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裝卸機械的預防性維修

文檔作者：李亮文檔來源：上海鐵路裝卸服務(集團)有限公司徐州北分公司		點擊數：	更新時間： 2025年07月17日
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上一篇：淺議大型養路機械油液污染控制

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上海鐵道科技2010年第1期
裝卸柚藏硇預防性維修
李亮上海鐵路裝卸服務(集團)有限公司徐州北分公司
摘要分析裝卸機械故障產生的
基本規律、故障率的類型，并針對目
前采用的計劃修理模式存在的缺
陷，介紹預防維修的優點及設備監
測、故障診斷方法。
關鍵詞裝卸機械故障故障率由
線故障分布密度預防維修
裝卸作業是鐵路運輸生產組織中重
要的環節，直接影響到車輛的運用指標，
特別是對降低各站段的車輛停留時間、
中轉時間考核指標，提高鐵路運輸效率
起著極為重要的作用。根據上海鐵路裝
卸服務(集團)有限公司統計，在全局歷
年的裝卸作業量中機械作業比重都超過
了60％，由此可以看出，裝卸機械的運
用狀況的好壞在很大程度上影響到鐵
路機車車輛的運用。
對于任何一個裝卸機械的使用單
位。尤其是在鐵路貨場、港口碼頭、礦山
采石等場合，而采用機械作業代替人工
作業，企業和社會可以達到以下幾種目
的：第一，裝卸作業是一件集臟、亂、累甚
至危險于一身的生產活動，而使用裝卸
機械，特別是目前采用日趨成熟的人性
化的設計理念和先進的制造技術的裝卸
機械，可以有效地降低人工勞動強度，維
護廣大職工的身心健康；第二，裝卸機械
的運用，使過去一些無法實現的物體移
動變得簡單易行，如重達數百噸甚至更
重物件的移動特別是起升作業在過去
沒有裝卸起升機械的情況下幾乎是不可
能的事；第三，采用裝卸機械進行作業能
夠大大提高勞動生產率，降低勞動成本，
為企業獲取最大的經濟效益。
盡管裝卸機械為人類提供了諸多的
便捷，我們也希望它的有效壽命期(隨機
故障期)越長越好，但是，它們其實和人
一樣，總有其“生、老、病、死”的客觀規
律。
裝卸機械的故障是指裝卸機械的各
項技術指標(含經濟指標)偏離它的正常
波動范圍。如發動機的非正常工作，工作
裝置的工作能力下降甚至喪失，燃油、液
壓油、潤滑油損耗嚴重，零部件的幾何尺
寸或者形狀位置等的改變、非正常發熱、
異響等等，當這些參數超過了其規定的
指標時，均屬于機械故障。
裝卸機械的故障表現在結構上，主
要是它的零件(或部件)的損壞和零件
(或部件)之間相互關系被破壞，如零部
件磨損超限、斷裂、變形，配合件之間的
間隙過大或者過盈喪失，密封件老化或
損壞導致密封失效，聯結裝置(如齒輪、
鏈條、聯軸節、萬向節等)失效而導致動
力喪失等等。
下面，分別論述裝卸機械故障的產
生規律及其預防維修。
1裝卸機械故障產生的基本規律
1．1機械的故障率曲線
機械的故障率曲線是指機械在時間
t內尚未發生的故障，而在下一個單位時
間內可能發生故障的條件概率，也就是
指機械在某一個瞬間可能發生的故障與
該時刻的殘存率(即無故障概率)的比
值，通常可以有入(t)表示，故障率其數學
表達式為：
入(t)：—竺』一
r(O
