鐵道雜志論文發(fā)表鐵路機電設備的故障診斷

　　我國鐵路建設發(fā)展迅猛，人們對機電設備安全性要求越來越高，因此，作者在這篇鐵道雜志論文發(fā)表對鐵路機電設備的故障診斷十分重要。本文首先介紹了我國機電設備的故障診斷現(xiàn)狀，隨后給出了詳細的機電設備的故障診斷方案，為我國鐵路機電設備故障診斷提供了新思路，也為我國鐵路事業(yè)的發(fā)展做出了貢獻。

　　《鐵路工程造價管理》(雙月刊)創(chuàng)刊于1986年，由鐵路工程定額所主辦。是全路唯一的以工程定額與工程造價管理為主題、工程技術與經濟相結合的學術性刊物，是廣大鐵路工程技術、工程經濟人員開展學術研究、經驗交流、信息互通的園地。面向的主要對象是鐵路行業(yè)從事工程建設、設計、施工的管理人員、技術人員、工程經濟人員及從事工程造價的教學科研人員;路外各地方、各行業(yè)的建設主管部門、建設銀行、造價管理機構、中介服務組織;以及其他與鐵路建設有關的單位及工程技術人員。

　　【摘要】：隨著科技的快速發(fā)展，近年來我國在鐵路建設方面取得優(yōu)異的成績，在鐵路運輸中，鐵路機電設備充當著重要角色，是運營工作能安全順利進行的可靠保證，對機電設備的故障進行分析診斷，并把所得結論運用于實踐當中是現(xiàn)在重要的一項工作。

　　【關鍵詞】：鐵路機電;機電設備;故障診斷

　　1. 引言

　　隨著我國鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展,其運輸能力也在逐年的增加,而鐵路機電設備的正常運轉對于保證鐵路系統(tǒng)的正常運行起著非常重要的作用。機電設備在日常的使用過程中,受環(huán)境、材料等各種因素的影響,其零部件會受到不同程度的磨損老化,對于一些關鍵性部件,一旦出現(xiàn)故障,因檢修維修占用時間較長,則會影響鐵路路線的正常運轉。傳統(tǒng)的檢修方式以及無法適應當今新情況的要求,不僅占用大量的時間,還會使成本上升,為了充分發(fā)揮機電設備的性能,需對其進行動態(tài)的監(jiān)測,做到提前預防,發(fā)現(xiàn)問題及時處理以增加其使用壽命。

　　2. 機電設備故障診斷的現(xiàn)狀

　　2.1 機械故障

　　(1) 機械故障的類型

　　按故障發(fā)生速度分類：①漸發(fā)生故障;②突發(fā)性故障;③復合型故障。

　　按故障的危害程度分類：①故障頻繁程度影響程度等級排除緊急程度;②非常容易發(fā)生一級重大故障需立即排除;③容易發(fā)生二級重大故障盡量快排除;④偶爾發(fā)生三級重大故障生產間歇時排除;⑤極少發(fā)生四級重大故障大中修期間排除。

　　另外，還可以故障出現(xiàn)的情況分為已發(fā)生的實際故障和未發(fā)生的潛在故障;也可以根據故障發(fā)生的原因或性質分為人為故障和自然故障等�？傊�，研究故障類型的目的是通過分析各種故障對設備功能、參數(shù)、零部件失效形式的影響，從而在設計，使用中采取改進措施，減少或杜絕故障發(fā)生，保證人員和機械安全。

　　(2) 機械故障的規(guī)律

　　機械故障隨時間變化的規(guī)律叫機械的故障規(guī)律。用壽命特性曲線，也稱“浴盆曲線”來描述機械故障時效率隨使用時間的變化關系。壽命特性曲線分為三個階段。第一階段為早期故障期，即由于設計制造保管運輸安裝等原因造成的早期故障。其故障率較高，但容易排出。第二階段為正常運轉期，亦稱隨機故障期。機器經跑和、調整，故障率逐漸下降并趨于穩(wěn)定。在該階段內僅有突發(fā)性故障，一般故障率較小。這一階段表征了機械的有效壽命。第三階段為耗損故障期，由于零件的磨損、腐蝕、疲勞等原因造成故障上升率，這時對機器進行大修，更換達到壽命的零部件，加強維護，可延長使用期。但一般大修費用可能較高，大修后的機器性能往往不如新機器。

