机电设备维修与管理

内容 第1章 概论 第2章 失效理论概述 第3章 机械零件的修复技术 第4章 机械设备故障诊断技术 第5章 典型机械零部件的修理 www.sciencep.com 第1章 概论 第2章 失效理论概述 第3章 机械零件的修复技术 第4章  机械设备故障诊断技术 第5章  典型机械零部件的修理 第6章 电气设备维修 第7章 机电设备维修管理 第8章 液压系统故障预防 第9章 液压设备故障诊断与维修 第10章 轧机液压系统在线监测技术 第11章 农业冶金设备液压故障与维修 第12章工程机械液压系统维修

第1章 概论 知识点 学习要求 1．基本概念：故障、维修、可靠度和故障率 2．故障类型及发生的规律 3．设备故障诊断技术简介 www.sciencepcom 知识点 1．基本概念：故障、维修、可靠度和故障率 2．故障类型及发生的规律 3．设备故障诊断技术简介 学习要求 1．掌握机电设备维修、故障的概念，故障的分类 2．掌握故障发生的规律 3．了解机电设备维修理论 4．了解机电设备故障诊断技术

第一章 概论 www.sciencepcom 本书主要研究机电设备的故障产生规律及其诊断维修的实用技术，是机械类专业特别是机电一体化、机电设备使用与维修、工程机械等专业的重要专业课教材之一，一般作为教学计划的最后一门课教材。

第一章 概论 www.sciencepcom 目前，机电液压设备（以后简称机电设备）生产线日益增多，在采矿、冶金、建筑、机床、汽车装备、工程机械、军工农业、航天航空、航海船舶、石油电力、轻纺造纸、食品化工等领域都有大量起关键作用的机电设备，图1.1和图1.2所示为两种机电设备，正确使用和维护机电设备尤其重要，本书就为读者提供必备的使用与维护机电设备的理论知识和技能知识。

图1.1 智能多功能旋挖钻机（工程机械） 图1.2 液压全自动砌块成型机（建筑机械） 第一章 概论 www.sciencepcom 图1.1 智能多功能旋挖钻机（工程机械） 图1.2 液压全自动砌块成型机（建筑机械）

1.1 故 障 1．故障 故障一般定义为，设备或零部件丧失了规定功能的状态，一般包含以下两层含义。 1.1 故 障 www.sciencepcom 1．故障 故障一般定义为，设备或零部件丧失了规定功能的状态，一般包含以下两层含义。 一是机电系统偏离正常功能。形成的主要原因是由于机电设备的工作条件不正常，这类故障通过参数调节或零部件修复即可消除，设备随之恢复正常功能。 二是功能失效。设备连续偏离正常功能，并且偏离程度不断加剧，使机电设备基本功能不能保证，这种情况称之为失效。一般零件失效可以更换，但关键零件失效，则往往导致整机功能丧失。 故障研究的目的是要查明故障模式，追寻故障机理，探求减少故障的方法，提高机电设备的可靠性和有效利用率。

1.1 故 障 2．故障特性 （1）不同的对象在同一时间将有不同的故障状况 1.1 故 障 www.sciencepcom 2．故障特性 （1）不同的对象在同一时间将有不同的故障状况 不同的对象在同一时间将有不同的故障状况，例如：在一条自动化生产线上，某单机的故障造成整条自动线系统功能丧失时，表现出的故障状态是自动线故障；但在机群式布局的车间里，就不能认为某单机的故障是全车间的故障。 （2）故障状况是针对规定功能而言的 故障状况是针对规定功能而言的，例如：同一状态的车床，进给丝杠的损坏对加工螺纹而言是发生了故障；但对加工端面来说却不算发生故障，因为这两种加工所需车床的功能项目不同。 （3）故障状况应达到一定的程度 故障状况应从定量的角度来估计功能丧失的严重性。

1.1 故 障 www.sciencepcom 3. 故障分类 机电设备故障可以从不同角度进行分类，对故障进行分类的目的是为了估计故障事件的影响程度，分析故障的原因，以便更好地针对不同的故障形式采取相应的对策。 （1）按故障性质分 1）间歇性故障，即设备只是在短期内丧失某些功能，故障多半由机电设备外部原因如工人误操作、气候变化、环境设施不良等因素引起，在外部干扰消失或对设备稍加修理调试后，功能即可恢复。 2）永久性故障，即此类故障出现后必须经人工修理才能恢复功能，否则故障一直存在。这类故障一般是由某些零部件损坏引起的。