其中，“t)為機械的故障概率的密度
函數。r(t)為機械使用到t時刻的殘存概
率(可靠度)。
裝卸機械的故障概率隨時間而變化
的規律可以用圖1的曲線來表示。
圖1 故障概率變化規律圖
根據其曲線變化的形狀，我們稱之
為“浴盆曲線”。對應于故障曲線不同的
時間范圍，分別為早期故障期、隨機故障
期，耗損故障期。由圖可知，機械在開始
階段(即磨合階段)的故障率比較高，并
且呈遞減趨勢。一般情況下，大部分的裝
卸機械產品整機在建造或大修出廠之
前，并不會經過充分的試驗、測試和調
整，故而通常我們在實際使用過程中，為
避免不必要的故障，新出廠或大修之后
的裝卸機械應按說明書的要求，經過不
少于8h的充分磨合；第二個階段是隨機
故障期，其故障類型為恒定型，并且它的
值最小，該時期內的故障亦最容易處理，
這是機械產品使用性能和經濟指標的最
佳時期；機械產品到了有效壽命的后期，
即損耗故障期，其故障率不斷增大，呈遞
增趨勢，使產品的使用性能和經濟指標
受到極大影響，它是影響機械產品的有
效壽命的決定性因素，所以它也是機械
故障的主要研究對象，對其須尤其關注。
1．2裝卸機械故障分布規律
萬方數據
裝卸機械的預防性維修
由于各種裝卸機械零部件數目巨
大，類型繁雜，而且各個零件的結構特點
和工作時所承受的載荷又不盡相同，其
各自的性能和指標參數隨著時間變化的
速率和參數和極限指標也參差不齊，我
們可以用一組曲線表示各個零件的參數
變化規律，即可根據各個零件達到極限
指標的時刻而得到機械故障的分布規
律，圖2就是用來近似地表示各個零件
的狀態參數隨時間的變化而變化的關
系。
0
U(n ／ ＼ 。
u(cJ
／／ ／ l
O
圖2各個零件的狀態參數變化關系圖
其中：u(t)為各種零件的狀態參數，
uc是它的極限指標；f(t)為機械的故障率
密度函數。
如果用數學表達示來表示，其函數
為：
U(t)=Ct7+踟
其中：C、1是常數，類型不同的零
件其值不同。Uo是初始參數。
當u(t)達到極限指標uc時，即表示
機械故障發生了，實際應用中，如果發生
機械故障，應立刻停機檢查，并加以排
除，必要時須請維修工給予修理，這樣才
能保證裝卸機械的工作的可靠性，并且
提高其使用壽命，否則，會使機械故障范
圍和程度擴大，甚至會嚴重影響生產。
2裝卸機械的預防維修
2．1裝卸機械預防維修的概述
當裝卸機械在運轉過程中發生故障
后，除了是它達到了報廢的標準不再需
要修復之外，一般采取維修的方法使其
恢復使用性能的，只是在生產活動中維
修方式通常有兩種：
一種是在故障發生之后進行修理，
稱之為“事后修理”，“事后修理”多應用
于在簡單機械的外部易拆易裝的部位上
且非關鍵性的零件，它的破壞或發生故
障時不至于影響其它零部件的正常工
作，這種故障一般是在實際發生之后才
進行必要的維修，以降低機械的使用成
本。
另一種即是本文重點講述的預防維
修，這種維修的故障大致有三類：一類
是，可能引起人身傷亡事故的故障，如各
種裝卸機械的制動系統、轉向系統、報警
系統等都涉及到人身安全，一旦這些系
統的零部件發生故障，使機械的制動、轉
向、報警失靈，極易導致人身傷亡事故，
第二類是，可能引起整個機械破壞的故
障，如發動機的曲軸、連桿機構，電動機
和減速器中的齒輪或軸承及安全裝置
等，當這些機械或系統發生故障時都會
