鐵道雜志論文發(fā)表鐵路機(jī)電設(shè)備的故障診斷

　　我國(guó)鐵路建設(shè)發(fā)展迅猛，人們對(duì)機(jī)電設(shè)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(duì)鐵路機(jī)電設(shè)備的故障診斷十分重要。本文首先介紹了我國(guó)機(jī)電設(shè)備的故障診斷現(xiàn)狀，隨后給出了詳細(xì)的機(jī)電設(shè)備的故障診斷方案，為我國(guó)鐵路機(jī)電設(shè)備故障診斷提供了新思路，也為我國(guó)鐵路事業(yè)的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。

　　《鐵路工程造價(jià)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(jià)管理為主題、工程技術(shù)與經(jīng)濟(jì)相結(jié)合的學(xué)術(shù)性刊物，是廣大鐵路工程技術(shù)、工程經(jīng)濟(jì)人員開展學(xué)術(shù)研究、經(jīng)驗(yàn)交流、信息互通的園地。面向的主要對(duì)象是鐵路行業(yè)從事工程建設(shè)、設(shè)計(jì)、施工的管理人員、技術(shù)人員、工程經(jīng)濟(jì)人員及從事工程造價(jià)的教學(xué)科研人員;路外各地方、各行業(yè)的建設(shè)主管部門、建設(shè)銀行、造價(jià)管理機(jī)構(gòu)、中介服務(wù)組織;以及其他與鐵路建設(shè)有關(guān)的單位及工程技術(shù)人員。

　　【摘要】：隨著科技的快速發(fā)展，近年來我國(guó)在鐵路建設(shè)方面取得優(yōu)異的成績(jī)，在鐵路運(yùn)輸中，鐵路機(jī)電設(shè)備充當(dāng)著重要角色，是運(yùn)營(yíng)工作能安全順利進(jìn)行的可靠保證，對(duì)機(jī)電設(shè)備的故障進(jìn)行分析診斷，并把所得結(jié)論運(yùn)用于實(shí)踐當(dāng)中是現(xiàn)在重要的一項(xiàng)工作。

　　【關(guān)鍵詞】：鐵路機(jī)電;機(jī)電設(shè)備;故障診斷

　　1. 引言

　　隨著我國(guó)鐵路事業(yè)的蓬勃發(fā)展,其運(yùn)輸能力也在逐年的增加,而鐵路機(jī)電設(shè)備的正常運(yùn)轉(zhuǎn)對(duì)于保證鐵路系統(tǒng)的正常運(yùn)行起著非常重要的作用。機(jī)電設(shè)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(huì)受到不同程度的磨損老化,對(duì)于一些關(guān)鍵性部件,一旦出現(xiàn)故障,因檢修維修占用時(shí)間較長(zhǎng),則會(huì)影響鐵路路線的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。傳統(tǒng)的檢修方式以及無法適應(yīng)當(dāng)今新情況的要求,不僅占用大量的時(shí)間,還會(huì)使成本上升,為了充分發(fā)揮機(jī)電設(shè)備的性能,需對(duì)其進(jìn)行動(dòng)態(tài)的監(jiān)測(cè),做到提前預(yù)防,發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)處理以增加其使用壽命。

　　2. 機(jī)電設(shè)備故障診斷的現(xiàn)狀

　　2.1 機(jī)械故障

　　(1) 機(jī)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(fù)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(jí)排除緊急程度;②非常容易發(fā)生一級(jí)重大故障需立即排除;③容易發(fā)生二級(jí)重大故障盡量快排除;④偶爾發(fā)生三級(jí)重大故障生產(chǎn)間歇時(shí)排除;⑤極少發(fā)生四級(jí)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(shí)際故障和未發(fā)生的潛在故障;也可以根據(jù)故障發(fā)生的原因或性質(zhì)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(duì)設(shè)備功能、參數(shù)、零部件失效形式的影響，從而在設(shè)計(jì)，使用中采取改進(jìn)措施，減少或杜絕故障發(fā)生，保證人員和機(jī)械安全。

