设备维修的基础知识

机械设备维修机械设备维修 主讲：陈晓颖第一章第一章 机械设备维修与管理的基础知识机械设备维修与管理的基础知识第一节第一节 机械设备的老化机械设备的老化一、老化的分类一、老化的分类有形老化、无形老化、综合老化有形老化、无形老化、综合老化（一）有形老化：设备实体发生摩擦、磨损等现象。（一）有形老化：设备实体发生摩擦、磨损等现象。主要表现在：主要表现在：1 1、零件的尺寸发生改变、零件的尺寸发生改变2 2、精度发生变化、精度发生变化3 3、零件被破坏、零件被破坏举例：机床的使用导致零件的磨损、加工精度的低。举例：机床的使用导致零件的磨损、加工精度的低。（二）无形老化（经济老化）（二）无形老化（经济老化）由于非使用和非自然力作用引起的设备的价值损失。由于非使用和非自然力作用引起的设备的价值损失。两种方式两种方式1、技术进步生产同种产品的效率、成本降低，导致原设、技术进步生产同种产品的效率、成本降低，导致原设备的贬值备的贬值2、由于新设备的出现导致原来设备价值的相对降低。、由于新设备的出现导致原来设备价值的相对降低。举例：手机的价值改变举例：手机的价值改变（三）综合老化（三）综合老化 两种老化共同造成的设备的贬值。两种老化共同造成的设备的贬值。残余价值是指机器设备、房屋建筑物或其他残余价值是指机器设备、房屋建筑物或其他有形资产等在不能继续使用前提下，拆除变现有形资产等在不能继续使用前提下，拆除变现的价值估计数额的价值估计数额。第第2节节 机械设备的故障机械设备的故障一、故障的概念一、故障的概念1.机械故障机械故障-机构、机器或机械零件在尺寸、形状、材机构、机器或机械零件在尺寸、形状、材料性质方面的改变，使机构、机器或机械零件不能达到料性质方面的改变，使机构、机器或机械零件不能达到原设计要求的功能或者改变原有的各种参数，称为机械原设计要求的功能或者改变原有的各种参数，称为机械故障。故障。2.影响机械工作能力的能量：影响机械工作能力的能量：机械能、热能、化学能、核能、电磁能、生物能等，这机械能、热能、化学能、核能、电磁能、生物能等，这些因素引起零件、产品性能参数降低，最后导致机械故些因素引起零件、产品性能参数降低，最后导致机械故障的发生。障的发生。故障：故障：是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下是指整机或零部件在规定的时间和使用条件下不能完不能完成规定的功能成规定的功能，或各项技术经济指标，或各项技术经济指标偏离了它的正常状况偏离了它的正常状况，但在某种情况下尚能维持一段时间工作，若不能得到妥善处但在某种情况下尚能维持一段时间工作，若不能得到妥善处理理将导致事故将导致事故。例如：某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂、螺栓松动，例如：某些零部件损坏、磨损超限、焊缝开裂、螺栓松动，使工作能力丧失；发动机的功率降低；传动系统失去平衡和使工作能力丧失；发动机的功率降低；传动系统失去平衡和噪声增大；工作机构的工作能力下降；燃料和润滑油的消耗噪声增大；工作机构的工作能力下降；燃料和润滑油的消耗增加等，当其超出了规定的指标时，即发生了故障。增加等，当其超出了规定的指标时，即发生了故障。故障的广义定义：故障的广义定义：故障是不合格的状态。故障是不合格的状态。二、故障分类与规律二、故障分类与规律（一）（一）故障分类故障分类 目的：揭示、分析故障实质，选择适当诊断手段。目的：揭示、分析故障实质，选择适当诊断手段。1.按故障对机械工作能力的影响分类：按故障对机械工作能力的影响分类：完全性故障完全性故障-机器丧失主要功能，工作完全中断；机器丧失主要功能，工作完全中断；局部性故障局部性故障-机器丧失部分功能，工作还能继续进行。机器丧失部分功能，工作还能继续进行。2.