关于机电设备使用突发性故障的研究与分析.doc

关于机电设备使用突发性故障的研究与分析 孙剑锋，车守强，王京玉，李林强 （山东省兖州煤业公司济宁二号煤矿机电科，山东 兖州 邮编272171） 摘要文章从转动设备故障和漏油故障等方面出发，分析了突发性故障发生的原因和常用处理方法，并通过统计分析，总结故障发生的原因，对矿井机电设备日常的检修和维护具有一定的借鉴价值。 关键词突发性故障；运动障碍；转动设备故障；漏油 0引言 突发性故障是指那些发展速度快，带有突变性质的故障。它的特点是发生突然，没有明显的、长期的发展过程及其伴随而生的征兆，难以通过状态监测进行预报，无法用一定的规律描述或反映故障的发展过程。因此，故障发生以后往往是故障部位易发现，但故障原因不清楚，需要经过分析，才能进行判断。本文主要以目前矿井设备常见的运动障碍、转轴断裂和漏油三种表现形态为例，结合近年来我矿工作中发生的较有代表性的故障原因和统计分析，来说明突发性故障的一般分析和解决方法。其中，转轴断裂虽然往往由疲劳引起，有较长发展过程，但外观表现不明显。尤其对于普通机械设备来说，疲劳裂纹难于监测，最后的断裂带有突发性，因此作为突发性故障分析比较合适。对于漏油来说，虽然产生的原因各种各样，但是由不漏到漏往往带有突然性或突变性，因此也作为这一类故障进行分析。 1 运动障碍性故障的分析方法 对运动障碍性故障进行分析的常用方法是，首先要查清故障的主要特征，尤其是故障发展过程中产生的各种痕迹，再由痕迹分析损伤零件的受力关系，找出产生异常力的原因，或者由故障特征联系相关部件的结构特点进行分析，就可以达到探究故障根源的目的。 2由断口宏观特征分析零件的断裂原因 断口是指零件断裂后形成的自然表面。断口的宏观分析是指直接由人的视觉，或者借助放大镜观察零件断口的特征，根据这些特征，定性地判断零件发生断裂故障的原因，从而为排除故障运行的维修设计提供重要依据。 2.1断口宏观分析的作用 1）区分零件的断裂是由于一次加载引起的，还是疲劳引起的。 2）判断零件断裂的原因。 3）估计断裂零件的超载程度。 2.2零件一次加载断裂的断口特征 零件一次加载断裂是指零件在缓慢递增的或恒定的载荷作用下，或者在一次冲击能量作用下发生断裂的现象。包括静拉伸，静压缩，静弯曲，静扭转，静剪切，高温蠕变和一次冲击断裂等。最常见的零件静扭转断裂是转轴的静扭转断裂。 2.3旋转弯曲疲劳断裂是转轴最常见的破坏形式，其断裂的断口特征 2.3.1 无应力集中轴的旋转弯曲疲劳断口的特征 1）在转轴的外表面处，常见有一个疲劳源。 2）疲劳区呈现月牙形。 3）疲劳表面显现出贝壳状花纹。 2.3.2有应力集中轴的旋转弯曲疲劳断口的特征 1）在转轴的外表面处同时产生多少疲劳源。 2）最后破断区为同心圆形或偏心椭圆形。 3）疲劳表面显现出径向花纹。 2.4轴的扭转疲劳断裂的断口特征 转轴的扭转疲劳，如同大多数常见的疲劳断裂断口表面一样，具有两个不同的区域，一个是长期扩展形成的光滑的疲劳区，一个是粗糙的最后破断区。在应力集中较严重的情况下，转轴上的扭转疲劳起源处页2 此处是指扭转疲劳可有多处起始发生点，综合作用并最终导致断裂发生。 往往会有多个。在交变扭转载荷的作用下，从各个疲劳处开始扩展的裂纹就会各自以45的倾角向两个方向发展。当邻近的裂纹汇合在一起时，便形成了锯齿形裂纹。 2.5区别轴的一次加载断裂与疲劳断裂的方法 当转轴发生断裂破坏故障时，区别是由一次加载过大引起断裂，还是由疲劳引起断裂的方法，主要应从三个方面入手进行判断首先要弄清转轴断裂前的载荷经历；然后再根据转轴的断口特征进行分析；最后还应结合断口附近的变形情况进行综合判断①由转轴断裂前的载荷经历进行判断； ②由转轴的断口特征进行判断； ③由转轴断口附近的变形情况进行判断。 我矿某年一套天轮发生故障，表现为一侧轴承失效，辊子研磨变形并脱落，保持架损坏，轮毂连接螺栓断裂。分析断裂的螺栓，螺栓断口周围呈光滑的纤维状，中心呈辐射状且面积较大。根据分析，螺栓在受到径向和轴向交变载荷作用下发生松动，由于松动产生较大的冲击振动载荷，从而引起螺栓疲劳断裂。其中设计及工艺处理缺陷造成轴承辊子受不均匀边缘应力很大，使轴承过早失效是主因，继而影响紧固螺栓长期受到冲击振动载荷造成断裂。 根据我矿今年来发生的机电设备故障原因的统计分析我们可以看出，转动设备由于密封实效和安装装配或设备质量问题等原因发生故障较多（见图1），其中密封失效造成设备漏油等故障占非常大的比例。根据图中统计显示（见图2），矿井现场的环境如水汽、高温、粉尘严重等因素是造成密封失效继而导致漏油故障发生的主要原因。下面就漏油原因和如何解决漏油问题进行分析 3 常见漏油原因与治漏、检漏方法 通常将漏油划分为渗油、滴油和流油三种形态。