有可能使機械局部遭到破壞，如單個發
動機、電動機、減速器或整臺設備損毀如
傾覆、掉道脫軌等。第三類是某些復雜機
構中的內部零件，如果我們在其故障實
際發生之后再進行維修，就會帶來一系
列的附加的零件的拆、卸、裝、配、測試、
調整等工作，這些輔助性的工作會占用
大量的時間，耗費大量的人力，物力，不
但需要增加維修成本，而且降低了機械
實際利用率，影響生產作業。
對于裝卸機械發生上面所述的故障
時，如果能對其進行有效的預防維修，對
機械設備的運用管理有以下幾點好處：
一是落實國家“安全第一，預防為主”的
方針政策，保證設備使用安全，防止設備
事故的發生；二是最大程度地保證參與
裝卸作業人員的人身安全，在我們鐵路
裝卸歷史上就發生過因為起升限位故障
未能及時修復，導致鉤頭墜落造成一名
起重工腿骨骨折的重傷事故；三是選擇
適當的預防維修時機可以避免擴大損
失，降低維修成本，并將對裝卸作業的影
響減少到最低程度；四是裝卸機械實行
預防維修，將故障解決在發生之前，有利
于機械的正常保養、維護，延長其使用壽
命；五是能節約維修時間，保持裝卸機械
的可靠性，提高實際利用率，為企業產生
良好的經濟效益。
我們知道，裝卸機械使用和維修中
的大修周期(用T表示)．指的是從投入
使用到經過若干次技術保養和局部修理
(臨修)，直至最后的恢復性大修。對于不
同裝卸機械的維修保養周期，目前基本
上是依據設備的作業量和運轉小時來確
定的，這是由多年的經驗累計而總結出
來的，有一定的科學性，但是也有它固有
的局限性，如造成早該修的未修(失修)，
不該修的也修(過剩修理)，另外還會造
成一些由于修理帶來的人為故障等。盡
管近年來，人們按照設備的不同制造單
位、工況、作業頻率和其它作業特點等對
沒備的大中修的兩個條件(作業量和運
轉小時)確定了相應的調整系數，盡可能
客觀地反映設備的使用狀態，但還是不
能充分反映裝卸機械大中修的必要條
件。
目前設備維修工作的發展趨勢是預
防維修，美國、日本和德、法等國家在機
械設備預防監測、故障診斷和維修技術
研究方面開展得比較早，在世界上處于
領先地位，并得到了長足的發展，根據日
本資料介紹，采用設備診斷和預防維修
技術，每年設備維修費用可以減少25—
50％，而故障停機時間可降低75％左右，
經濟效益十分可觀。工業發達國家的統
計表明，90％的設備要求實行預防性維
修，只有10％的設備才需要采用定期維
修，這樣做可以使設備利用率最高，維修
費用最低。
2．2預防維修的基本過程
從上面所述可知，實行預防維修對
裝卸機械的維護和使用有極大的好處。
那么，對機械如何進行預防維修呢?圖3
就是裝卸機械故障的實際診斷基本流程
圖。
圖3裝卸機械故障的實際診斷基本流程圖
萬方數據
裝卸機械的預防性維修
對裝卸機械設備運行狀態等信息的
采集分析和處理主要有以下三種方法。
2．2．1直接了解觀察法
這是根據裝卸機械設備的運行狀
態，決策人利用其所積累的知識和經驗
作出判斷的方法。決策人首先需要對裝
卸機械操作人員等相關人員咨詢了解使
用狀況、通過對機械設備觀其表、聽其
聲、嗅其味、看其動、感其溫，直接觀察到
故障信息，并以豐富的經驗和維修技術
判斷故障可能出現的原因和位置，從而
達到預測和預報的目的，如發動機敲缸
聲、冒黑煙，起重機械啃軌現象，裝載機
變速箱非正常溫升等等，這些故障信息