按故障发生速度及演变过程分类按故障发生速度及演变过程分类 突发性故障突发性故障-故障概率与工作时间无关，没有明显征兆，故障概率与工作时间无关，没有明显征兆，来不及监测预报；来不及监测预报；渐进性故障渐进性故障-长期使用，某些零件技术指标超标引起的长期使用，某些零件技术指标超标引起的故障，可通过监测预报；故障，可通过监测预报；3.按故障发生性质分类：按故障发生性质分类：人为故障人为故障-操作人员违反规定操作、维修、管理引起的故操作人员违反规定操作、维修、管理引起的故障，易被忽视；障，易被忽视；自然故障自然故障-由于使用环境、材料缺陷等造成的故障。由于使用环境、材料缺陷等造成的故障。4.按故障发生时间分类：按故障发生时间分类：早期故障；使用期故障；老化期故障早期故障；使用期故障；老化期故障。5.按故障相关性分类：按故障相关性分类：非相关性故障非相关性故障-不是由于其它零件的故障引起的故障；不是由于其它零件的故障引起的故障；相关性故障相关性故障-由于其它零件的故障引起的故障，也称为由于其它零件的故障引起的故障，也称为二次故障。例：油泵故障二次故障。例：油泵故障-油中断油中断-曲轴与主轴瓦粘曲轴与主轴瓦粘着（咬死），主轴瓦故障属相关性故障。着（咬死），主轴瓦故障属相关性故障。以下两表可从总体上分析故障分布情况，有助于抓关键，以下两表可从总体上分析故障分布情况，有助于抓关键，寻对策。寻对策。表表 2-1 700 台工业汽轮机故障分布率台工业汽轮机故障分布率 产品原因产品原因 运行原因运行原因 外界原因外界原因 故障原因故障原因 设计设计 安装安装 材料材料 工艺工艺 制造制造 调试调试 使用使用 维护维护 异物异物 其它其它 故障率故障率%20.4 16.5 9.1 7.5 12.5 3.8 10.7 8.4 6.3 4.8 表表 2-2 船舶柴油机动力装置及主要零件故障统计表船舶柴油机动力装置及主要零件故障统计表 装置及零装置及零件件 轴承轴承 汽缸汽缸活塞活塞 燃烧燃烧室室 燃油燃油系统系统 涡轮涡轮机机 齿轮齿轮 锅炉锅炉 辅助辅助装置装置 凸轮凸轮机构机构 故障数目故障数目 283 206 130 66 56 41 39 28 24 百分比百分比%25.3 18.4 11.6 5.9 5.0 3.7 3.5 2.5 2.2 装置及零装置及零件件 热交热交换器换器 润滑润滑系统系统 机座机座 泵泵 压缩压缩机机 冷却冷却系统系统 推进推进器器 曲轨曲轨 增压增压器器 故障数目故障数目 21 18 33 18 15 12 10 9 9 百分比百分比%1.9 1.6 3.0 1.6 1.3 1.0 0.9 0.8 0.8 装置及零装置及零件件 标准标准件件 连杆连杆 排气排气系统系统 仪表仪表 锚机锚机系统系统 密封密封件件 液压液压系统系统 其它其它 故障数目故障数目 8 6 6 5 5 5 3 62 百分比百分比%0.7 0.54 0.54 0.45 0.45 0.45 0.27 5.6 （二）设备的可靠性（二）设备的可靠性1、可靠性的概念：、可靠性的概念：产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定产品在规定的条件下和规定的时间内完成规定功能的能力。功能的能力。规定条件规定条件包括工作环境温度，负载情况，维护方式等多方包括工作环境温度，负载情况，维护方式等多方面的条件面的条件2、可靠性的度量、可靠性的度量（1）可靠度）可靠度R(t)可靠度定义：产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功可靠度定义：产品在规定的条件下和规定时间内，完成规定功能的概率。能的概率。R(t)最大值为最大值为1，最小值为，最小值为0（2）不可靠度）不可靠度F(t)F(t)=1-R(t)（3）故障密度）故障密度f(t)反应可靠度随时间的变化情况反应可靠度随时间的变化情况 f(t)=F(t)对时间的微分对时间的微分三、故障规律三、故障规律机械设备使用全过程分为：机械设备使用全过程分为：磨合期（早期故障期）磨合期（早期故障期）正常使用期（随机故障期）正常使用期（随机故障期）耗损期（磨耗故障期）耗损期（磨耗故障期）1.