劉保水 

摘　要：從機械故障的本質和特征及典型故障類型方面分析了索道機械的可靠性，提出了將運行狀態檢測、故障信息收集、故障機理和原因分析、維修計劃等一系列信息進行綜合分析提高索道機械設備的可靠性管理水平的思路。

關鍵詞：故障分析；索道；機械可靠性

一、問題的提出

對索道管理而言，確保索道設備安全可靠運行是一個永久的話題。這里的可靠實際是指索道設備的可靠性。國外的“可靠性工程”技術引入后，曾引起許多機械工程人員的興趣，但遇到了很多困難，這是因為可靠性技術起源于電子領域，它的分析方法和計算模型主要適應電子產品的故障特點。而機械產品的故障與電子產品的故障有很大的不同，機械產品的故障類型復雜，零部件的標準化程度低，對特定的產品具有特定的可靠性信息，很難像電子產品具有通用的故障率數據積累。特別對索道這種復雜而又數量較少的設備或非標設備，可靠性試驗費用大、周期長，要通過試驗積累可靠性數據也很困難。對從事索道機械維護的人員來見，以索道機械故障率來衡量和認識索道維護質量是不全面的，而應從基于發生或可搜集到機械故障的分析，來認識和理解機械部件的可靠性。

二、機械故障的本質和特征

1. 機械故障的本質

構成機械故障的三要素：載荷（引起故障的物理條件）、故障機制（載荷發生作用直至引起故障的動態或靜態的過程）及故障模式（故障狀態及現象）三者之間不是單純的直線串聯關系，而是有多種聯系，因為有的載荷有多種故障機制，有的故障機制有多種故障模式。

2. 故障的連鎖

機械故障很重要的特征就是因果關系的連鎖很長。豐富的知識和經驗值實際故障分析中間有益于做出正確的判斷。將多個零部件裝配在一起，使其產生某種功能，從而構成機械，也是連鎖發生的主要原因。當重大的破壞現象產生時，真正的起點在別處，若只注意損壞部分，就無法找到真正的原因；連鎖越長，性質越惡劣；多種條件混雜在一起，形成連鎖故障。

另外，機械的很多異常現象與運動的動作有關，因此有必要觀察運行狀態。在靜止狀態下無論如何怎樣觀察（分解、檢查）也無法準確地找到問題點，所以在機械系統中能夠詳細地觀察、測定及記錄裝置運行中的動作是很重要的。

3. 機械故障的形成過程及規律

所謂機械故障，是指機械設備因偏離其設計狀態而喪失部分或全部功能的現象。故障程度應從定量的角度來估計功能喪失的嚴重性，通常所見到的發動機不起動、制動不靈、燃油和潤滑油消耗量異常、機械傳動系統運轉不平穩等都是機械故障的表現形式，當其超過了規定的指標，即發生了故障。機械的技術狀況隨使用時間的延長會逐漸惡化，發生故障的可能性也隨時間的延長而增大，由于故障的發生具有隨機性，很難預測故障發生的確切時間。因此，可以用累計故障率、故障密度和故障率來度量。Z常見的機械故障率隨時間變化的規律如浴盆曲線。曲線可劃分為早期故障期(初始故障)、隨機故障期(偶發故障) 和耗損故障期(衰老故障) 三個階段。機械設備在工作初期，由于設計、制造的不完善，工藝缺陷和裝配調整缺陷，致使故障率較高，而且故障率隨時間的增加而迅速下降，呈漸減型，若進行大修或技術改造后，再次使用也會出現這種情況。機械設備經過早期故障階段后，由于使用環境的偶然變化、人為操作差錯、管理不善造成的潛在缺陷、維護不良、零部件缺陷等，均可造成隨機分布的偶發故障，故障率低而穩定。這一階段是機械設備Z佳工作時期，機械設備的使用壽命基本上由此階段決定。在機械設備使用后期，由于機械中的主要零部件的各種磨損、疲勞、老化、腐蝕等的累積達到一定程度，機械的故障率隨運轉時間的增加而不斷增大，而且上升趨快，呈漸增型，機械進入耗損故障階段，故障增多，故應加強預防性維修和預知性維修。

三、幾種典型的故障類型

1. 疲勞破壞引起的故障

機械部件在運行時承受了呈波浪狀變動的應力，其效果就會累積起來，經過一定的反復次數后發展成破壞，其原因是因振動、旋轉、間歇運動引起的內力，以及有時施加的變動外力造成的。原則上疲勞現象可在周密的定期維護中檢查出來，但如果出現遺漏，破壞會突然發生，并發展成大規模的破壞，因此作為故障模式具有危險的性質。疲勞破壞是機械可靠性中的令人頭痛的問題，原因是疲勞不單獨發生，而與機械構件的局部應力集中同時發生。局部應力集中是主要的誘因，應力集中發生在缺口的邊緣處，Z初的微小的裂紋可誘發很強的應力集中，進而發展成大規模的破壞。因疲勞破壞是從零部件表面開始發展的，因此在定期檢查時應非常謹慎地用適當的方法（例如著色探傷、磁粉探傷、超聲波探傷等）找出正在發展的細微裂紋，并進行修補，就能防止其繼續發展。對索道驅動（迂回）輪焊縫、輪組結構件及軸、抱索器等有可能存在隱患之處徹底地、毫無遺漏地實施上述檢查是很有必要的。

