1、第一章工程機械檢測與維修基本理論與技術第一章工程機械檢測與維修基本理論與技術 1.1工程機械故障理論（可靠性理論）工程機械故障理論（可靠性理論） 一、機械故障的概念一、機械故障的概念 教材上解釋：機械系統因偏離設計狀態而喪失部分或全教材上解釋：機械系統因偏離設計狀態而喪失部分或全部功能，或機械設備、零件喪失了規定功能的狀態。部功能，或機械設備、零件喪失了規定功能的狀態。 嚴格意義上講：機械的各項指標偏離了正常狀態所允許嚴格意義上講：機械的各項指標偏離了正常狀態所允許范圍即謂之故障。范圍即謂之故障。 二、故障的分類二、故障的分類 按故障產生原因的性質分按故障產生原因的性質分 人為故障：即由于設計

2、、制造、使用、維護、修理、人為故障：即由于設計、制造、使用、維護、修理、管理不當所致的。它包括課本上所講的錯用性故障、先管理不當所致的。它包括課本上所講的錯用性故障、先天性故障、早發性故障等。天性故障、早發性故障等。 自然故障：機械由于受內、外部各種不可避免的自然自然故障：機械由于受內、外部各種不可避免的自然因素的影響而產生的故障。如：自然磨損、老化、疲勞因素的影響而產生的故障。如：自然磨損、老化、疲勞等。等。 二、故障的分類二、故障的分類 按故障發生時間與使用時間關系分按故障發生時間與使用時間關系分 早發性故障早發性故障 由于機械產品的設計、制造、裝配、調試不當（缺陷）由于機械產品的設計、制

3、造、裝配、調試不當（缺陷）而引起的早期表現出的故障。如：調試期、磨合期等的而引起的早期表現出的故障。如：調試期、磨合期等的故障，具有一定的偶然性。故障，具有一定的偶然性。 突發性故障突發性故障 各種偶然因素作用下，突然發生的故障。特點：與使用各種偶然因素作用下，突然發生的故障。特點：與使用時間無關，事先無法檢測預防，具有偶然與突發性。如：時間無關，事先無法檢測預防，具有偶然與突發性。如：輪胎軋破，推土機刀刃碰壞等。輪胎軋破，推土機刀刃碰壞等。 漸進性故障漸進性故障 由于機械各項技術參數不斷劣化逐漸發展而成的故障。由于機械各項技術參數不斷劣化逐漸發展而成的故障。特點：與使用時間長短有關，一般可預

4、先檢測預測，有特點：與使用時間長短有關，一般可預先檢測預測，有一定規律性。如：氣缸、活塞環磨損等。一定規律性。如：氣缸、活塞環磨損等。二、故障的分類二、故障的分類 按照故障對外表現程度分按照故障對外表現程度分 功能性故障功能性故障 致使機械喪失了工作能力或工作能力有明顯下降的故障。致使機械喪失了工作能力或工作能力有明顯下降的故障。特點：可通過測量輸出參數或從外觀表象可判斷。特點：可通過測量輸出參數或從外觀表象可判斷。 如：一般意義上所說的各種故障。如：一般意義上所說的各種故障。 潛在性故障潛在性故障 指故障在發展過程中，雖未在功能上有所表現，但已接指故障在發展過程中，雖未在功能上有所表現，但已

5、接近萌發，此時一旦發現即稱之為潛在故障。特點：功能近萌發，此時一旦發現即稱之為潛在故障。特點：功能上無表現，但可檢測出。上無表現，但可檢測出。 如：疲勞斷裂零件在完全斷裂之前。如：疲勞斷裂零件在完全斷裂之前。 按照故障后果的嚴重程度（對機械本身）分按照故障后果的嚴重程度（對機械本身）分 輕度故障輕度故障 輕度影響機械的正常使用，能在日常保養維護中用隨機輕度影響機械的正常使用，能在日常保養維護中用隨機工具輕易排除的故障（工具輕易排除的故障（30min以內）。以內）。二、故障的分類二、故障的分類 一般故障一般故障 明顯影響機械的正常使用（造成停機或性能下降），但明顯影響機械的正常使用（造成停機或性