1）局部性故障，即机电设备的某一部分存在故障，使这一部分功能不能实现而其他部分功能仍可实现，即局部功能失效。 www.sciencepcom (2)按故障程度分 1）局部性故障，即机电设备的某一部分存在故障，使这一部分功能不能实现而其他部分功能仍可实现，即局部功能失效。 2）整体性故障，即整体功能失效的故障，虽然可能是设备某一部分出现故障，也可能使设备整体功能不能实现。

1.1 故 障 www.sciencepcom (3) 按故障形成速度分 1）突发性故障。突发性故障发生具有偶然性和突发性，一般与设备使用时间无关，故障发生前无明显征兆，通过早期试验或测试很难预测。此种故障一般是工艺系统本身的不利因素和偶然的外界影响因素共同作用的结果。 2）缓变性故障。缓变性故障往往在机电设备有效寿命的后期缓慢出现，其发生概率与使用时间有关，能够通过早期试验或测试进行预测。通常是因零部件的腐蚀、磨损、疲劳以及老化等发展形成的。

1.1 故 障 (4)按故障形成的原因分 1）操作管理失误形成的故障，如机电设备未按原设计规定条件使用，形成设备错用等。 1.1 故 障 www.sciencepcom (4)按故障形成的原因分 1）操作管理失误形成的故障，如机电设备未按原设计规定条件使用，形成设备错用等。 2）机器内在原因形成的故障，一般是由于机器设计、制造遗留下的缺陷（如残余应力、局部薄弱环节等）或材料内部潜在的缺陷造成的，无法预测，是突发性故障的重要原因。 3）自然故障，即机电设备在使用和保有期内，因受到外部或内部多种自然因素影响而引起的故障，如磨损、断裂、腐蚀、变形、蠕变、老化等损坏形式都属自然故障。

1）致命故障，即危及或导致人身伤亡、引起机电设备报废或造成重大经济损失的故障，如机架或机体断离、车轮脱落、发动机总成报废等。 www.sciencepcom (5)按故障造成的后果分 1）致命故障，即危及或导致人身伤亡、引起机电设备报废或造成重大经济损失的故障，如机架或机体断离、车轮脱落、发动机总成报废等。 2）严重故障，是指严重影响机电设备正常使用，在较短的有效时间内无法排除的故障。例如发动机烧瓦、曲轴断裂、箱体裂纹、齿轮损坏等。 3）一般故障，即影响机电设备正常使用，但在较短时间内可以排除的故障，如传动带断裂、操纵手柄损坏、钣金件开裂或开焊、电器开关损坏、轻微渗漏和一般紧固件松动等。 此外，故障按其表现形式分为功能故障和潜在故障；按故障形成的时间分为早期故障、随时间变化的故障和随机故障；按故障程度和故障形成快慢分为破坏性故障和渐衰失效性故障等。

可靠性已从一个模糊的定性概念发展为以概率论和数理统计为基础的定量概念。对机械设备可靠性的相应能力做出数量表示的量称特征量。 1.1 故 障 www.sciencepcom 4. 故障的规律 (1) 可靠性 可靠性已从一个模糊的定性概念发展为以概率论和数理统计为基础的定量概念。对机械设备可靠性的相应能力做出数量表示的量称特征量。 可靠性特征量有可靠度、失效率、故障率、平均故障间隔时间、平均寿命、有效度等。一个特征量表示可靠性的某一个特征方面，见表1.1。

表1.1机电设备可靠性指标 代号 定义 MTTFF 发生首次致命、严重或一般故障时的平均工作时间 MTBF 表1.1 机电设备可靠性指标 表1.1机电设备可靠性指标 www.sciencepcom 序号 特征量 可靠性指标 代号 定义 1 无故障性 首次故障前平均工作时间 MTTFF 发生首次致命、严重或一般故障时的平均工作时间 平均故障间隔时间 MTBF 可修复机电设备或零部件相邻两次故障之间的平均间隔时间 故障率 l（t） 在每一时间增量里产生故障的次数，或在时间t之前尚未发生故障，而在随后的dt时间内可能发生故障的条件概率 平均停机间隔时间 DTMTBF 可修复机电设备或零部件相邻两次停机故障的平均工作时间 平均百台修理次数 RPH 100台机电设备在规定的使用或试验条件下，在某一时刻或时间范围内，平均百台需要修理的次数 2 耐久性 可靠度 R（t） 在规定的使用条件下和规定的时间内，无故障地完成规定功能的概率 累积故障概率 F（t） 在规定的使用条件下，使用到某一时刻t时发生故障的累积概率，也称不可靠度 可靠寿命 LR 在规定的使用条件下，可靠度R（t）达到某一要求值时的工作时间 平均寿命 MTTF 机电设备和零部件从开始使用到失效报废的平均使用时间 3 维修性 平均事后维修时间 MTTR 可修复机电设备或零部件使用到某一时刻所有故障排除的平均有效时间 4 经济性 年平均保修费用率 PWC 在规定的使用条件下，出厂第一年保修期内，每台机电设备工厂平均支付的保修费用与出厂销售价的比