早期故障期特点：早期故障期特点：故障率高，但随时间增长，故障率很快下降，并趋于稳定。产故障率高，但随时间增长，故障率很快下降，并趋于稳定。产生原因：由设计、制造、安装等因素造成。生原因：由设计、制造、安装等因素造成。2.随机故障期特点：随机故障期特点：故障率低而稳定，近似常数，与时间故障率低而稳定，近似常数，与时间t关系不大。关系不大。偶然因素引起故障，由于设计制造中潜在缺陷、偶然因素引起故障，由于设计制造中潜在缺陷、操作差错、不良维操作差错、不良维护、环境等因素所致。通过调试不能消除，更换零件不能预防。护、环境等因素所致。通过调试不能消除，更换零件不能预防。时间长，约等于机器的使用期限。时间长，约等于机器的使用期限。3.磨耗故障期特点：磨耗故障期特点：故障率随时间增长而大大增加，是由机器本身物理、化学等变化故障率随时间增长而大大增加，是由机器本身物理、化学等变化导致磨损、疲劳、腐蚀等故障发生。导致磨损、疲劳、腐蚀等故障发生。4.其它故障规律特点：其它故障规律特点：A、B-汽缸、连杆机构、齿轮、轴承等另部件汽缸、连杆机构、齿轮、轴承等另部件 C-航空涡轮发动机航空涡轮发动机 D、E、F-电子产品电子产品四、设备在设计时本着及格原则四、设备在设计时本着及格原则1、三化：标准化、系列化、通用化标准化、系列化、通用化 标准化标准化是指将产品(特别是零部件)的质量、规格、性能、结构等方面的技术指标加以统一规定并作为标准来执行。我国的标准已经形成一个庞大的体系,主要有国家标准,行业标准等。为了与国际接轨,我国的某些标准正在迅速向国际标准靠拢。常见的标准代号有GB,JB,ISO等等,他们分别代表中华人民共和国国家标准,机械工业标准,国际标准化组织标准。系列化系列化是指对同一产品,在同一基本结构或基本条件下规定出若干不同的尺寸系列。通用化通用化是指在不同种类的产品或不同规格的同类产品中尽量采用同一结构和尺寸的零部件。2、四好、四好好造、好用、好卖、好修好造、好用、好卖、好修 可维修性好的产品，能在最短的时间、以最低限度的资源（人力与技术水平、备件、维修设备和工具等）和最省的费用，经过维修使产品恢复到良好状态。可维修性既是产品可靠 性的必要补充，又是产品维修保障决策的重要依据。维修工作的核心是保证产品的可靠性。产品结构的简单性、可互换性（系列化、通用化、标准化）、安全性、识别标记（防差错）等，既是可维修性的重要设计准则，又是判 断产品可维修性好坏的重要标准。维修性及其度量维修性及其度量o 维修性是系统在规定的条件下进行维修时，在规定的时间内完成维修的可能性，也表征了产品进行维修的难以程度。o 维修性往往在设计制造之初就已经被赋予了，它是一种设计特性。举例：焊接五、故障模式五、故障模式（一）（一）定义和分类定义和分类1.定义：定义：故障模式是指产品故障的表现现象。故障模式是指产品故障的表现现象。2.分类：分类：有多种分类方法。其中一种是由故障表现形式、诱发故障的因素以有多种分类方法。其中一种是由故障表现形式、诱发故障的因素以及部位等进行分类。即每一种故障都是由一个或多个故障表现形式与诱发故及部位等进行分类。即每一种故障都是由一个或多个故障表现形式与诱发故障的因素以及一个部位组合而成。障的因素以及一个部位组合而成。3.故障表现形式：故障表现形式：弹性变形、塑性变形、断裂、材料变化（金相变化、化学变化、核变化）弹性变形、塑性变形、断裂、材料变化（金相变化、化学变化、核变化）4.诱发故障的因素：诱发故障的因素：力力-稳定力、不稳定力、周期力、随机力。稳定力、不稳定力、周期力、随机力。时间时间-很短、短、长。很短、短、长。温度温度-低温、室温、升温、稳定温度、不稳定温度、周期变化温低温、室温、升温、稳定温度、不稳定温度、周期变化温度、随机变化温度。