2. 銹蝕破壞引起的故障

金屬材料由于受到周圍介質的作用而發生狀態的改變，轉變成新相，從而遭受破壞，稱為金屬腐蝕。一般認為，腐蝕速度在0.007mm/年以下，對結構危險性不大，因為在使用期內截面的削弱對可靠度降低是容許的；當腐蝕速度等于或大于0.1mm/ 年，則對鋼結構產生危險，形成破壞的危險。當出現化學侵蝕時，以薄弱點為起點，會造成細微的裂紋。它成為應力集中的原因，材料整體的強度會顯著下降。當應力和化學性腐蝕同時存在時，很意外地會在低應力的作用下造成破壞。技術人員有時對防止腐蝕或掌握腐蝕發展的速度不是很關心，因而有必要實際地觀察已出現的腐蝕故障的實物，認識其實態。特別是對早期建成的索道或者國內配套的部分，由于當時不具備整體熱鍍鋅的條件，或者對支架熱鍍鋅要求重視不夠，會造成支架內部的嚴重銹蝕。

3. 軸承的故障

軸承是索道機械設備使用Z多的部件，也是機械維修人員日常工作關注的重點。軸承的正常失效形式為疲勞和剝塊，非正常失效主要有早期疲勞、早期磨損、燒傷、蠕動、腐蝕等。一般來說，滾動軸承是機器中Z精密的部件，通常情況下，它們的公差保持在機器的其余部件的公差的十分之一。但是，多年的實踐經驗表明，只有10%以下的軸承能夠運行到設計壽命。而大約40%的軸承失效是由于潤滑引起的故障，30% 失效是由于不對中或卡住等裝配失誤引起的故障，還有20%的失效是由于過載使用或制造上的缺陷等其它原因所致。如果設備安裝都進行了精確對中或精確平衡，不在共振頻率附近運轉，并且軸承潤滑良好，那么軸承運轉就會非常可靠，實際壽命也會接近其設計壽命。然而實際情況是，大多數使用現場都沒有做到這些。因此，很多軸承都因為各種不同的原因造成軸承的磨損而永久失效。維護人員的工作就是要通過各種方法檢測出早起癥狀并估計故障的嚴重程度。磨損顆粒分析和振動分析都是很好的診斷方法。

4. 泄漏與堵塞

索道設備液壓系統使用部位主要用于制動、張緊及緊急驅動。對整個索道系統的安全運行起到至關重要的作用。泄漏與堵塞是機械工程的古典命題，理論上幾乎闡明殆盡。盡管如此，在實際工作中由于對理論和標準理解不足，令使用者、維護人員吃苦頭的例子不少。引起泄漏的原因主要有密封件年久劣化（熱、應力、冷熱反復）、加在聯結部位以及聯接配管部分的機械載荷（振動、彎曲、拉伸等外力及管子熱膨脹、收縮引起的彎拉變形）、閥內密封面沖擊磨損、維保時的分解再組裝不規范不合理、滑動密封部分安裝角度不合理以及雜質附著等原因。液壓系統引起堵塞的原因主要有初次安裝時系統內存有雜質、換油油質過濾精度不夠或未過濾、維保時液壓元件更換帶入雜質或安裝時擠壞密封件造成碎屑進入系統等。另外，維修人員對液壓知識掌握的不系統、及缺乏實際維修經驗也應引起足夠的重視。

四、機械可靠性的思考

由于索道行業相對來說是一個小的行業，索道公司管理的索道多著十條，少者只有一條，因此，開展規范的索道機械設備的可靠性管理有很大的難度。但是，可以根據自己的設備情況、技術人員條件、周圍技術支持等情況進行一些基礎行工作。一是采用比較成熟的鐵譜分析、振動頻譜分析及各種必要的傳感器提高運行狀態檢測，二是按照規范的項目格式對各種發生故障的狀態、時間、現象、處理、操作、頻次、人員情況等進行記錄，三是加強維護人員技術培訓、掌握索道設備的設計意圖、必要時進行有限元應力分析提高故障機理機制的理解。做可靠性工作，只是單純的個案積累，難以得到具體的成績。只有將運行狀態檢測、故障信息收集、故障機理和原因分析、維修計劃信息等一系列信息進行綜合分析，加以技術的判斷后（這是可靠性管理的核心），才能得出有用的結論，提高索道機械設備的可靠性管理水平。

 （來源：中國索道）