　　(2) 機(jī)械故障的規(guī)律

　　機(jī)械故障隨時(shí)間變化的規(guī)律叫機(jī)械的故障規(guī)律。用壽命特性曲線，也稱“浴盆曲線”來描述機(jī)械故障時(shí)效率隨使用時(shí)間的變化關(guān)系。壽命特性曲線分為三個(gè)階段。第一階段為早期故障期，即由于設(shè)計(jì)制造保管運(yùn)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(yùn)轉(zhuǎn)期，亦稱隨機(jī)故障期。機(jī)器經(jīng)跑和、調(diào)整，故障率逐漸下降并趨于穩(wěn)定。在該階段內(nèi)僅有突發(fā)性故障，一般故障率較小。這一階段表征了機(jī)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(shí)對(duì)機(jī)器進(jìn)行大修，更換達(dá)到壽命的零部件，加強(qiáng)維護(hù)，可延長(zhǎng)使用期。但一般大修費(fèi)用可能較高，大修后的機(jī)器性能往往不如新機(jī)器。

　　(3) 機(jī)械故障發(fā)生的原因

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

　　2.2 機(jī)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(yùn)轉(zhuǎn)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(zhǎng)大或縮小)和形狀變形(如彎曲和翹曲)。

　　(2) 機(jī)械磨損

　　磨損又分為黏著磨損、磨粒磨損和表面疲勞磨損。機(jī)械磨損的一般規(guī)律：機(jī)械設(shè)備在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，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(jī)械的磨損過程大致分為三個(gè)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(guān)鍵。(2)盡量保證液體潤(rùn)滑，對(duì)設(shè)備進(jìn)行正確、合理的潤(rùn)滑，能有效減少設(shè)備零部件的磨損，延長(zhǎng)設(shè)備使用壽命。(3)采用多種表面處理方法：如滾壓、化學(xué)表面熱處理、鍍鉻、噴涂等(4)正確進(jìn)行(5)摩擦副的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(6)設(shè)備正確的維護(hù)與使用對(duì)設(shè)備的壽命影響很大

　　相對(duì)于機(jī)械故障，電氣故障的特點(diǎn)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(diǎn)，此外還具有隱蔽性和突發(fā)性。

　　2.3 機(jī)電設(shè)備常見故障分類判斷

　　對(duì)于機(jī)電設(shè)備常見的故障可按照以下進(jìn)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(duì)于現(xiàn)在多數(shù)的設(shè)備,因其自能化,設(shè)備內(nèi)部有監(jiān)控部件性能的程序,在出現(xiàn)故障時(shí)可自動(dòng)報(bào)警,維修人員可根據(jù)提示來排除故障;對(duì)于一些故障,并無指示提示,這就需要維修人員的經(jīng)驗(yàn)來找到故障的來源,從而進(jìn)行排除。如部件因壓力過高導(dǎo)致的行程失調(diào),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(duì)于非破壞性故障,只是由于設(shè)備的老化變形、磨損松動(dòng)等情況,找到原因之后對(duì)其進(jìn)行更換處理即可;對(duì)于破壞性故障,如軸承斷裂開裂,機(jī)床出現(xiàn)點(diǎn)蝕壓痕等現(xiàn)象,需找到原因,在維修之后,應(yīng)盡量避免此類故障再次出現(xiàn)。

　　(3)設(shè)備故障還可以分為系統(tǒng)性和偶然性故障。對(duì)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(duì)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?yàn)槟承�機(jī)械結(jié)構(gòu)部件發(fā)生松動(dòng)、脫落,可能導(dǎo)致漏油滲油等現(xiàn)象出現(xiàn),對(duì)于這類故障,分析其來源較為困難,需要反復(fù)試驗(yàn)才能確定。

　　3. 機(jī)電設(shè)備的故障診斷方案

　　3.1 故障診斷注意事項(xiàng)

　　機(jī)電設(shè)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(cè)診斷法等，有時(shí)會(huì)根據(jù)溫度、噪音、壓力等采用相應(yīng)的方法，但是不管采用哪一個(gè)方法來診斷故障， 在診斷前都必須注意這三大項(xiàng)：①遵循先外后內(nèi)原則，維修人員在做檢修工作時(shí)，必須認(rèn)真、細(xì)致地對(duì)每一個(gè)元件做檢查， 按照從外至內(nèi)的順序，一步一步進(jìn)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(shí)處理，在處理好這兩個(gè)元件的前提下，最后才驅(qū)動(dòng)元件。②遵循先機(jī)后電原則，顧名思義先機(jī)后電是先檢查機(jī)械故障，再到檢查電氣故障，機(jī)械結(jié)構(gòu)直觀，檢修時(shí)可直接觀察設(shè)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(duì)電氣做檢修工作。③先干后葉，按照主次之分，先對(duì)主要部件做檢修，尤其是接口部件和結(jié)合部零件，這兩個(gè)部件務(wù)必著重檢修，然后再對(duì)次要部件進(jìn)行檢修。機(jī)電設(shè)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(shù)之外，還要熟悉故障的表象，檢修時(shí)按照程序一步一步地進(jìn)行，只有這樣才能快速找出故障源頭，并且高效率的修復(fù)好設(shè)備。

