分析方法
对金属材料的室温拉伸或冲击试样的断口宏观观察,可以看到其断口可分为纤维状区,放射状区及剪切唇区三个不同的区域.
( e6 ~" F( Z$ W* _9 G （3）腐蚀失效 腐蚀是金属暴露于活性介质环境中而发生的一种表面损耗,是化学和电化学作用的结果.腐蚀失效有几种基本类型: 1）均匀腐蚀；2）点腐蚀；3）晶向腐蚀。
（4）磨损 零件工作表面的物质，由于表面相互摩擦或介质冲刷而不断损失的现象叫磨损。磨损是零件的主要失效形式。
磨损又分为黏着磨损、磨粒磨损和表面疲劳磨损。机械磨损的一般规律：机械设备在运转时，零件各部位的磨损并非相同，但磨损的发展具有共同的规律。机械的磨损过程大致分为三个阶段：1）“跑合”阶段；2）稳定磨损阶段；3）急剧磨损阶段。防止和减少磨损的方法和途径:a.正确的选材是提高耐磨性的关键。b.尽量保证液体润滑，对设备进行正确、合理的润滑，能有效减少设备零部件的磨损，延长设备使用寿命。c.采用多种表面处理方法：如滚压、化学表面热处理、镀铬、喷涂等d.正确进行e.摩擦副的结构设计f.设备正确的维护与使用对设备的寿命影响很大。
8 ?/ s% w" _5 \, i0 p0 o5 M! ] 三、 机械故障诊断技术
1. 机械故障诊断技术
机械故障诊断技术是20世纪70年代以来，随着电子测量技术、 送信号处理技术以及计算机的发展而逐渐形成的一门综合技术。
$ X2 a, g; ^# k' v 机械故障诊断技术是指在机器运行中或基本不拆卸的情况下，掌握机器的运行状况，预 测机器的可靠性，或判断机器故障的部位和原因，即人们常说的动态诊断或在线诊断。
机械设备传统的检测方法是依靠拆检，既费力费时，影响生产，又以加速机械设备的损坏。机械故障诊断技术的出现，使得利用诊断手段来判定机械的技术状态已逐渐成为可能，并为提高机械运转的可靠性提供了保证，为维修决策提供了科学依据。从而得以克服可能出现的过度修理或失修的缺点，使机械及其零件即可得到充分的利用，用能得到及时的维修。因此，机械设备诊断技术在机械运行、维修中已日益显得其重要性。
2. 机械故障诊断技术的原理、任务、分类和实施步骤
机械诊断技术的任务：（1）弄清引起机械劣化或故障的主要原因（2）了解机械劣化部位及程度（3）了解机械的性能、强度、效率等。（4）预测机械的可能性及使用寿命。
机械故障诊断技术的分类：从诊断方式分，有功能诊断和运行诊断。功能诊断是指检测机器运行功能的正常性，其实实施对象往往是新安装或刚维修好的设备或机组。运行诊断是指对正常服役的设备或机组进行运行状态的检测和诊断，检测其故障的发生和发展；从所诊断设备的状态信号分,有震动诊断、强度诊断、温度诊断、声学诊断、袋内参数诊断、光学诊断、润滑油样诊断、性能趋势诊断；从诊断的连续性来分有定期诊断和连续性诊断；从诊断的完善程度来分，有建议诊断和精密诊断。
# ]) _; A# U% x) A" f 四、机械设备故障维修
设备修理前的技术准备：
机电设备大修前的准备工作很多，大多是技术性很强的工作，其完善程度和准确性、及时性都会直接影响大修进度计划、修理质量和经济效益。设备修理前的技术准备，包括设备修理的预检和预检的准备、修理图样资料的准备、各种修理工艺的制定及修理工检具的制造和供应。各企业的设备维修组织和管理分工有所不同，但设备大修前的技术准备工作内容及程序大致相同。
7 s2 D8 T$ o* U1 r+ G 1．预检
" k- @0 j. S; \ 为了全面深入了解设备技术状态劣化的具体情况，在大修前安排的停机 检查，通常称为预检。预检工作由主修技术人员负责，设备使用单位的机械人员和维修工人参加，并共同承担。预检工作量由设备的复杂程度、劣化程度决定，设备越复杂，劣化程度越严重，预检工作量就越大，预检时间也越长。预检既可验证事先预测的设备劣化部位及程度，又可发现事先未预测到的问题，从而全面深入了解设备的实际技术状态，并结合已经掌握的设备技术状态劣化规律，作为制定修理方案的依据。从预检结束至设备解体大修开始之间的时间间隔不宜过长，否则可能在此期间设备技术状态加速劣化，致使预检的准确性降低，给大修施工带来困难。
2．编制大修理技术文件
+ o% k  r0 C; T 通过预检和分析确定修理方案后，必须以大修理技术文件的 形式做好修理前的技术准备。机电设备大修理技术文件有修理技术任务书、修换件明细表、材料明细表、修理工艺和修理质量标准等。这些技术文件是编制修理作业计划，准备备品、配件、材料，校算修理工时与成本，指导修理作业以及检查和验收修理质量的依据，它的正确性和先进性是衡量企业设备维修技术水平的重要标志之一。
3．设备修理前的物质准备
设备修理前的物质准备是一项非常重要的工作，是搞好维 修工作的物质条件。实际工作中经常由于备品配件供应不上而影响修理工作的正常进行，延长修理停歇时间，造成“窝工”现象，使生产受到损失。因此，必须加强设备修理前的物质准备工作。主修技术人员在编制好修换件明细表和材料明细表后，应及时将明细表交给备件、材料管理人员。备件、材料管理人员在核对库存后提出订货。主修技术人员在制定好修理工艺后，应及时把专用工、检具明细表和图样交给工具管理人员。工具管理人员经校对库存后，把所需用的库存专用工、检具，送有关部门鉴定，按鉴定结果，如需修理提请有关部门安排修理，同时要对新的专用的工、检具，提出订货。（本文信息源自中国设备网，转载请注明出处。）

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