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    設(shè)備故障的統(tǒng)計分析

    2023-02-10 02:36:18栗曉華
    橡塑技術(shù)與裝備 2023年2期
    關(guān)鍵詞:機(jī)理磨損現(xiàn)象

    栗曉華

    (四川輪胎橡膠(集團(tuán))股份有限公司,四川 成都 641402)

    隨著生產(chǎn)的發(fā)展和科學(xué)的進(jìn)步,設(shè)備結(jié)構(gòu)越來越復(fù)雜、自動化程度也越來越高,設(shè)備故障越來越呈現(xiàn)多樣性,有的故障能造成設(shè)備性能指標(biāo)降低或失去預(yù)定的功能,有的能造成嚴(yán)重的設(shè)備事故,對財產(chǎn)及人身安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅,及時準(zhǔn)確的判定故障原因和處理故障是保證設(shè)備安全、高效運行的前提,是提高企業(yè)經(jīng)濟(jì)效益的根本保證。

    1 設(shè)備故障及其管理

    設(shè)備故障一般是指設(shè)備失去或降低其規(guī)定功能、技術(shù)性能以及操作者無意或蓄意使設(shè)備脫離正常運轉(zhuǎn)狀態(tài),致使設(shè)備中斷生產(chǎn)或效率降低影響生產(chǎn)的現(xiàn)象。

    故障管理是通過點檢、設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)測與診斷,掌握設(shè)備有無劣化情況,以期發(fā)現(xiàn)故障的征兆和隱患,及時進(jìn)行預(yù)防維修,控制故障的發(fā)生。并對故障現(xiàn)象統(tǒng)計分析,探索設(shè)備故障發(fā)生規(guī)律,查明故障發(fā)生的原因和機(jī)理,掌握設(shè)備動態(tài)信息,積累設(shè)備預(yù)檢預(yù)修經(jīng)驗,采取針對性措施,改善設(shè)備技術(shù)狀態(tài),預(yù)防或減少故障重復(fù)出現(xiàn),是設(shè)備管理與維修工作者的一項重要任務(wù),如圖1所示。

    圖1 設(shè)備故障及其管理

    2 設(shè)備故障管理內(nèi)容

    設(shè)備故障管理內(nèi)容包括:故障信息收集、儲存、統(tǒng)計、整理,故障原因分析,故障處理,處理效果評價及信息反饋等全過程。上述內(nèi)容中,重點在于故障分析與故障處理。認(rèn)真實施設(shè)備故障全過程管理,可為開展設(shè)備故障機(jī)理、設(shè)備故障原因和設(shè)備可靠性、維修性研究提供數(shù)據(jù)信息。更重要的是,設(shè)備使用單位通過故障分析,加強(qiáng)管理,降低故障停機(jī)次數(shù)和故障停機(jī)時間、盡可能保持設(shè)備功能和技術(shù)性能,預(yù)防類似故障重復(fù)發(fā)生;設(shè)備設(shè)計制造單位通過故障分析,改善設(shè)計、提高設(shè)備制造質(zhì)量、提升設(shè)備穩(wěn)定性、提高性價比。

    3 設(shè)備故障的分類方法

    不同類型的企業(yè),設(shè)備種類多種多樣,其故障表現(xiàn)形式也有所不同,為了方便設(shè)備故障全過程管理,企業(yè)采取的設(shè)備故障分類方法也不盡相同。不管設(shè)備故障如何分類,其本質(zhì)都是通過設(shè)備故障現(xiàn)象,查明故障機(jī)理和故障原因,采取針對性的糾正預(yù)防措施,使設(shè)備獲得最佳運行效果。常用的有按設(shè)備壽命周期過程、故障發(fā)生的速度、故障性質(zhì)、技術(shù)性原因、嚴(yán)重程度、發(fā)生頻次等多種分類方法。按設(shè)備故障技術(shù)性原因分類比較適用,對故障機(jī)理研究、故障原因分析更加直觀。設(shè)備故障技術(shù)性原因可分為磨損性故障、腐蝕性故障、斷裂性故障和老化性故障,如圖2所示。