　　3.2 設(shè)備故障的判斷

　　機(jī)電故障類型居多， 為了鐵路機(jī)電設(shè)備故障能有效診斷，把故障進(jìn)行分類判斷：①根據(jù)故障是否對(duì)設(shè)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(shí)務(wù)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(shí)找出并做好處理解決工作。②通常故障發(fā)生時(shí)，出現(xiàn)兩種情況，一種情況會(huì)有報(bào)警，提示有故障存在，另一種情況恰恰相反，毫無預(yù)示，根據(jù)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(jí)設(shè)備控制系統(tǒng)中才具有此功能，對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的硬件與軟件性能時(shí)刻監(jiān)控，若一旦故障產(chǎn)生， 設(shè)備屏幕上就會(huì)立即自動(dòng)顯示或是發(fā)出報(bào)警信號(hào)， 維修人員可在第一時(shí)間里根據(jù)診斷手冊(cè)提供的信息實(shí)施維修工作。有診斷提示如果對(duì)故障設(shè)備維修不徹底，會(huì)導(dǎo)致無診斷提示的發(fā)生，而且其維修難度較大，只有技術(shù)高超、對(duì)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(jī)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(huì)發(fā)生的故障叫隨機(jī)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(fù)試驗(yàn)， 然后再根據(jù)試驗(yàn)所得信息綜合判斷才可解決。把故障分類細(xì)化， 能使維修人員能快速找出故障源頭與處理方法，及時(shí)對(duì)機(jī)電設(shè)備故障進(jìn)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(dòng)態(tài)觀點(diǎn)診斷機(jī)電設(shè)備故障

　　鐵路機(jī)電設(shè)備故障維修人員在對(duì)故障診斷時(shí)， 常常使用直流電阻測(cè)試法， 檢查電機(jī)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(duì)未來可能發(fā)生的故障不能預(yù)測(cè)， 采用動(dòng)態(tài)觀點(diǎn)分析法， 做倍頻測(cè)試、阻抗測(cè)試以及MCA 測(cè)試，可預(yù)測(cè)出未來很可能發(fā)生的故障。在發(fā)生故障或是轉(zhuǎn)子位置改變時(shí)， 電感和阻抗會(huì)發(fā)生變化，是判斷定子是否存在問題的主要依據(jù)，判斷方法是：把頻率、電流的基值依次設(shè)置好，再適當(dāng)增加頻率，此時(shí)認(rèn)真觀察電流的變化，并記錄下來，倍頻電流發(fā)生波動(dòng)，波動(dòng)在15~20%屬于正常范圍，繞組阻抗的成分復(fù)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(píng)判值I/F，三相交流電機(jī)的I/F 值效果顯著， 所以利用三相交流電機(jī)做故障診斷，例如，當(dāng)利用三相交流電機(jī)測(cè)試時(shí)，得到的結(jié)果為-46%，-45%，-41%，則說明交流電機(jī)相間出現(xiàn)短路現(xiàn)象，要修復(fù)，若測(cè)試出的數(shù)據(jù)為-46%，-46%，-45%，則說明出現(xiàn)的短路不太嚴(yán)重。阻抗測(cè)試：電機(jī)電路的阻抗受到多方面影響，與電機(jī)電路由本身結(jié)構(gòu)復(fù)雜有關(guān)，其由阻抗、互感、電阻以及電容組成，工作時(shí)，不光是定子繞組的類型還是轉(zhuǎn)子繞組的位置， 或是匝間互感自感都會(huì)對(duì)電機(jī)電路的阻抗造成明顯的改變，由此看來，通過抗阻測(cè)試的方法，能反映出轉(zhuǎn)子是否出故障，從而達(dá)到預(yù)測(cè)是否需要維修的目的。

　　MCA 測(cè)試轉(zhuǎn)子是否存在故障，舉例分析MCA 測(cè)試，測(cè)試一臺(tái)修復(fù)后的鐵路CA 拖動(dòng)電機(jī)，測(cè)試結(jié)果如表1 所示。

　　表1 修復(fù)后的鐵路拖動(dòng)電機(jī)測(cè)試結(jié)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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