　　(3) 機械故障發(fā)生的原因

　　機械設備故障的原因是多種多樣的，歸納起來有：①機械設備自身缺陷影響;②環(huán)境因素影響;③時間因素影響。

　　2.2 機械零件的失效形式

　　(1) 變形失效

　　變形失效件體現(xiàn)為：不能承受規(guī)定載荷;不能起到規(guī)定作用;與其他零件的運轉發(fā)生干擾。變形—在某種程度上減弱了零件規(guī)定功能，可以是塑性的或彈塑性的變形基本類型：尺寸變形或體積變形(長大或縮小)和形狀變形(如彎曲和翹曲)。

　　(2) 機械磨損

　　磨損又分為黏著磨損、磨粒磨損和表面疲勞磨損。機械磨損的一般規(guī)律：機械設備在運轉時，零件各部位的磨損并非相同，但磨損的發(fā)展具有共同的規(guī)律。機械的磨損過程大致分為三個階段：(1)“跑合”階段;(2)穩(wěn)定磨損階段;(3)急劇磨損階段。防止和減少磨損的方法和途徑:(1)正確的選材是提高耐磨性的關鍵。(2)盡量保證液體潤滑，對設備進行正確、合理的潤滑，能有效減少設備零部件的磨損，延長設備使用壽命。(3)采用多種表面處理方法：如滾壓、化學表面熱處理、鍍鉻、噴涂等(4)正確進行(5)摩擦副的結構設計(6)設備正確的維護與使用對設備的壽命影響很大

　　相對于機械故障，電氣故障的特點略顯單一，收到環(huán)境溫度、濕度的影響，凸顯了電氣故障敏感性特點，此外還具有隱蔽性和突發(fā)性。

　　2.3 機電設備常見故障分類判斷

　　對于機電設備常見的故障可按照以下進行分類。

　　(1)按照有無指示分為有診斷指示故障和無指示故障。對于現(xiàn)在多數(shù)的設備,因其自能化,設備內部有監(jiān)控部件性能的程序,在出現(xiàn)故障時可自動報警,維修人員可根據提示來排除故障;對于一些故障,并無指示提示,這就需要維修人員的經驗來找到故障的來源,從而進行排除。如部件因壓力過高導致的行程失調,部件老化、功能失效性能減退等。

　　(2)按照部件的破壞情況分為非破壞性和破壞性故障。對于非破壞性故障,只是由于設備的老化變形、磨損松動等情況,找到原因之后對其進行更換處理即可;對于破壞性故障,如軸承斷裂開裂,機床出現(xiàn)點蝕壓痕等現(xiàn)象,需找到原因,在維修之后,應盡量避免此類故障再次出現(xiàn)。

　　(3)設備故障還可以分為系統(tǒng)性和偶然性故障。對于系統(tǒng)性故障,則是由于因零部件使用壽命到期一定出現(xiàn)的故障,對于這類故障只要定期檢修更換部件即可避免;偶然性故障則是因為某些機械結構部件發(fā)生松動、脫落,可能導致漏油滲油等現(xiàn)象出現(xiàn),對于這類故障,分析其來源較為困難,需要反復試驗才能確定。

　　3. 機電設備的故障診斷方案

　　3.1 故障診斷注意事項

　　機電設備故障診斷方法眾多，一般情況下，維修人員較常用的方法有自診斷法、故障樹分析法、金相檢測診斷法等，有時會根據溫度、噪音、壓力等采用相應的方法，但是不管采用哪一個方法來診斷故障， 在診斷前都必須注意這三大項：①遵循先外后內原則，維修人員在做檢修工作時，必須認真、細致地對每一個元件做檢查， 按照從外至內的順序，一步一步進行，首先是檢查執(zhí)行元件，然后再到控制元件，若發(fā)現(xiàn)故障及時處理，在處理好這兩個元件的前提下，最后才驅動元件。②遵循先機后電原則，顧名思義先機后電是先檢查機械故障，再到檢查電氣故障，機械結構直觀，檢修時可直接觀察設備表面的狀況，是否出現(xiàn)常見的打滑、卡死、裂縫等故障，隨后再對電氣做檢修工作。③先干后葉，按照主次之分，先對主要部件做檢修，尤其是接口部件和結合部零件，這兩個部件務必著重檢修，然后再對次要部件進行檢修。機電設備故障類型繁多，給維修工作帶來很大難度，維修人員除了熟悉掌握檢修技術之外，還要熟悉故障的表象，檢修時按照程序一步一步地進行，只有這樣才能快速找出故障源頭，并且高效率的修復好設備。