都可以直接通過觀察機械了解而得到，
這種經驗和技術對于我們鐵路裝卸機械
的故障診斷和預測而言是非常重要的，
即使在可預見的將來，科學技術高度發
展了，也不可能完全被用儀器設備診斷
技術取代。
2．2．2機械性能測定法
這是通過專門的檢測工具對裝卸機
械性能進行測定而獲取信息并由此分析
判斷故障信息的方法。裝卸機械運行性
能參數主要是指振動、聲音、溫度、壓力、
流量、電參數、表面形貌、潤滑情況和排
放物等。
這里就簡單地介紹其中幾個重要參
數的檢測與分析方法：
(1)振動。振動是機械運行過程中最
普遍和常見的現象，就如同人的脈搏能
夠反映其體內器官的功能好壞一樣，裝
卸機械運行的很多狀態特征也都能反映
在振動信息中，故障往往會能引起機械
振動強度或頻率的加劇。有資料顯示，由
于振動引起機械設備故障的比例達到
60％以上，振動信號的獲取比較容易，近
年來，利用振動作為測試手段和分析技
術發展迅猛，加之計算機輔助技術的日
益進步，振動監測與分析技術已經在機
械故障診斷領域占據重要地位，應用的
最多且普遍。
振動監測就是利用機械設備運動時
產生的信號，根據測得的位移、速度、加
速度、頻率和相位等參數，對其進行分析
處理，最終作出診斷。這一監測系統由傳
感器、測量儀器、分析儀器和記錄儀器4
個部分組成。目前市場上已經能夠提供
許多功能強大、性價比合理的振動監測
與診斷儀器，對機械設備進行單點或多
點采樣，可以提供在線或離線監測。
(2)噪聲。在裝卸機械運轉過程中，
噪聲是與振動相伴隨行的，噪聲也是判
斷裝卸機械故障的主要信息來源之一，
當機械設備發生故障時，往往會發出異
常的聲響，我們通常可以從噪聲中提取
特征信息，判斷機械故障發生的原因、位
置以及故障程度，進而及時采取相應的
措施。
利用聲波信號進行故障檢測與診斷
可以采用噪聲頻譜分析法，即可以從噪
聲的頻譜中找出與設備系統工作特性有
關的純音頻峰值，如齒輪的嚙合頻率、滾
動軸承的故障間隔頻率等，再追根求源，
找到噪聲源和對應的故障。
(3)溫度。裝卸機械在運行過程中，
伴隨機械設備部件的相對運動等會產生
熱量，其表象就是溫度的變化，它的升與
降反映了機械設備機件的熱力過程，異
常的溫升或溫降說明產生了熱故障。如
內燃機燃燒不正常，則溫度分布不均；軸
承損壞，則熱量增加，溫度升高；離合器
摩擦片分離不徹底，油溫度則會迅速提
高，因此在實際工作中，經常可以從機械
設備某一部分的溫度異常變化中判斷該
設備是否存在某些故障或預測可能將會
發生的故障。例如我國鐵道部在火車車
輛軸承處使用了紅外軸溫探測器，進行
紅外溫度診斷和預防維修工作，使車輛
燃軸事故大大減少，相當于每年增加車
輛43萬輛，從而可增加收入2億多元，
取得了可觀的效益。
2．2．3磨損殘余物分析法
裝卸機械內部機構、部件之間的相
對運動較多，有相對運動，就有相互之間
的磨擦，其零部件就會產生磨損，我們通
過對磨損殘余物在潤滑油中的種類以及
含量等的測量，分析油樣，就可以得到有
關零部件損壞情況的信息。如柴油發動
機的軸瓦是采用銅鉛合金或錫鋁合金等
高性能材料制作的，如果在發動機的油
底殼里此類合金材料含量超出正常范
圍，就說明發動機有軸瓦磨損可能已經
超標，需要進一步檢查軸瓦和曲軸的配
合間隙，防止故障的擴大；而如果油底殼
油樣中鋁的含量異常增高，則表明活塞
磨損。變速箱潤滑油中如果銅含量增加，