6、能下降），但未造成主要總成和零件損壞，在較短時間內（如：挖掘未造成主要總成和零件損壞，在較短時間內（如：挖掘機機1h，壓路機，壓路機2 h）可以排除的故障（現場可排除）。）可以排除的故障（現場可排除）。 嚴重故障嚴重故障 嚴重影響機械的正常使用（性能顯著下降），造成主要嚴重影響機械的正常使用（性能顯著下降），造成主要總成和零件損壞，在較短時間內無法排除的故障（一般總成和零件損壞，在較短時間內無法排除的故障（一般需進修理廠排除）。需進修理廠排除）。 致命故障致命故障 可能導致人身傷亡，引起機械報廢或造成重大經濟損失可能導致人身傷亡，引起機械報廢或造成重大經濟損失的故障（主要總成完全失效）。的故障

7、（主要總成完全失效）。 例：液壓挖掘機可靠性試驗國家標準規定只要發生致命例：液壓挖掘機可靠性試驗國家標準規定只要發生致命故障即判為不合格（液壓挖掘機試驗時間故障即判為不合格（液壓挖掘機試驗時間800h，壓路，壓路機為機為400h）。）。三、機械故障的量度指標三、機械故障的量度指標 累積故障率累積故障率F(t) 指機械在規定的使用條件下，使用到某一時刻指機械在規定的使用條件下，使用到某一時刻t時發生時發生故障的累積概率（在可靠性理論中稱為不可靠度）。它故障的累積概率（在可靠性理論中稱為不可靠度）。它是故障密度是故障密度f(t)的積累函數。的積累函數。F(t)=0t f(t)dt ; 當當t時，時

8、， F(t)= 1. 故障密度故障密度f(t) 指在機械使用至指在機械使用至t時刻后的很短一段時間內的故障概率。時刻后的很短一段時間內的故障概率。他反映的是故障概率隨時間變化而變化的情況，某一時他反映的是故障概率隨時間變化而變化的情況，某一時刻的故障密度大，則故障概率增加的快。故障密度可通刻的故障密度大，則故障概率增加的快。故障密度可通過實驗測得。過實驗測得。 例如：在例如：在 t 時刻給定的時刻給定的t 時間間隔內，時間間隔內，N臺產品（樣品臺產品（樣品總數）發生故障的數量為總數）發生故障的數量為n(t)，則經驗故障密度可按，則經驗故障密度可按 f (t)=1/Nn(t)/ t計算（即故障數

9、與總數之比）。計算（即故障數與總數之比）。 由于在可靠性試驗后期，殘存的產品數量越來越少，在由于在可靠性試驗后期，殘存的產品數量越來越少，在同一同一t時間內時間內n(t)也越來越少，最后趨于零，難于準也越來越少，最后趨于零，難于準確反映產品的故障概率，故產品可靠性評價中引入故障確反映產品的故障概率，故產品可靠性評價中引入故障率率(t)概念。概念。三、機械故障的量度指標三、機械故障的量度指標 故障率故障率(t) 瞬時故障率：產品在某一瞬時瞬時故障率：產品在某一瞬時t之前不發生故障，之之前不發生故障，之后的單位時間內發生故障的概率。是一條件概率，用后的單位時間內發生故障的概率。是一條件概率，用(t

10、)表示。可按表示。可按(t)=1/N存存dn(t)/dt= 1/N存存n(t)/ t計計算。（實為故障數與殘存數之比）算。（實為故障數與殘存數之比） 平均故障率平均故障率 平均故障率是指產品在某一時刻之前不發生故障，之后平均故障率是指產品在某一時刻之前不發生故障，之后某一段時間內單位時間發生故障的概率。某一段時間內單位時間發生故障的概率。 其可按其可按 (t)= 1/N存存n(t)/ t計算。計算。 與故障密度間關系與故障密度間關系 故障密度為單位時間內故障數與總數的比值，故障率是故障密度為單位時間內故障數與總數的比值，故障率是單位時間內故障數與殘存數的比值，后者較前者更能反單位時間內故障數與