设有N0个相同零件，当达到工作时间t时，有Nt个零件失效，而仍能正常工作的零件为N个，则零件的可靠度为 1.1 故 障 www.sciencepcom 设有N0个相同零件，当达到工作时间t时，有Nt个零件失效，而仍能正常工作的零件为N个，则零件的可靠度为 R（t）＝N/N0＝（N0－Nt）/N0 （1.1） 故障概率F（t）＝Nt/N0＝1－R（t）

1.1 故 障 www.sciencepcom 例1：现有10 000个相同的零件，工作达200h有9900个零件未失效；工作达500h有8800个零件未失效，求零件在200h和500h的可靠度。 解：200h的可靠度为R（200）＝9900/10 000＝99％（合格） 500h的可靠度为R（500）＝8800/10 000＝88％（不合格） 200h的故障概率为F（200）＝1－99％＝1％ 500h的故障概率为F（500）＝1－88％＝12％

1.1 故 障 www.sciencepcom （2）故障概率 机电设备故障的发生有两个显著特点，一是发生故障的可能性随设备使用年限的增加而增大，二是故障的发生具有随机性，很难预料发生的确切时间，因而在设备使用寿命内，发生故障的可能性可用概率表示。 由概率理论可知，故障概率的分布是其密度函数f（t）的积累函数，用公式表示为 （1.2） 式中：F（t）——故障概率； f（t）——故障概率分布密度函数； t——时间。 当机电设备在规定的条件下和时间内不发生故障的概率称无故障概率，用R（t）表示，即可靠度。

故障率为某一瞬时可能发生的故障相对于该瞬时无故障概率之比。产品在某一瞬时t的单位时间内发生故障的概率，叫做瞬时故障率。 1.1 故 障 www.sciencepcom (3)故障率 故障率（瞬时故障率、失效率）是指在每个时间增量里产生故障的次数，或在时间t之前尚未发生故障，而在随后的dt时间内可能发生故障的条件概率，用 表示。 故障率为某一瞬时可能发生的故障相对于该瞬时无故障概率之比。产品在某一瞬时t的单位时间内发生故障的概率，叫做瞬时故障率。

1.1 故 障 产品在某一段时间内，单位时间发生故障的概率，称为平均故障率，常简称故障率。表达式为 1.1 故 障 www.sciencepcom 产品在某一段时间内，单位时间发生故障的概率，称为平均故障率，常简称故障率。表达式为 式中：Δn（t）——在Δt时间内发生故障的数量； Δt——某一段使用时间； N存——在Δt时间内产品的平均残存数，即开始残存数加结尾残存数除2，残存数指非故障产品数。

可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工作时的平均时间，称为平均故障间隔期MTBF（mean time between failure）。 www.sciencepcom (4)平均故障间隔期 可修复设备在相邻两次故障间隔内正常工作时的平均时间，称为平均故障间隔期MTBF（mean time between failure）。 平均故障间隔时间可用公式表示为 式中：Δti——第i次故障前的无故障工作时间或两次大修间的正常工作时间；   n——发生故障的总次数。

1.2 国际故障诊断新技术 1.2.1 维修及其重要性 1.2.2 维修理论 1.2.3 维修步骤 www.sciencepcom 1.2.1  维修及其重要性 1.2.2  维修理论 1.2.3  维修步骤 1）学习设备图纸资料、了解设备的使用情况。 2）熟悉设备的组成、原理和特点。 3）使用有关工具仪器，用相应的故障诊断技术诊断出故障部位，再分析故障产生的原因。 4）用有关修复技术进行修理，恢复设备性能，或更换有关零件。 5）进行空载、加载调试。 6）检验、验收并交付使用。

1.3 国际故障诊断新技术 精密仪器诊断法 计算机辅助监测诊断法 在线监测诊断法 灰色系统诊断法 模糊诊断法 人工神经网络诊断法 www.sciencepcom 精密仪器诊断法 计算机辅助监测诊断法 在线监测诊断法 灰色系统诊断法 模糊诊断法 人工神经网络诊断法 专家系统诊断法 远程诊断法 风险诊断法 效率诊断法

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