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1、煤矿机械安装高级技师教案孙 祖 河1第 1 讲 机械故障概论一、故障的含义及其类型(一)故障的含义机械设备在运行过程中，丧失或降低其规定的功能以及不能继续可靠运行的现象称为故障。故障包括两层含义：一是机械系统偏离正常功能二是功能失效(二)故障的类型1按发生故障的时间分为突发性故障和渐进性故障突发性故障是由于各种意外的内部原因、偶然的外部影响或二者共同的作用所导致的故障，其特点是具有偶然性。渐进性故障是由于零件工作过程中所存在的磨损、腐蚀、疲劳和老化等现象的延伸而逐渐发展形成的故障，其特点是发生的概率与使用时间有关，2按发生故障的状况分为实际故障和潜在故障实际故障是指机械在工作过程中已经表现出工
2、作能力明显下降或完全丧失的现象。潜在故障是指机械的正常功能逐步消退，但还没有明显的故障显现，它和渐进性故障密切相关。3按发生故障的原因分为事故性故障和自然故障事故性故障是由于使用中维护不足、调整不当，以及违反操作规程或在制造和修复时使用了不合格的零件和材料而引起的故障。属于人为故障自然故障是机器在使用过程中，由于受各种自然因素的影响而引发的故障。二、故障的特点与故障管理(一)故障的特点机器的运行过程是一个动态过程。即机械及系统故障大部分具有随机性。1故障发生的随机性一是在不同时刻的观测数据是不可重复的二是表征机器工况状态的特征值不是不变的2机械设备故障的多层次性除此之外，机械故障还具有突发性、
3、间歇性、缓变性、连续性等特点。(二)故障管理设备故障管理是设备管理的核心内容之一目的在于早期发现故障征兆，并及时采取措施进行预防和维修(1)宣传教育和技术培训相结合，实行全员参与管理的策略（2）制定严格的设备管理制度和维护保养制度(3)熟悉机械设备的结构和工作原理，掌握设备的工作特性，做好设备的运行检查和记录(4)配置先进的检查、检测和监测设备，(5)针对所发生的故障或所发现的故障征兆采取最佳的维修策略和维修方案及时进行排除，并对维修过程进行记录(6)对经常或多次重复出现故障的部位或零件，要给予特别的关注和重点监测三、机械故障产生的基本规律故障率(即机械在某段时间内故障数与该段时间内的总工作时
4、间之比) 故障率的变化大致可分为初始故障区、随机故障区和耗损故障区。1.初始故障区故障率随时间的延长而逐渐降低，2.随机故障的故障率较小此阶段的故障多为突发性故障。可以认为是零件的有效寿命期。3耗损故障区，此阶段的故障一般多为渐进性故障或自然故障。一旦发生故障，往往是多个零件同时存在缺陷。2故障率曲线又叫浴盆曲线。对于初始故障区，各种试验充分调整，一般认为故障已基本消除；处于随机故障区时，虽然有故障发生，但比较容易判定和排除，一般不决定机械寿命。只有接近或进入耗损故障区，机械的性能才发生明显的变化，预示机械有效寿命的终结。四、影响故障产生的主要因素(一)机械制造和修理因素对故障的影响1零件材料
5、的选择 视其工作特点可分为结构材料、耐磨材料、耐热材料、耐腐蚀材料和其他特殊材料等。2零件的加工质量 零件的加工质量包括它的各种尺寸精度、表面粗糙度和其他经过热处理所能达到的机械性能。选用最佳加工或修复方案3机械的装配质量 影响装配质量的因素主要体现为零件装配的位置精度和接触精度保证装配质量要严格遵守装配技术规范的要求，并在装配前仔细检查、装配中精心调整、装配后严格检验。(二)机械使用因素对故障的影响1工作负荷 我们使用任何机械设备时，必须确保其在额定负荷以下工作2工作环境 机械设备的工作环境包括工作场所、气候条件、腐蚀介质和其他有害介质的影响，以及工作对象的状况等。3设备保养和操作水平 必须
