工程机械故障检测技术和维修措施探索

2022-09-21 16:43:48 来源:写作指导

摘要:随着科学技术的进步,工程制造水平不断提升,工程机械在构造及性能上更具复杂性。受工程机械部件使用频率等因素影响,大型工程机械装置极易遭遇故障停机问题。笔者在介绍工程机械故障类型及主要成因的基础上,分析工程机械故障检测技术类型及其操作要点,如故障诊断技术、分析诊断技术、状态检测技术及故障预防技术,并提出具体的工程机械故障维修措施。实践证明,合理应用工程机械故障检测技术及维修措施,有利于延长工程机械使用寿命,提高我国工程机械行业制造能力。

关键词:工程机械;故障检测技术;故障树;维修措施

工程机械设备构造元件数量多,功能丰富,在提高工业生产效率的同时,也面临着较高的故障发生率[1-2]。因此,需结合工程机械的性能及应用范围,从故障成因入手,总结故障检测技术及快速维修措施,以降低维修成本,提高工程机械利用率。

1工程机械故障概述

工程机械故障一般是指设备运转工作过程中,由于某一或某些原因设备原有功能丧失,这一现象统称为故障。工程机械一旦出现故障,机械设备的性能及寿命会急剧下降。因此,应先对工程机械故障进行分类。具体而言,工程机械故障可分为如下几类:1)根据故障性质及原因,可分为自然故障和人为故障。自然故障是工程机械设备运行环节因设备自身而出现的故障;人为故障则是因机械设备操作者不规范操作而引起的故障。2)根据故障显现状态,主要分为功能故障和潜在故障。功能故障是指工程机械设备在功能输出环节超出性能规定范围,较为常见的表现是设备构件及元件出现功能的下降,严重时甚至零部件损坏;潜在故障是指虽然机械设备功能输出暂未超出性能规定范围,但附加输出显露出相关问题。3)根据故障发生的时间历程,可分为渐进性故障和突发性故障。渐进性故障一般是由于机械设备长期使用后,其系统参数指标逐步劣化而引起的,此类故障可通过早期检测进行预防;突发性故障指机械设备发生故障之前没有先兆,故障发生具有极强随机性,此类故障往往无法提前预测,具有一定的破坏性[3]。4)根据故障维持时间,可分为间断性故障和持续性故障。间断性故障发生后,若无外部干涉,机械可以在短时间内恢复正常;而持续性故障不同,故障发生后,需外界采取相应诊断处理措施,方可恢复原有功能。5)根据故障发生程度,可分为局部故障和整体故障。局部故障是机械设备在某一构成部分上出现故障,该部分功能无法实现,剩余部分功能则不受影响;整体故障有可能由某一部分故障引起,但体现为设备整机功能受影响[4]。通常,局部故障及整体故障存在交叉转移关系,各类型故障也可能出现故障点的串联。

2工程机械故障常见原因

工程机械设备及元配件在使用过程中发生故障,与机械设备自身的常用元配件状况密不可分。从工程机械设备运转实践来看,发生机械故障的原因主要有以下两个方面:1)工程机械配件在型号规格的选用上出现不符或不合理问题。例如,从工程机械维修作业清单中可见,工程机械配件常出现代用或错用的情况,虽能够暂时保持工程机械的运转,但因配件不符设备需求标准,长久运行中机械设备的可靠性及安全性下降,设备的寿命及效能大大降低。如高速公路养护中所用的装载机,由于成本及运转效率等原因,原用的起动机型号规格与运维中所用的规格不符,出现型号互替现象,极易导致装载机柴油机组运行故障,出现功率不足或无法启动等问题。2)工程机械垫片在应用中存在不规范问题。工程机械由众多零部件组成,各部位在连接时最常用到的就是垫片。垫片种类、数量多,应用中常见的有石棉垫、纸板垫、软木垫、橡胶垫、有色金属垫等,上述垫片规格有差异,因此适用范围也不同。在对工程机械进行维修保养时,因垫片规格数量不符,但急需再次使用设备时,维修人员通常使用应急垫片等,长久运行,会使工程机械配合面及关键部位如螺栓或螺母出现松动等问题,导致工程机械故障扩大化。