　　3.2 設備故障的判斷

　　機電故障類型居多， 為了鐵路機電設備故障能有效診斷，把故障進行分類判斷：①根據故障是否對設備主體造成破壞，分為破壞性故障與非破壞性故障，在維修時務必處理好破壞性故障，不能遺漏，非破壞性故障也可不忽視，為了制止非破壞性故障演變成破壞性故障， 要及時找出并做好處理解決工作。②通常故障發(fā)生時，出現(xiàn)兩種情況，一種情況會有報警，提示有故障存在，另一種情況恰恰相反，毫無預示，根據這兩種情況，可把故障分為無指示故障和有診斷指示故障。有診斷提示故障一般是高級設備控制系統(tǒng)中才具有此功能，對整個系統(tǒng)的硬件與軟件性能時刻監(jiān)控，若一旦故障產生， 設備屏幕上就會立即自動顯示或是發(fā)出報警信號， 維修人員可在第一時間里根據診斷手冊提供的信息實施維修工作。有診斷提示如果對故障設備維修不徹底，會導致無診斷提示的發(fā)生，而且其維修難度較大，只有技術高超、對故障了如指掌的維修人員才能排除此類故障。③按系統(tǒng)的必然性區(qū)分，可把故障分為偶然性故障和系統(tǒng)性故障，偶然性故障也稱為隨機故障， 兩者故障確切的分析存在一定難度，一般情況下把偶爾會發(fā)生的故障叫隨機故障，而在滿足一定條件下，100%發(fā)生的故障叫系統(tǒng)故障，排除此類故障必須要通過大量反復試驗， 然后再根據試驗所得信息綜合判斷才可解決。把故障分類細化， 能使維修人員能快速找出故障源頭與處理方法，及時對機電設備故障進行維修工作，而且能把隱藏的故障做全面處理，避免在日后的使用中出現(xiàn)。

　　3.3 以動態(tài)觀點診斷機電設備故障

　　鐵路機電設備故障維修人員在對故障診斷時， 常常使用直流電阻測試法， 檢查電機的使用狀況來確定是否有故障存在，這樣雖然診斷出故障所在，但是對未來可能發(fā)生的故障不能預測， 采用動態(tài)觀點分析法， 做倍頻測試、阻抗測試以及MCA 測試，可預測出未來很可能發(fā)生的故障。在發(fā)生故障或是轉子位置改變時， 電感和阻抗會發(fā)生變化，是判斷定子是否存在問題的主要依據，判斷方法是：把頻率、電流的基值依次設置好，再適當增加頻率，此時認真觀察電流的變化，并記錄下來，倍頻電流發(fā)生波動，波動在15~20%屬于正常范圍，繞組阻抗的成分復雜，但電感是其主要成分。除此之外的變化量，作為匝間短路的評判值I/F，三相交流電機的I/F 值效果顯著， 所以利用三相交流電機做故障診斷，例如，當利用三相交流電機測試時，得到的結果為-46%，-45%，-41%，則說明交流電機相間出現(xiàn)短路現(xiàn)象，要修復，若測試出的數(shù)據為-46%，-46%，-45%，則說明出現(xiàn)的短路不太嚴重。阻抗測試：電機電路的阻抗受到多方面影響，與電機電路由本身結構復雜有關，其由阻抗、互感、電阻以及電容組成，工作時，不光是定子繞組的類型還是轉子繞組的位置， 或是匝間互感自感都會對電機電路的阻抗造成明顯的改變，由此看來，通過抗阻測試的方法，能反映出轉子是否出故障，從而達到預測是否需要維修的目的。

　　MCA 測試轉子是否存在故障，舉例分析MCA 測試，測試一臺修復后的鐵路CA 拖動電機，測試結果如表1 所示。

　　表1 修復后的鐵路拖動電機測試結果表

　　T1-T2 T1-T3 T2-T3

　　電感 0 0 0

　　電阻 0.037 0.037 0.037

　　電抗 4 4 4

　　相角 51 52 51

　　I/F -45 -45 -45

　　絕緣 >99MΩ

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