6、建立合理的维护保养和修理制度，并严格执行设备检修和使用操作规程。小结：本次课介绍了故障的特点与故障管理，机械故障产生的基本规律以及影响故障产生的主要因素。第 2 讲 机械维修基础一、机械的维修性机械具有可以通过维修手段来预防故障、查找原因和消除后果的性质，这种性质就是机械的维修性。维修是指在规定条件下、规定时间内，按规定的程序进行相应的作业，使机械保持和恢复到能完成规定功能的过程。维修度是指在规定条件下，在规定的时间内，按照规定的程序和方法进行维修时，保持或恢复到能完成规定功能的概率。在一定的时间内，维修度大，说明维修的速度快；反之，维修速度慢。二、维修方式与修理类别有计划地对设备进行预防检修
7、，是我国工矿企业设备维修的根本制度(一)设备维修方式设备维修方式具有维修策略和维修制度的含义。1预防维修预防维修是为了防止设备性能和精度劣化，或为了降低故障率，按事先制订的修理计划和技术要求进行的维修活动。预防维修主要采取定期维修方式。设备维修制度主要有计划预防维修制和计划保修制两种。1)计划预防维修制计划预防维修制简称计划预修制，它是根据设备的磨损规律，按预定修理周期及其结构对设备进行维护、检查和修理，以保证设备经常处于良好的技术状态的一种设备维修制度。32)计划保修制计划保修制又称保养修理制，它是把维护保养和计划检修结合起来的一种修理制度。2预测维修预测维修是一种以故障诊断技术为基础的，按
8、实际诊断结果的需要进行修理的预防维修方式。预测维修的指导思想在于，大多数有故障的部件都将会给出它已处于失效的边缘或正在恶化的警告（填空） 。预测维修实施后，设备的紧急抢修可以降到总维修量的 5以下，加班抢修可以降低到总维修工时的 3或更少（判断） 。预测维修对节能提供了几种潜在的可能性。消除高能量的振源，如不对中、不平衡，可以减少机器功率消耗的 1015（判断） 。目前该维修方式主要用于一些重点设备、关键或核心设备、利用率高的“精大稀”类设备等（填空）预测维修方法通常由几种技术组合而成，其基础是将振动监测与其他技术结合起来 3事后维修：它主要适用于非重点设备，如简单低值设备、利用率低的设备、出
9、现故障停机不影响生产大局的设备。4主动维修： 主动维修也称改善维修，其目的是为了消除设备的先天性缺陷或频发故障，它是预防维修方式的重要发展。主动维修的目的是应用先进的研究方法和修复技术来显著地延长机器寿命，其理想目标是永久消除设备零部件的故障。1)主动维修的优越性2)主动维修技术组成(1)故障根源分析。主动维修重点关注的是设备存在的设计方面的问题，并加以改进。(2)高质量的大修和安装。研究资料表明，精确对中能使轴承平均寿命提高 7 倍，节省维修预算 7，机器装置可利用率提高 12，由不对中造成的被动维修减少一半（判断） 。(3)严格的技术管理。(4) 及时进行技术改造。（二）修理类别是依据修理
10、内容、要求以及工作量大小对设备修理工作进行划分的，主要有大修、中修、小修、定期检查试验和定期精度调整等。设备大修是工作量最大的一种有计划的彻底性修理。中修也称项修，即项目修理。小修：局部拆卸、更换和修复部分失效零件。定期检查试验和定期精度调整：对关键的、重要的设备的几何精度进行有计划的定期检查并调整，使其达到或接近规定的精度标准，满足工作要求。三、维修性设计与实施维修性设计要从设备结构设计、维修周期、维修类别及内容和技术保障等方面加以考虑。(一)维修性结构设计维修性结构设计是在设计机器时就要考虑的，并在将来修理某些失效零部件或总成时能在结构上提供便利的条件，概括起来有以下 5 个方面。1检查、
11、维护的便利性；2拆装的便利性；3修理作业的简单化；4检查、监测和诊断工作的先进性；5无维修设计。(二)维修周期设计：这种依据部分零部件相近寿命期而制订的维修方案，称作维修周期设计。1零件寿命分类 2确定维修间隔周期 3平衡零件的寿命：常用的方法是改变相关零件的材质和加工工艺，从而调整零件的寿命。(三)维修类别及内容设计由现场工程师依据设备工作要求和现场工作条件确定设备的维修方式和修理类型，4(四)维修技术保障设计：1编写使用说明书 2编制维修技术指南和维修技术标准3制定维修备件储备指标。第 3 讲 零件的磨损机器零件磨损的直接原因是摩擦。一、摩擦的本质和种类摩擦是在两摩擦表面间产生抵抗相对运动