3工程机械故障检测技术类型及其操作要点

3.1故障诊断技术

工程机械故障诊断,主要是通过对故障现象进行观察,判定故障原因及故障发生部位。工程机械故障诊断技术可以分为主动诊断及被动诊断。主动诊断是在工程机械装置故障临界点或之前采取措施,侧重故障未发状态的干预,可借助诊断经验及数字化诊断技术对工程机械运行状况及参数指标进行调取分析,判定工程机械故障易发点;被动诊断则是在工程机械遭遇故障后进行的诊断,主要围绕确诊故障分析原因及存在部位,多采用人工、设备或人工与设备相结合的诊断方式。随着工程机械运行效率要求的提高,对工程机械应用诊断技术时,大多需满足工程机械不停机的基本要求,当前人工或设备诊断已基本做到在不对工程机械装置进行解体或不对过多零件进行拆卸的状况下完成。从工程机械运行环境看,大中型工程施工场所通常远离维修厂房,此时采取的故障诊断技术需要突出“人”这一要素,在相关工具的辅助下,通过如下几种方式诊断并解决故障。一是听。主要根据工程机械运行中的声响状况对故障进行判断。在对机械响声进行听辨时,同步对机械的负载情况、温度浮动等进行查探,在故障成因的判定上运用听的方法,准确率较高。二是看。使用肉眼或辅助探明装置对工程机械运行异常进行直观观察,通过看的方式,能够对工程机械的主要故障,如零部件完好情况、是否出现松脱及断裂等加以判断。此外,通过查看工程机械发电机是否漏油或是否颜色异常等,也可以对工程机械故障进行判断。三是闻。用鼻子闻工程机械运行中散发的气味,根据气味判断故障类型。例如,电线出现老化或烧坏时会伴随有焦糊味[5]。四是摸。通过手摸的方式判定故障部位。比如,触摸制动鼓发现温度过高时,可将故障界定为工程机械车轮制动器可能出现拖滞故障;再比如,通过手摸机械设备液压油管,感受是否存在过振,辅助使用听的手段辨别是否有噪声等。五是试。试即试验,在确定故障范围后,对疑似故障区域的零部件进行查看,然后更换,试验机械设备故障是否消除,如消除则可判定为零部件问题。

3.2分析诊断技术

工程机械故障检测中,分析诊断技术较为常用,同时配合模糊神经网络技术等手段,可以对工程机械的运行状态规律加以掌握,从而判定机械设备运行状态趋势,对可能出现的故障进行提前预防[6]。工程机械出现故障之前,其运行的特征及参数指标通常会有所表现,而分析诊断技术就是通过对工程机械在一个时域内的实时状态进行识别,以此判断工程机械故障发生的概率及范围。从实践来看,分析诊断技术在工程机械故障识别应用中,主要有函数识别、统计识别、神经网络识别、模糊识别、逻辑识别、灰色识别、故障树识别等。在采用函数、统计、模糊神经网络对故障进行识别时,通常需要数学建模加以辅助,相比之下,逻辑识别、故障树识别及灰色识别等在工程机械运行故障检查中更为常用。例如,针对工程机械发动机故障,采用建立故障树的方式进行分析,故障判定效率较高。当工程机械无法正常运行或运行异常时,需要考虑对发动机系统进行故障诊断,根据故障常见类型可将发动机故障归为发动机机油压力异常、发动机转速传感器异常、发动机冷却水温高、发动机机油液位高、发动机排气温度高等,然后绘制出故障树[7]。通过对故障树进行分析,发动机系统故障引发原因要素较多,一些要素可能彼此关联,但相关原因都与发动机元件、密封件、油液污染等有关,因此,故障成因可以归纳为电子故障、液压故障、机械故障等。在确定故障范围后,引入基于专家知识库的工程机械故障诊断系统,通过系统软件中的故障统计模块,对故障概率进行排列,然后配合维修经验对故障排列进行排查,直至找到故障原因。