度、随机变化温度。作用环境作用环境-化学环境、核变环境。化学环境、核变环境。5.故障部位：故障部位：整体、表面。整体、表面。为精确阐明一个特定的故障模式，必须从以上三个类别中选择适当的类别。例：某故障表现形式为塑性变形，诱发因素为例：某故障表现形式为塑性变形，诱发因素为稳定力、室温，故障部位为整体型，其稳定力、室温，故障部位为整体型，其故障模式故障模式称为称为屈服屈服，即在室温下由于稳定力作用而形成整，即在室温下由于稳定力作用而形成整体塑性变形。体塑性变形。（二）常见的故障模式（二）常见的故障模式o 由作用力或温度诱发的弹性变形由作用力或温度诱发的弹性变形o 屈服、韧性断裂、脆性断裂、凹痕疲劳屈服、韧性断裂、脆性断裂、凹痕疲劳o 疲劳疲劳-高频、低频、热、表面、冲击、腐蚀、微动等疲高频、低频、热、表面、冲击、腐蚀、微动等疲劳。劳。o 腐蚀腐蚀-直接化学腐蚀、电化学腐蚀、裂隙腐蚀、点蚀、直接化学腐蚀、电化学腐蚀、裂隙腐蚀、点蚀、晶间腐蚀、侵蚀、穴蚀、氢损伤、生物腐蚀、应力腐蚀。晶间腐蚀、侵蚀、穴蚀、氢损伤、生物腐蚀、应力腐蚀。o 磨损磨损-粘着、磨料、腐蚀、表面疲劳、形变、冲击、微粘着、磨料、腐蚀、表面疲劳、形变、冲击、微动磨损等。动磨损等。o 冲击冲击-冲击断裂、变形、磨损、微动、疲劳等。冲击断裂、变形、磨损、微动、疲劳等。o 微动微动-微动疲劳、微动磨损、微动腐蚀等。微动疲劳、微动磨损、微动腐蚀等。o 蠕变、热松弛、应力破坏、热冲击、咬死、剥落、放射性蠕变、热松弛、应力破坏、热冲击、咬死、剥落、放射性破坏、翘曲、蠕变翘曲、蠕变破坏、翘曲、蠕变翘曲、蠕变-疲劳等。疲劳等。下表为部分机电产品（传动器、轴承、电缆、离合下表为部分机电产品（传动器、轴承、电缆、离合器、连接器、偶合器、齿轮、电机、电位器、继电器、螺器、连接器、偶合器、齿轮、电机、电位器、继电器、螺线管、转换器等）故障模式所占百分比。线管、转换器等）故障模式所占百分比。六、故障机理六、故障机理1.定义：定义：故障机理故障机理-引起产品故障的物理、化学变化等内在引起产品故障的物理、化学变化等内在的原因、规律极其原理。的原因、规律极其原理。2.分类：分类：SCWIFT分类法（六类）分类法（六类）蠕变蠕变 或应力断裂（或应力断裂（S）、腐蚀（）、腐蚀（C）、磨损（）、磨损（W）、）、冲击断裂（冲击断裂（I）、疲劳（）、疲劳（F）、热（）、热（T）SCWIFT分类法之轴承、齿轮故障机理及其频率。分类法之轴承、齿轮故障机理及其频率。轴承齿轮故障机理现场鉴定预防维修频率%故障维修频率%故障维修频率%磨损497058侵蚀42磨损（W）断裂139疲劳表面裂痕81疲劳（F）断裂变形3221断裂蠕变或应力断裂和热（S&I）蠕变腐蚀（C）2316合计1001001003.故障机理的演变过程：故障机理的演变过程：故障原因故障原因 故障机理故障机理 故障现象故障现象 环境条件、时间、工作负荷环境条件、时间、工作负荷 工作机理工作机理 故障模式故障模式 S1 M1 MO1 S2 M2 MO2 S3 M3 MO3 电刷故障机理演变途径电刷故障机理演变途径 工作负荷工作负荷 故障机理故障机理 故障模式故障模式 应力断裂和蠕变（应力断裂和蠕变（S）S 表面裂纹表面裂纹 裂纹裂纹 腐蚀（腐蚀（C）C 磨损磨损 变形变形 磨损（磨损（W）W 腐蚀腐蚀 熔融熔融 冲击断裂（冲击断裂（I）I 蒸发蒸发 疲劳（疲劳（F）F 断裂断裂 热负荷（热负荷（T）T 破碎破碎 七、设备维护维修的四种方式七、设备维护维修的四种方式1、坏了才修、坏了才修(坐以待毙坐以待毙)时机：时机：机器故障或损坏，设备停止工作时特点：特点：巨大停机损失，严重设备损坏，极高修理费用2、预防维修、预防维修（循规蹈矩（循规蹈矩）时机：时机：依据设备生产厂家推荐周期或管理经验而定（视时维修）特点：特点：有效防止突然失效，减少非计划停机，设备损坏减少。难免发生过剩维修，维修费用仍有1/3是浪费的。