    圖2 設(shè)備故障技術(shù)性分類

    3.1 磨損性故障

    在工作過程中,互相接觸并做相互運動的對偶表面,在摩擦作用下發(fā)生尺寸、形狀和表面質(zhì)量變化而產(chǎn)生的故障。按破壞機(jī)理,磨損可分為磨粒磨損、黏附磨損(黏著磨損)、表面疲勞磨損、腐蝕磨損、微振磨損(微動磨損)等。前三種是磨損的基本類型,后兩種只在某些特定條件下才會發(fā)生。①磨粒磨損:物體表面與硬質(zhì)顆粒摩擦或游離的堅硬粒子在兩表面之間滑動摩擦產(chǎn)生磨損。②黏附磨損(黏著磨損):摩擦副相對運動時,兩金屬接觸面結(jié)合作用下產(chǎn)生損耗。③表面疲勞磨損:兩接觸表面在交變接觸壓應(yīng)力的作用下,材料表面因疲勞而產(chǎn)生物質(zhì)損失。④腐蝕磨損:零件表面在摩擦的過程中,表面金屬與周圍介質(zhì)發(fā)生化學(xué)或電化學(xué)反應(yīng)而出現(xiàn)的物質(zhì)損失。⑤微振磨損(微動磨損):兩接觸表面間在外界變動負(fù)荷影響下,產(chǎn)生大量的微小氧化物磨損粉末。

    3.2 腐蝕性故障

    按腐蝕機(jī)理不同可分為化學(xué)腐蝕、電化學(xué)腐蝕和物理腐蝕三類。①化學(xué)腐蝕:金屬和周圍介質(zhì)直接發(fā)生化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中沒有電流產(chǎn)生。②電化學(xué)腐蝕:金屬與電介質(zhì)溶液發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)所造成的腐蝕。反應(yīng)過程中有電流產(chǎn)生。③物理腐蝕:金屬與熔融鹽、熔堿、液態(tài)金屬相接觸,使金屬某一區(qū)域不斷熔解,另一區(qū)域不斷形成的物質(zhì)轉(zhuǎn)移現(xiàn)象,即物理腐蝕。

    3.3 斷裂性故障

    斷裂性故障可分為脆性斷裂、疲勞斷裂、應(yīng)力腐蝕斷裂、塑性斷裂等。①脆性斷裂:材料性質(zhì)不均勻、加工工藝處理不當(dāng)、惡劣環(huán)境等原因引起脆性斷裂。②疲勞斷裂:熱疲勞、機(jī)械疲勞以及復(fù)雜環(huán)境下的疲勞等引起的斷裂。③應(yīng)力腐蝕斷裂:熱應(yīng)力、焊接應(yīng)力、殘余應(yīng)力或其它外加拉應(yīng)力,同時存在與金屬材料相匹配的腐蝕介質(zhì)時產(chǎn)生裂紋,并以顯著速度發(fā)展的一種斷裂。④塑性斷裂:塑性斷裂是由過載斷裂和撞擊斷裂所引起。

    3.4 老化性故障

    上述綜合因素作用于設(shè)備,使其性能老化所引起的故障。

    4 設(shè)備故障現(xiàn)象、機(jī)理與原因

    故障現(xiàn)象可為分析故障的原因、機(jī)理提供可靠的線索,是分析故障原因的客觀依據(jù)。因此,為了搞清故障的原因及其發(fā)生發(fā)展的過程,首先就須采用有效的技術(shù)手段查明故障的特征,并以此為起點逐步探索故障的原因和機(jī)理。

    4.1 設(shè)備故障現(xiàn)象

    設(shè)備故障的發(fā)生發(fā)展過程都有其客觀規(guī)律,都是因為出現(xiàn)了誘發(fā)故障的原因,在故障機(jī)理作用下,發(fā)展成為故障現(xiàn)象。故障現(xiàn)象是故障過程的結(jié)果,故障現(xiàn)象的表現(xiàn)形式即故障模式,每一項故障現(xiàn)象都有其故障模式,可以通過人的感官或測量儀器等觀測到。常見的故障模式有:磨損、變形、斷裂、腐蝕,松動、堵塞、異常振動、異常聲響、異常溫度、油脂變質(zhì)、電氣短路、電氣斷路、通訊中斷、絕緣老化、材質(zhì)劣化等等。