3.3状态检测技术及故障预防技术

状态检测技术也被称为故障简易诊断,在对工程机械运行状态进行检查时,主要围绕工程机械振动参数、压力参数及温度参数等主要特征指标进行,然后通过分析特征参数值及门限值两者之间的关系,对运行状态做出判定。较为常见的状态检测技术有机载式在线监测、机械自诊断、离散分项检测等。在日常点检及设备定期维护时,对设备总成功能及整机性能进行专项检测,可以及时发现故障征兆。而故障预防技术是在随机故障检测技术的辅助下,侧重对工程机械尚未发生但发生概率较高的故障进行提前预防查探。预防工程机械故障应做好以下几方面的工作:第一,预防工程机械低压油路气阻故障。当低压油路密封不严密或油箱油面过低时,空气进入极易导致低压油路气阻故障,机械设备发动机则会出现自动熄火或无法启动的问题。对此,应定期检查低压油管、输油泵、手油泵、密封垫及接头是否密封,设备壳体上的螺钉是否拧紧。第二,预防工程机械油路堵塞。堵塞多发部位主要为设备柴油滤清器、滤网、油箱油管、油箱盖通气孔等,主要预防措施是确保燃油清洁并保持油路密封。在注入柴油前应做好48h沉淀,并对加油工具进行清洁,采用密封管,保护好加油口处的滤网不受损;应定期清洗油箱,发现滤芯老化时应及时更换。第三,预防工程机械喷油泵故障。这一环节,应首先确保柴油质量,在喷油泵启动之前,对喷油泵存储的机油进行检查,试验机油纯净度,避免因机油或柴油劣质而导致油阀部件出现磨损、锈蚀或堵塞问题。在此基础上,对供油提前角、供油间隔角、凸轮轴间隙、油阀偶件密封度、偶件质量、关键部位螺栓、键槽等进行检查,并更换不合格零部件[8]。

4工程机械故障维修措施

4.1提高工程机械突发故障的维修质量

若工程机械在运行过程中遭遇突发故障,应进行妥当处理,否则极易导致机械停机。因此,应做好突发故障应急预案。在工程机械零部件的维修及更换上,应对较易损坏或运行周期变长时容易出现锈蚀松动的部件进行事先储备,或者在维修范围内及时进行再加工。例如,在高速公路等大型工程项目中所用到的搅拌设备,搅拌轴极易在长时间运行后出现磨损,对其进行更换时往往无法第一时间送达,此时可对搅拌轴进行堆焊作业,使用车床进行加工,降低维修时间及经济成本。针对一些较易储备的零部件,可直接使用,对损坏件进行更换。比如,工程机械中常见常用的垫圈等,除了关键垫圈使用原规格外,一些损坏的垫圈,可使用钢板制作的垫片临时替代;而设备低压油路所用的密封垫圈,若遇到突发应急状态,可以使用橡胶及烟盒等制作并临时替代。需要注意的是,上述替代件不具备过长的时效性,在完成应急操作后应及时采买标准配件进行更换,避免故障扩大。

4.2做好工程机械维修保障工作

工程机械设备构造复杂,配件数量多,一些配件尤为精密。因此,应在提高应急故障维修能力的基础上,针对大型工程机械,跟进专业故障维修保障工作[9]。所谓专业故障维修,指的是在维修精度上更高,为提高故障维修效率,延长工程机械使用寿命,采用高分子材料对机械性能加以改进,对故障进行消除。常用的维修材料有具备较强阻隔性能及较好黏结性的高分子材料,使用这些材料对主要部件进行防护或维修,可以使工程机械在摩擦性能及耐高温性能上表现更加突出。工程机械专业故障维修人员应对工程机械设备性能及各类参数较为熟悉,总结维修经验,在定期维保环节,可观摩厂家专业人员操作,记录其维修操作步骤及操作所用的材料,不断提高自身的维修技能[10]。随着大型工程机械设备更加讲求运行的环保性,维修人员应及时补充绿色维修知识技能,妥善处理维修过程中产生的污染物,收储好剩余的维修材料,避免材料的浪费,减少对生态环境的负面影响。在专业维修中,将重心放在机油、缸套、活塞、发动机、柱塞余量、部件间隙、温度参数等较为关键的维修内容上。同时,学习在线维修技术及模糊神经网络等数字化分析技术,做到对专项维修的高准度判定。

5结语

工程机械故障检测及维修具有极强的专业性以及一定的复杂性。在选用维修技术时应结合工程机械的种类、规格、参数等要素,采用某一种或多种检测技术手段,然后通过应急维修措施及专业维修措施的综合应用,达到精准高效维修的目的。

作者:李珊珊 单位:兰州职业技术学院