則有可能是離合器的摩擦片磨損。常見
的磨損殘余物分析法有磁塞分析法、光
譜分析法和鐵譜分析法三種，有關材料
中有詳細論述，這里不再贅述。
對裝卸機械設備運行狀態等信息的
采集分Jof：和處理還有其它方法，如頻閃
觀察法、泄漏檢測法、厚度檢測法等。例
如對起重機鉤頭、卷筒就需要采用超聲
波檢測及厚度檢測法等來判斷故障的位
置和損壞程度。
在日常的設備管理中，應建立裝卸
機械設備運行狀態定期檢測制度，并對
采集的信息進行分析，要能夠識別機械
設備運行正常與否，如果已經損壞，就要
對癥下藥，及時處理，如果還是處于早期
故障階段，就要根據故障的趨勢，確定適
當的時機和范圍，進行預防性維修，防止
故障損失擴大蔓延。
盡管對裝卸機械的故障有多種診斷
和分析方法，但是真正要利用這些信息
來識別、判定故障，卻不是一件簡單的
事。由于裝卸機械的組成結構和運行系
統較為復雜，其故障產生的機理具有多
樣性、層次性、相關性、延時性以及模糊
性等特征，所以故障診斷是一門綜合了
多種信息和知識的學科。故障診斷、識別
和預防性維修方案的成功與否主要取決
于故障信息是否足夠和有用、機械運行
狀態的信息(包括正常運行信息和故障
信息)是否保存并建立數據庫以及決策
人是否具有多方面的診斷、分析知識等
三個方面。
3結束語
我們在徐州北裝卸分公司的裝載
機、門吊使用管理上做過一次有益的探
索，輔之以其它手段，特別是加強了FI常
維護保養工作，并制定(下轉第88頁)
萬方數據
道口平改立工程框架涵頂進施工中高程失控的防范
水倒灌而出現涵頭基礎被浸泡，造成涵
頭地基承載力降低。如果對浸過的土不
采取措施并繼續頂進，框架橋容易發生
扎頭現象。因此，在雨季施工時，要采用
短掘短頂方法，并注意涵內降、排水，保
證基坑內無水干燥。
(6)：9-J腳邊外框尺寸出現誤差或刃腳
安裝不當，增大了頂進阻力，也可能出現
抬頭或扎頭現象。
2施工中的預防措施
(1)設計單位應在施工條件允許的情
況之下，盡可能采取相同的地基加固處
理辦法。確因條件所限必須采用不同的
地基加固方法的，應將設計地基承載力
取值盡可能相同或相近，并設置相應的
過渡段，以免地基承載力的突變而造成
扎頭現象。
(2)核對地質情況。在施工過程中，要
核對設計單位提供的頂進箱涵地點的地
質資料，并檢測框架橋滑板下地基承載
力是否能滿足設計要求。若地質條件與
設計不符或地基承載力達不到設計要
求，由設計單位進行設計變更。如可以采
取換填等辦法，以免箱涵頂迸重心在移
出滑床板端部時箱體前傾、扎頭。
(3)做好施工中的防水措施。框架橋
頂進時，掌子面內必須保持干燥無水。如
遇地下水位高的情況，必須采取措施把
水位降至底板以下0．5m，以免帶水頂迸
造成基底土質軟化，以致箱涵扎頭。
(4)合理設計滑板仰坡和框架的船頭
坡。在框架橋預制時預留滑板仰坡，利用
船頭坡，將高出部分土壤壓入箱底，以防
框架在頂出滑床板時因支撐條件的變化
造成扎頭。根據經驗，滑板仰坡一般取
5％一左右，主要視土質情況而定。土質密
實且開挖得當，取5‰即可；土質松軟、
含水量大，坡度應略微放大，一般以8％o
為宜。船頭坡一般采用1：10的坡度。
(5)檢查刃腳外邊框尺寸及安裝的正
確位置，以減少頂進中的阻力。
3處理高程失控現象的措施
頂進施工中雖然采取了上述預防措
施后能減少高程失控現象的發生，但由