3、预测维修（防微杜渐、预测维修（防微杜渐）：）：时机：时机：设备工况异常时（视情维修）特点：特点：使维修工作有计划地进行，有效避免突然停机，可使维修工作在尽可能小的范围内进行；经常是针对问题的征兆采取行动，仍有局限性4、主动维护（未雨绸缪）：、主动维护（未雨绸缪）：时机：时机：尽可能避免维修特点：特点：有效防止失效的发生，显著延长设备、元件的使用寿命，具有最佳的节约效果总结总结 设备维修制度的改革路径为设备维修制度的改革路径为事后维修制度事后维修制度-早期维修制度。特点：不坏不修，早期维修制度。特点：不坏不修，应用于小型设备。应用于小型设备。预防维修制度预防维修制度-又称以时间为基础的维修制度或计又称以时间为基础的维修制度或计划维修制度。特点：静态维修制度。当设备到了计划维修制度。特点：静态维修制度。当设备到了计划规定的台小时，或吨公里进行强制维修，大多数划规定的台小时，或吨公里进行强制维修，大多数工交企业仍采用。工交企业仍采用。预知维修制度预知维修制度-又称为以状态为基础的维修制度又称为以状态为基础的维修制度。特点：以状态监测为基础，根据设备运行状态的实特点：以状态监测为基础，根据设备运行状态的实际优劣程度决定维修时间和维修规模，是动态维修际优劣程度决定维修时间和维修规模，是动态维修制度，是发展方向。制度，是发展方向。第四节 维修的经济技术分析随着科学技术的不断发展，高精度、高效能、高自动化的设备逐渐增多，设备的投资费用也越来越昂贵，与设备有关的费用在产品成本中所占的比重也不断增加。因此，加强设备管理，降低设备的寿命周期费用在提高企业经济效益中占有十分重要的地位。传统设备管理的主要目标是保持设备的正常生产能力，延长设备的寿命，其工作内容绝大部分是设备的技术管理。现代设备管理强调获得较高的综合效率和降低设备的寿命周期费用，追求的目标是经济效益，必须把技术管理与经济管理结合起来，获得最佳经济效益。设备的寿命周期指设备从规划、制造、安装调试、使用、维修、改造直至报废的全过程。设备的寿命周期费用指设备的全过程中消耗的总费用，由原始费和使用费组成。原始费(设置费)是一次支出或集中在短期内支出的费用。自制的设备包括研究、设计和制造费用；外购设备包括价格、运输和安装调试等费用。使用费(运转维持费)是为了保证设备正常运行而定期支付的费用，包括能源费、固定资产税、保险费、维修费和操作工人工资等。因此，在进行设备经营决策时，不能只考虑设备寿命周期某一阶段(制造、采购、使用维修)的经济性，更要十分注重设备原始费和使用费总和的最经济。如在设计某种新设备时，既要考虑降低制造成本，又要考虑使用费用经济合理；在选择新设备时，不能贪图价格便宜，而要同时考虑到设备购置后的一系列其它费用。事实上，购置价格最便宜不一定寿命周期费用最低，而寿命周期费用最佳并不等于寿命周期费用最低，还应考虑设备的生产效率和对产量质量的保证程度等因素。在实际工作中，经济与技术是辩证的统一，因为经济效益是推动生产工具发展的直接动力，只有技术先进、经济合理的新机器设备才能得到广泛应用，所以设备管理的计划、购置、使用、更新、改造等环节均须按技术先进和经济合理的原则进行经济效益分析，以此作为对诸多方案进行评价、选择和决策的主要依据，这也是提高经济效益的重要途径 设备从投入生产开始，经过有形磨损和无形磨损，直至在技术上或经济上不宜继续使用，需要进行更新所经历的时间。设备寿命包括以下3方面。自然寿命。亦称物理寿命，这是指设备以全新状态投入生产开始，经过有形磨损，直到在技术性能上不能按原有用途继续使用为止的时间。它与设备维修保养的状态有关，并可通过恢复性修理延长设备的物理寿命。技术寿命。设备以全新技术状态投入生产后，由于新技术的出现，使原来设备丧失其使用价值所经历的时间。技术进步越快，技术寿命也越短。经济寿命。设备以全新状态投入生产开始到使年平均总费用最低的使用年数。超过这个年限，设备在技术上虽可继续使用，但年平均总费用上升，在经济上不宜继续使用。