11、殘存數的比值，后者較前者更能反映故障的變化情況，即更靈敏。映故障的變化情況，即更靈敏。 平均故障間隔期（平均故障間隔期（MTBF） 平均故障間隔期是指相鄰兩次故障間的平均時間。平均故障間隔期是指相鄰兩次故障間的平均時間。 四、機械產品的可靠性評價四、機械產品的可靠性評價 產品的可靠性是指產品在規定的條件下和在規定的時間內完成規產品的可靠性是指產品在規定的條件下和在規定的時間內完成規定功能的能力。對于工程機械即是在規定的作業工況、使用維護、定功能的能力。對于工程機械即是在規定的作業工況、使用維護、貯存、運輸等條件下，在規定的工作時間內，保持規定的技術指貯存、運輸等條件下，在規定的工作時間內，保持

12、規定的技術指標并完成規定功能的能力，即不發生故障的能力。它反映的是產標并完成規定功能的能力，即不發生故障的能力。它反映的是產品的時間質量指標，其定量評價可從如下五個方面進行：品的時間質量指標，其定量評價可從如下五個方面進行： 無故障性指標無故障性指標 首次故障前平均工作時間（首次故障前平均工作時間（MTTFF），即首次發生一般故障），即首次發生一般故障或嚴重、致命故障時的平均工作時間。或嚴重、致命故障時的平均工作時間。 平均故障間隔時間（平均故障間隔時間（MTBF），即可修復機械設備或零部件相），即可修復機械設備或零部件相鄰兩次故障之間的平均工作時間。鄰兩次故障之間的平均工作時間。 平均停機故

13、障間隔時間（平均停機故障間隔時間（DTMTBF），即可修復機械設備或零），即可修復機械設備或零部件相鄰兩次停機故障的平均工作時間。部件相鄰兩次停機故障的平均工作時間。 故障率故障率(t)，在時間，在時間t之前尚未發生故障而在隨后的單位時間內之前尚未發生故障而在隨后的單位時間內可能發生故障的條件概率。可能發生故障的條件概率。 平均百臺修理次數（平均百臺修理次數（RDH），即在規定的使用或試驗條件下，），即在規定的使用或試驗條件下，在某一時刻或時間范圍內，平均百臺需要修理的次數。在某一時刻或時間范圍內，平均百臺需要修理的次數。四、機械產品的可靠性評價四、機械產品的可靠性評價 維修性指標維修性指標

14、平均事后維修（修復）時間（平均事后維修（修復）時間（MTTR） 即可修復機械設備或零部件使用到某一時刻所有故障維即可修復機械設備或零部件使用到某一時刻所有故障維修的平均有效時間。修的平均有效時間。 MTTR=1/nti,i=1,2,n;其中：其中：ti：第：第i次故障的修復時間，次故障的修復時間，n：發生故障的總次數。：發生故障的總次數。 維修度維修度M(t) 即可修復產品在規定的條件下和規定的時間內完成維修即可修復產品在規定的條件下和規定的時間內完成維修的概率。的概率。 M(t)=0tm(t)dt；其中：；其中：m(t)為維修概率密度為維修概率密度函數。函數。 維修率維修率(t) 與故障率類

15、似，是指維修時間達到某時刻與故障率類似，是指維修時間達到某時刻t尚未修復的尚未修復的產品，在該時刻后單位時間內完成修復的條件概率。產品，在該時刻后單位時間內完成修復的條件概率。 (t)= m(t)/1- M(t)四、機械產品的可靠性評價四、機械產品的可靠性評價 耐久性指標耐久性指標 可靠度可靠度R(t) 指在規定的使用條件下和規定的時間內，完成規定功能指在規定的使用條件下和規定的時間內，完成規定功能的概率。的概率。 R(t)=tf(t)dt=1-F(t)=f(t)/ (t) 累積故障率累積故障率F(t)(見前見前)也稱不可靠度。也稱不可靠度。 F(t) =0tf(t)dt=1-R(t) 可靠壽