于實際施工情況復雜多變，高程失控現
象也在所難免。出現失控現象后，可以采
取如下措施進行糾偏。
(1)頂進施工中，框架橋如發生扎頭
現象，一般可以采用增大吃土量、改善土
質(換填碎石)、往框架底塞廢棄混凝土
枕等方法將其調整到正常狀態。相反的，
出現抬頭現象，可以采用超挖的方法進
行調整。具體超挖多少，要根據現場地質
條件、抬頭量大小等因素決定。
(2)扎頭現象還可以通過打混凝土帶
來調整。如發現扎頭現象時框架橋體離
到位還有一段距離，施工中可以采用打
混凝土薄帶來逐漸調整；如距離很短時，
可采用打混凝土通帶方法來調節。
混凝土薄帶，一般為3×2(m)、厚度在
50era左右的混凝土帶。一般分別設置在
框架橋頭兩邊，中間用碎石換填。在混凝
土薄帶中一般設置兩根短軌(長度深入
框架橋內50era，軌底朝上)來減小混凝
土帶與涵底的摩擦，防止頂進中混凝土
帶跟隨框架橋一起向前移動。根據情況，
可以在混凝土帶中增加錨固墩來加強帶
與土的結合。頂進過程中發現土質有變
化，混凝土帶的厚度和大小可以做調整。
混凝土通帶，適用于要求在較短時
間內將框架橋體姿態調整的情況。混凝
土通帶一般為長度與涵跨度相當、寬度
在2m～3m、深度在2m以上的混凝土構
造物。為了加強其整體性，一般配設鋼
筋。混凝土通帶一般設計成反楔型，防止
在頂進中隨框架一起移動。混凝土通帶
可在短時間內將框架橋體調整到要求，
并在以后頂進中提供一個支點。
f3)當地質情況很差，在根據設計要
求改良地質框架橋體到位后尚不能滿足
使用要求時，在最后幾頂(2m左右)可以
先用千斤頂將框架橋體頂起，而后用木
枕支撐框架橋，再往框架橋體與木枕架
之間安置鐵板，然后繼續頂進。其具體方
法如下：首先在涵尾、邊墻及中心分別挖
三個基坑，澆筑鋼筋混凝土，將兩個千斤
頂安置在邊墻下方，并在基坑周圍擺放
支撐用的木枕和鐵板。當千斤頂向上頂
時，要隨時注意框架橋的變化。注意施工
中須頂高一點以預留一定的沉降值。
4結語
隨著高速鐵路時代的到來，由于橋
涵頂進施工法具有對鐵路運輸干擾少的
特點，已逐漸成為鐵路既有線道口平改
立、增加公路下穿式立交通道中的一種
主要施工工藝。為此，我們在施工中應注
重施工方法和工序控制，加強頂進的過
程監測和控制，并及時采取措施糾正高
程失控現象，以確保箱涵頂進就位后的
高程符合設計和規范的要求。
參考文獻：
【l】TBlo002．1—2005鐵路橋涵設計基本規范．北
京：中國鐵道出版社，2005．
【21舒文超朱健身．橋涵頂進施工中常用糾偏法
的結構受力分析．建筑技術．2002(1 1)．
責任編輯：宋飛
來稿時間：2009—12—18
(上接第57頁)了相應的規章制度，要求
有專人負責落實，取得了不錯的效果，根
據統計，采用故障診斷和預防性維修措
施可以減少維修成本支出25％以上。
為了節約成本開支，認真貫徹落實
鐵道部提出的”提升運輸經營效益，提升
經營管理品質，提升企業市場形象”精神
和規范管理年的要求，我們建議有條件
的單位能夠配備相應的檢測診斷設備，
指定專人采集本單位各類裝卸機械相關
運行狀態各種數據和信息，建立數據庫，
并充分利用其對裝卸機械設備進行有效
管理。、
責任編輯：萬寶安

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