    從表1可以看出,回轉(zhuǎn)設(shè)備的主要故障模式依次是異常振動、磨損、異常聲響、裂紋、疲勞,而靜止設(shè)備的主要故障模式依次是腐蝕、裂紋、滲漏、磨損、材質(zhì)劣化。不同類型設(shè)備的故障模式有著明顯的區(qū)別。

    表1 不同類型設(shè)備的故障模式比重 %

    4.2 設(shè)備故障機(jī)理

    故障機(jī)理是指誘發(fā)設(shè)備零部件或系統(tǒng)發(fā)生物理、化學(xué)、電學(xué)、機(jī)械學(xué)作用的過程。當(dāng)引起設(shè)備與系統(tǒng)的故障誘因(如動作應(yīng)力、環(huán)境應(yīng)力、人為失誤以及時間因素等)出現(xiàn)后,作用于設(shè)備零部件或系統(tǒng),使設(shè)備零部件內(nèi)部狀態(tài)(強(qiáng)度、內(nèi)部應(yīng)力、內(nèi)部缺陷等)或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)(功能、安全系數(shù)、使用條件等)的能量積累超過某一界限時,設(shè)備零部件或系統(tǒng)結(jié)構(gòu)就會發(fā)生故障。

    4.3 設(shè)備故障原因

    開展故障原因分析時,對故障原因種類的劃分應(yīng)有統(tǒng)一的原則,明確各種故障原因包含的內(nèi)容,鑒定設(shè)備故障時,按照規(guī)定不難發(fā)現(xiàn)故障的主要原因或問題。設(shè)備故障原因如表2所示。

    表2 設(shè)備故障原因

    綜合分析,產(chǎn)生故障的主要原因大體是設(shè)計錯誤、材料缺陷、制造缺陷和運維缺陷,其中運維缺陷包括使用缺陷和維修缺陷兩個方面。設(shè)備故障不一定是一種原因造成的,但必有一種原因起主導(dǎo)作用,其它原因起媒介作用,是多種原因綜合影響的結(jié)果。判斷何種原因?qū)收系漠a(chǎn)生起主導(dǎo)作用,是故障分析的重點。因此,分析故障原因時需確定起主導(dǎo)作用的原因。

    4.4 故障現(xiàn)象、機(jī)理、原因的關(guān)系

    設(shè)備故障現(xiàn)象、機(jī)理和原因三者之間有著密切關(guān)系,可以概括為:當(dāng)故障原因出現(xiàn)后,誘發(fā)故障機(jī)理發(fā)生作用,進(jìn)而演變成故障現(xiàn)象,表現(xiàn)為故障模式。掌握了故障現(xiàn)象,追溯故障機(jī)理,溯源故障原因,這個過程是十分復(fù)雜的,無固定規(guī)律可循,只能靠技術(shù)經(jīng)驗進(jìn)行分析判斷。因為,故障現(xiàn)象相同,故障機(jī)理和原因不一定相同,同一故障原因可能引起兩種以上的故障機(jī)理和故障現(xiàn)象,

    5 設(shè)備故障的統(tǒng)計分析

    在設(shè)備故障管理中,是通過對每一項具體的設(shè)備故障進(jìn)行分析,查明發(fā)生的原因和機(jī)理。在進(jìn)行統(tǒng)計分析前,需要對企業(yè)的全部設(shè)備及其裝置(系統(tǒng))、部位、零部件名稱以及故障現(xiàn)象、故障原因等采用規(guī)范的、統(tǒng)一的、科學(xué)的專業(yè)術(shù)語和技術(shù)邏輯關(guān)系進(jìn)行定義。

    5.1 設(shè)備故障信息收集

    設(shè)備故障信息是指設(shè)備故障的發(fā)生發(fā)展直到排除全過程的信息。主要包括:故障發(fā)生現(xiàn)象、原因、發(fā)生故障的部位,診斷結(jié)果和排除措施,更換和修復(fù)磨損件的名稱、數(shù)量以及排除故障時間等。信息收集時應(yīng)注意以下幾個方面:一是收集點巡檢記錄、檢修記錄、設(shè)備運行記錄等書面資料;二是收集故障現(xiàn)場狀態(tài),包括故障發(fā)生時的負(fù)載、環(huán)境、運行參數(shù)、儀表記錄、故障現(xiàn)象等數(shù)據(jù)資料;三是收集故障位置的歷史記錄。收集故障信息要及時、準(zhǔn)確、全面、真實。