16、命可靠壽命LR 指在規定的使用條件下，可靠度指在規定的使用條件下，可靠度R（t）達到某一規定值）達到某一規定值時的工作時間。不同零件的可靠度分類等級見時的工作時間。不同零件的可靠度分類等級見P18表。表。 平均壽命平均壽命MTTF 機械設備或零部件從開始使用到失效報廢的平均使用時機械設備或零部件從開始使用到失效報廢的平均使用時間。間。四、機械產品的可靠性評價四、機械產品的可靠性評價 有效性指標有效性指標 有效度有效度A(t)：指在規定的使用條件下，在某個觀測時間：指在規定的使用條件下，在某個觀測時間內，機械設備及零部件保持其規定功能的概率。內，機械設備及零部件保持其規定功能的概率。 當當t時，

17、按下式計算：時，按下式計算： A(t)=MTBF/(MTBF+MTTR) 可靠度、維修度、有效度間關系：可靠度、維修度、有效度間關系： A(t)=R(t)+F(t)M(t) 經濟性指標經濟性指標 年平均保修費用率年平均保修費用率PWC 即在規定的使用條件下，出廠第一年保修期內，每臺機即在規定的使用條件下，出廠第一年保修期內，每臺機械設備工廠平均支出的保修費用與出廠銷售的比值。械設備工廠平均支出的保修費用與出廠銷售的比值。 費用比費用比CR CR=全年維修費全年維修費/購置費購置費 可靠性經濟指標可靠性經濟指標KE KE=(CM+C0)/T0 即即KE =新設備造價新設備造價CM+設備使用、維護

18、、修理總費用設備使用、維護、修理總費用C0/設備使用年限設備使用年限T0。五、工程機械故障的一般規律五、工程機械故障的一般規律 工程機械故障的一般規律可用故障率曲線來表示，見教工程機械故障的一般規律可用故障率曲線來表示，見教材材P11圖圖1-5之之d)。 由圖可見，曲線明顯分為三段，形似浴盆，故也稱為浴由圖可見，曲線明顯分為三段，形似浴盆，故也稱為浴盆曲線。盆曲線。 早期故障期早期故障期A 故障率曲線為漸減型，故障率由故障率曲線為漸減型，故障率由(t) 高而低，逐步減少。原因：早期高而低，逐步減少。原因：早期 故障期故障主要是由于加工、制故障期故障主要是由于加工、制 造、裝配等誤差或失誤所引起

19、的造、裝配等誤差或失誤所引起的 早期故障，隨著磨合、發現與及早期故障，隨著磨合、發現與及 時的排除，故障率不斷降低，至時的排除，故障率不斷降低，至 磨合期結束，則會穩定在一個很磨合期結束，則會穩定在一個很 t 低的水平而進入正常工作期。低的水平而進入正常工作期。 A B C五、工程機械故障的一般規律五、工程機械故障的一般規律 隨機故障期隨機故障期B 隨機故障期故障率低而穩定，主要是一些偶然因素引起隨機故障期故障率低而穩定，主要是一些偶然因素引起的隨機故障，一般易于排除，對機械壽命不會造成過大的隨機故障，一般易于排除，對機械壽命不會造成過大影響，相當于機械的正常使用壽命期。影響，相當于機械的正常

20、使用壽命期。 耗損故障期耗損故障期C 故障率為漸增型，且增長速度逐步加快，很快會導致機故障率為漸增型，且增長速度逐步加快，很快會導致機械壽命終了而報廢。械壽命終了而報廢。 原因：由于隨使用時間增長，由各種自然因素引起的漸原因：由于隨使用時間增長，由各種自然因素引起的漸進性故障逐步增多，各零件陸續進入壽命終了期，因而進性故障逐步增多，各零件陸續進入壽命終了期，因而故障率逐步增高，且嚴重故障也越來越多，機械處于零故障率逐步增高，且嚴重故障也越來越多，機械處于零件嚴重耗損階段，故稱耗損故障期。件嚴重耗損階段，故稱耗損故障期。 提示：機械應在進入耗損期前進行大修，以恢復其性能提示：機械應在進入耗損期前進行大修，以恢復其性能。六、工程機械故障的一般原因六、工程機械故障的一般原因 機械故障的直接起因是多種多樣的，但若歸納起來看，機械故障的直接起因是多種多樣的，但若歸納起來看，其一般原因主要表現為如下三個方面：其一般原因主要表現為如下三個方面： 1.機械零件的損壞