一般静结合面部位，每半个小时滴一滴油为渗油；动结合面部位，每六分钟滴一滴油为渗出油无论是动结合面还是静结合面，每二至三分种滴一滴油时，就认为是在滴油；每分种滴五滴油时，就认为是在流油。 在排除设备漏油故障中，使设备达到治漏目的的一般要求是，设备外部静结合面处不得有渗油现象，动结合面处允许有轻微渗油，但不允许流到地面上；设备内部允许有些渗油，但不得渗入电气箱和传动带上，不得滴落到地面，并能引回到润滑油箱内。 3.1设备漏油的常见原因 3.1.1由设计不合理引起的漏油 1）没有合理的回油通路，使回油不畅造成设备漏油。 2）密封件与使用条件不相适应，造成设备漏油现象。 3）该密封的没有设计密封，或者密封尺寸不当，与密封件相配的结构不合理造成设备出现漏油现象。 3.1.2由缺陷和损坏引起的漏油 1）铸造箱体时，质量不合要求，出现砂眼、气孔、裂纹等缺陷，而又未及时发现，在设备使用过程中，这些缺陷往往就是设备漏油产生的根源。 2）油管选用塑料管，管接头选用塑料接头时，经过长期使用以后，会出现材料老化问题，造成油管和管接头破裂，引起漏油故障。 3）密封圈长期使用以后，摩擦磨损会使其丧失密封性能，或者橡胶等材料老化使密封圈完全损坏，以及转轴与套之间由于磨损，使孔轴间间隙增大，从而引起漏油现象。 3.1.3 由于维修不当而引起的漏油 1）相关件装配不合适引起漏油的情况比较常见。 2）换油不合要求，往往也会引起设备漏油。 3）对润滑系统选用和调节不合适而引起漏油。 3.2常见漏油故障的治理 3.2.1.治理漏油的一般方法 治理设备漏油的常用方法有调整法、紧固法、疏通法、封涂法、堵漏法、修理法、换件法、改造法等。 1）调整法通过调整液压润滑系统的油压，减少系统压力，调整滑动轴承，减小轴承孔与轴颈之间的间隙，以减少设备各处由于溢流过大而引起的渗漏。调整刮油装置，例如毛毡的松、紧、高、低，用以克服因刮油装置失效而引起的漏油问题。在治漏过程中，首先应考虑通过调整来进行治漏，只有在相关零件配合关系正确的基础上，再采取其他方法治理才为最合理。 2）紧固法通过紧固渗漏部位的螺钉、螺母、管接头等处，可以消除因联接部位松动而引起的漏油现象。一般在治漏过程中，应注意检查各联接部位的紧固情况。日常维护保养中，操作者也必须注意这个问题，要求做到发现松动部位，立即进行紧固，以避免发生漏油现象，或发生其他意外故障与事故。 3）疏通法保证回油畅通是治理漏油的重要措施。在回油通道上，如果回油孔过小、结构不合理、被污物堵住，应及时将回油孔扩大，排除污物，进行疏通，或者增加新的回油孔槽管路。油路畅通了，就减少了润滑油渗漏的机会。 4）封涂法对于管接头，箱体接缝处可以涂抹封口胶进行密封紧固，以消除渗漏现象。用封涂法进行治漏具有方法简单、效果明显、成本低廉、适应性广的特点。一般有70～80的设备都可不同程度采用封涂法进行治漏。 5）堵漏法尤其对于存在砂眼、透孔的铸件可以采用堵的方法进行治漏，例如用环氧树脂堵塞箱体砂眼或者被打透的螺钉孔效果还比较好。另外堵漏时还可以采用铅块、焊锡等物进行堵塞。 6）修理法例如，箱盖结合面不严密的应进行刮研修理。由于油管喇叭口不合适而造成管接头处漏油的时候，应对油管喇叭进行修理。液压润滑控制系统元件有时因为出现毛刺、拉伤、变形时，或造成外部漏油，或造成内部漏油现象。一般问题不大时，也可以通过修理法排除这种情况下造成漏油故障。 7）换件法当设备漏油是因密封件磨损、相关件损坏而又不能修复时，应进行更换。换件时应注意新换件与相配件要保持合适的配合关系。避免原有的漏油问题解决了，新的漏油问题又出现。 8）改造法在治漏过程中，有时还需要通过改善密封材料，改变紧固方法，改换润滑介质，改革回油位置，改进防漏措施等，才能消除设备存在的渗漏现象。用改造法进行治漏的方法很多，一般应注意不要影响设备的正常运转，不能破坏设备原有的强度和刚度，尤其采用增加回油槽，扩大螺钉孔、加置接油盘等措施时，要注意这个问题。 4 结 语 机电设备的突发性故障往往是发生突然，没有明显的、长期的发展过程及其伴随而生的征兆，难以通过状态监测进行预报，无法用一定的规律描述或反映故障的发展。要从根本上解决突发性事故的发生，只能从加大日常设备维护检修的力度和深度，加大重点设备的定期检、探伤鉴定，根据具体设备的特点制订严格科学的操作规程等方面进行预防，才能有效的缓解突发性事故的发生。 作者简介孙剑锋（1982年2月，籍贯山东邹平），男，助理工程师，山东省兖矿集团济宁二号煤矿机电科，现从事矿井大型机电设备安装管理工作。 车守强，男，1959年，高级工程师，机电副总工程师；王京玉，高级工程师，技术主管