    5.2 設(shè)備故障統(tǒng)計方法

    依據(jù)設(shè)備故障信息資料,實現(xiàn)分區(qū)域、分設(shè)備類型、同類設(shè)備分裝置、部位或零部件進(jìn)行統(tǒng)計。①設(shè)計能夠進(jìn)行統(tǒng)計分析的Excel電子表格(設(shè)備管理信息系統(tǒng)的故障管理子系統(tǒng),可以實現(xiàn)設(shè)備故障信息輸入、故障統(tǒng)計分析輸出的功能。),格式根據(jù)統(tǒng)計分析的項目和內(nèi)容而定。②統(tǒng)計時,做到故障定位要準(zhǔn)確、同一故障現(xiàn)象或故障原因表述要一致、實際工作表達(dá)要確切、時間格式相統(tǒng)一、故障報表符合故障分析要求等。③從維修區(qū)到公司逐級統(tǒng)計,最后統(tǒng)計出本企業(yè)故障較多區(qū)域及設(shè)備類型,同類設(shè)備故障裝置、部位或零部件,同一部位或零部件較多的故障現(xiàn)象;發(fā)生故障停機(jī)時間較長或故障次數(shù)較多的設(shè)備類型及其裝置、部位或零部件以及所有故障檢修更換零部件的種類及數(shù)量等數(shù)據(jù)信息。

    5.3 設(shè)備故障分析方法

    設(shè)備故障分析首先進(jìn)行故障調(diào)查和鑒定,擬定故障原因研究方向,制訂詳細(xì)的故障原因分析計劃,開展故障原因研究,總結(jié)驗證研究結(jié)論并固化研究成果。常用的故障分析方法有統(tǒng)計分析法、分步分析法、主次圖分析法、FTA分析法、MTBF分析法等等,當(dāng)一種方法不能分析清楚時,幾種分析方法可以并用。在輪胎制造企業(yè),通常采用統(tǒng)計分析法。

    統(tǒng)計分析法是通過統(tǒng)計同類設(shè)備零部件因技術(shù)原因(如腐蝕、強(qiáng)度等)所發(fā)生的故障,占該類設(shè)備各故障的百分比,然后分析設(shè)備故障發(fā)生的原因所在。通過統(tǒng)計,總結(jié)出全部設(shè)備的故障現(xiàn)象,由高到低、由多到少的開展故障機(jī)理研究,查出引起故障現(xiàn)象的原因。同理,按照故障機(jī)理,建立不同故障現(xiàn)象的統(tǒng)計分析模型。

    6 設(shè)備故障分析結(jié)果的應(yīng)用

    不同的故障統(tǒng)計分析方法,其側(cè)重點不同,分析出來的結(jié)論也不一樣。根據(jù)企業(yè)的管理需求,可采用不同的分析方法,能夠統(tǒng)計分析出預(yù)期結(jié)果。通過統(tǒng)計分析,能夠分析出來:一是故障停機(jī)次數(shù)較多、故障停機(jī)時間較長、故障現(xiàn)象種類較多的設(shè)備類型及其部位或零配件;二是故障間隔期較短的設(shè)備部位或零配件;三是發(fā)生故障原因較多的設(shè)備部位或零配件;四是處理故障消耗的零配件種類、規(guī)格型號、參數(shù)及其費用等;五是故障頻次較多、故障停機(jī)時間較長的維修區(qū)等。上述的統(tǒng)計分析,為進(jìn)一步采取管理、設(shè)備技術(shù)改造或大修等活動提供有力的數(shù)據(jù)支持,為科學(xué)決策奠定基礎(chǔ)。設(shè)備故障分析及糾正預(yù)防措施如表3所示。

    表3 設(shè)備故障分析結(jié)果的應(yīng)用

    7 結(jié)束語

    通過設(shè)備故障的統(tǒng)計分析,能夠找到設(shè)備管理中存在的問題和不足。結(jié)合設(shè)備故障原因,從管理、技術(shù)等方面進(jìn)行綜合提升,實現(xiàn)以最合理的設(shè)備投入,獲取最優(yōu)的設(shè)備綜合效益。

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