12、阻力的现象，这种阻力即摩擦力。摩擦的种类：外摩擦，内摩擦，静摩擦，滑动摩擦和滚动摩擦，干摩擦、流体摩擦、边界摩擦和混合摩擦摩擦是有害的，主要表现在 3 个方面：一是消耗大量的能量，占机器总消耗功能的13 以上；二是造成零件磨损，使零件的装配关系发生变化；三是产生热量，引起机械热变形，(一)滑动摩擦(1)摩擦力的方向与物体运动的方向相反。(2)摩擦力的大小与接触面间的法向载荷成正比。(3)滑动摩擦力的大小与接触面积和滑动速度无关。1干摩擦不加任何润滑剂的摩擦为干摩擦。干摩擦时产生摩擦阻力的原因有二：一是摩擦面的实际接触区内出现粘着，产生分子吸引力；二是两接触面上凹凸不平的谷峰之间，产生相互的机械
13、啮合或犁刨作用。实践证明，最适宜的表面粗糙度为 0.63-0.1。干摩擦属于外摩擦，其摩擦因数大于 01，摩擦阻力大，磨损严重，很难保证零件的正常使用寿命。2边界摩擦在两摩擦表面间注入润滑剂后，两摩擦表面被吸附在表面的边界膜隔开。此时，摩擦取决于边界膜和表面吸附层的性质，这种摩擦即是边界摩擦边界摩擦是一种普遍的摩擦现象，它的摩擦规律基本上与干摩擦相同，只是摩擦因数小些，在 01 以下。如普通滑动轴承、气缸与活塞环之间的摩擦便属于边界摩擦。3液体摩擦两个滑动摩擦表面完全被充满的液体润滑剂隔开，摩擦不发生在两摩擦表面上，而是发生在液体润滑剂内部，液体摩擦的摩擦阻力最小，摩擦因数一般小于 001，零
14、件表面磨损量极小，使用寿命长，但必须在满足一定技术条件(合适的结构，相匹配的载荷、速度、黏度等)下才能实现。4混合摩擦 当摩擦表面处于干摩擦和边界摩擦或流体摩擦和边界摩擦的混合状态时，称为混合摩擦，(二)滚动摩擦当物体在力矩的作用下，沿另一物体表面滚动时就产生滚动摩擦。二、磨损的种类由于摩擦致使机器零件工作表面材料不断损失的现象称为磨损。按照磨损的破坏机理分为粘着磨损、磨粒磨损、表面疲劳磨损和腐蚀磨损等。三、磨损机理及预防措施(一)粘着磨损粘着磨损又称咬合磨损，它是在摩擦副相对运动时，接触表面局部发生粘着，表面材料从一个表面转移到另一个表面的磨损。将粘着磨损分为以下 5 类：(1)轻微磨损。(
15、2)涂抹。(3) 擦伤。(4) 撕脱。(5)咬死。常把磨损较为严重的撕脱和咬死叫做胶合。撕脱是胶合的轻度表现形式，咬死是胶合的重度表现形5式。防止和减轻粘着磨损的危害措施：(1)合理选择摩擦副的材料。(2)采用油性好或含有极压添加剂的润滑剂；(3)限制摩擦表面的温度；(4)对摩擦副零件表面进行处理； (5)控制摩擦副的工作载荷和滑动速度。(二)磨粒磨损由硬质颗粒或摩擦表面上的硬质突出物，在摩擦过程中引起摩擦表面划伤以及表层材料脱落的现象称为磨粒磨损，减轻磨粒磨损措施：(1)提高材料的硬度。(2)改善摩擦副表面特性，提高其耐磨性。(3)尽量减小摩擦表面的粗糙度，(4)加强防护和密封，(5)加强润
16、滑。(三)表面疲劳磨损 受交变接触应力的摩擦副，在其表面或表面下一定深度处形成疲劳裂纹，从而形成点蚀或剥落的现象，称为表面疲劳磨损。为了提高摩擦副的表面疲劳寿命，首先要从选材上下工夫，应尽量避免选择含杂质多的钢材。其次，还应注意：(1)合理选择表面粗糙度。(2)合理选择润滑油黏度。(3)合理选择表面硬度。 (四) 腐蚀磨损在摩擦副工作过程中，由于化学反应或电化学反应作用而引起的材料剥落现象叫做腐蚀磨损，常见的有氧化磨损、特殊介质磨损和气蚀磨损。1氧化磨损：氧化膜被不断磨失，又反复形成的过程就是氧化磨损。氧化磨损是一种最广泛的磨损形态，降低氧化磨损的有效途径是采用发蓝、磷化、蒸汽处理、渗硫以及有色金属的氧化处理等，使基体金属表层形成致密而非脆性的氧化膜。2特殊介质磨损：特殊介质磨损的磨损速度快，磨损痕迹深，危害大，如化工机械容易产生此类磨损。3气蚀磨损：由于气蚀现象的产生，使零件表面受到高温和冲击产生疲劳，逐渐脱落呈麻点状，继而扩展成为泡沫海
