文档介绍：机械设备故障规律与维修策略研究
摘  要:按照RCM的基本原理,分析了机械设备潜在性故障和功能故障以及P-F间隔期及其有效性和适用性准则。阐述了机械设备的故障规律及早期故障期、偶发故障期、耗损故障期的特点,最后依据不同的故障规律,选择不同的维修策略。
关键词:故障规律浴盆曲线维修策略
论文主体:
    以可靠性为中心的维修管理(RCM:Reliability Centered Maintenance)属于第三代维修管理的具有代表性的模式。这种设备管理模式强调以设备的可靠性、设备故障后果作为制订维修策略的主要依据。
    1 潜在性故障和功能性故障
    机械设备在使用过程中,其性能或状态随着使用时间的推移而逐步下降,呈现如图1所示之曲线。
    所谓的潜在故障(Potential failure),指故障发生前的一些预兆,是可以识别的物理态,它表明一种可能的故障即将发生。功能性故障(Functional failure),指设备已丧失了某种规定功能,称设备从潜在故障到功能故障的间隔期为P-F(Potential failure)间隔。
    图1中,“P”点表示性能已经恶化,并发展到可识别的潜在故障的程度:可能是表明金属疲劳的一个裂纹;也可能是振动,说明即将发生轴承故障等等。“F”点表示潜在故障已变成功能故障,换句话说,它已质变到损坏的程度了。各种故障的P—F间隔差别很大,可由几秒到好几年,突发故障的P-F间隔一般就很短。
    从图1中可以看出,只有在满足下列有效性和适用性准则,在P。F间隔期进行预防维修才是技术可行的:
    (1)能够确定一个明显的潜在故障状态点“P”;
    (2)从潜在故障点“P”到功能故障点“F”的间隔比较稳定;
    (3)以小于P。F间隔的时间长度来监测切实可行;
    (4)最小P。F间隔期必须足够长以安排进行预防预防维修是在设备进入潜在故障期,但尚未发展成功能故障时进行的维修活动。较长的间隔意味着有更多的时间来预防功能性故障的发生,因而,要不断地花费很大的精力去寻找潜在故障的物理参数,为采取新的预防技术,避免功能性故障,争得较长的时间。
    2 机械设备故障规律
    设备故障率随时间的变化规律,大多如图2所示。该曲线常被叫做“浴盆曲线”。设备的故障率随时间的变化大致分3个阶段:早期故障期、偶发故障期和耗损故障期。
    (1)早期故障期
    设备处于早期故障期,开始故障率很高,但随时间的推移故障率迅速下降。早期故障期对于机械产品又称为“磨合期”。此段时间的长短,随产品、系统的设计与制造质量而异。此期间发生的故障,主要是由设计、制造上的缺陷所致,或是使用环境不当所造成。
    (2)偶发故障期
    设备进入偶发故障期,故障率大致处于稳定状态,趋于定值。在此期间,故障发生是随机的。在偶发故障期内,设备的故障率最低,而且稳定。因而可以说,这是设备的最佳状态期或称正常工作期。这个区段称为“有效寿命”。
    偶发故障期的故障,多起因于设计、使用不当及维修不力。故通过提高设计质量,改进使用管理,加强监视诊断与维护保养等工作,可使故障率降低到最低水平。
    (3)耗损故障期
    在设备使用的后期,故障率开始上升。这是由于设备零部件的磨损、疲劳、老化、腐蚀等造成的。
    设备故障率曲线变化的3个阶段,真实地反映出设备从磨合、调试、正常工作到大修或报废故障率变化的规律。
    随着科学技术的发展,特别是机电液一体化技术的综合应用,由简单的机械设备转变为计算机辅助控制的大型复杂设备。这些精密、大型、数控等结构复杂设备的故障规律与传统的浴盆曲线相背离,使人们开始对这些设备的故障规律进行研究。
    美国民航在过去的30多年里,作了大量关于设备可靠性的研究,发现在设备从使用到淘汰,除典型的浴盆曲线外,还有5种故障特征曲线,如图3所示。
   
曲线A显示了恒定的,或者略增的故障率,接着就是磨损期。
   曲线B显示了缓慢增长的故障率,但没有明显的磨损期。
    曲线c显示了新设备从刚出厂的低故障率,急剧地增长到一个恒定的故障率。
    曲线D显示了设备整个寿命周期内的一个恒定的故障率。
    曲线E显示,开始有高的初期故障率,然后急剧地降低到一个恒定的或者是增长极为缓慢的故障率。
    研究表明,4%的设备遵循典型的浴盆曲线,2%的设备遵循曲线A,5% 的设备遵循曲线B,7%的设备遵循曲线C,14%的设备遵循曲线D,不少于68%的设备遵循曲线E。显然,在设备越来越复杂的情况下,更多的设备遵循D和 E所代表的模式。这一研究说明,原来认为设备使用时间越