1、也谈设备主动维护摘要 本文重点介绍了设备主动维护的概念对常见故障产生原因特点及如何对其危害采取主动预防措施进行论述。 1 引言 机械设备在使用过程中，会逐渐老化，出现故障，乃至发生事故，影响生产，为保持和延长其使用寿命，人们采取多种方式进行维护，如：事后维修，预防维修和预测维修等，但究竟哪种方式能达到既节省成本，又能使设备安全可靠运行呢？应当说针对不同工况，各有千秋，相比之下，设备主动维护会更被人青睬，是国为它走了一条治“本“ 之路。 2 主动维护的特点 对导致设备损坏的根源性参数进行监测并控制，延迟失效发生，减少维修最大限度减少停机，达到相对成本的低的一种维护方式，是主动维护一大特点。设备和
2、人有某种程度相似，如一个人平常自我感觉良好，很少去医院就医，突患心脏病，去医院抢救，或抢救成功，但留下残疾，或抢救失败死亡。在设备上叫“事后维修“ 俗话说出了事再修，如他能在每年定期去医院查一下身体各项有关指标，发现异常，及时治疗，也可能花了检查费，什么也没查出来也可能查出病来。这在设备上称预防维修，也叫定期维修。此法在于当拆检设备时，可能某些机件早已损坏，早当修，也可能一切正常，还不如不拆，称过剩维修，还有一种经常去医院对其心脏等有感觉部位作心电、超声、CT 等监测。发现异常，及时采取应急措施，进行对症治疗这在设备上称为预测维修。也叫视情维修，就是具备一些监测手段，经常采取离线和在线方法监测
3、，可达到需要“修“ 就修，不需要 “修“就不修。一切依靠监测数据。如果一个人平时就注意锻炼身体，控制饮食，起居有常，心情开朗，大度，所谓“三分治七分养 “把精力放到预防上，这个人有病的机会就较小，这在设备上叫主动维护，就是从设备设计开始到报废一个周期通过监测和控制故障的诱发因素，使故障苗头没有产生的因素，以达到防止失效发生和发展，进而延长机器的使用寿命，大幅度节约维修费用，但现实往往被忽视，其一是一些人们观念改变是较慢的，如有人宁肯花几万、十几万的费用用在临终抢救上，而不肯每年用去几千元做一次全面体检，早发现疾病苗头，早治疗。主动维护虽成本相对较低，也需要时间和资金的投入，但忽视所带来将是更大
4、的资金和时间投入，美国一些专门机构对设备液压系统几种不同维修方式所需费用做了分析和比较，认为主动维护所用成本是最低的。如图。 3 零件失效形式分析及预防措施 零件使用过程中，由于失去设计功能或老化发生损伤而导致不能继续工作的现象称失效，其中变形、磨损、腐蚀、断裂为其主要形式。随着现代机械设备向高参数发展，零件失效的问题愈来愈突出，成为故障的主要原因。因此，研究零件的失效形式，机理及对策是寻找零件故障的起因的重要内容，也是查找故障源，从而采取有力的主动措施，将故障苗头消灭在萌芽中，曾耳闻大国舰队司令评价自己的装备是 “终生无故障“运行，现在看来不是遐说，而是现实。 3.1 变形 3.1.1 变形
5、产生的原因和特点 变形分为弹性变形和塑性变形，因为变形对机械设备技术状态和寿命的影响，不易直接看出来，因此，未能引起人们更多的重视，由于科技发展，零件和设备变形已成为维修质量低，大修周期短的一个重要原因。所谓弹性变形，是指变形量较小，除去外力后，完全恢复那一部份，一般变形量不超过原来材料长度 0.101.0%，而塑性变形是指外力除去后，不能恢复那一部份称“永久变形 “，因此，会产生内应力，影响机械性能主要是这部分。 3.1.2 减少变形危害主动的措施 认真执行操作规程，避免超载，是减少变形首要措施，其次在设计上不但要考虑材料零件强度，而且还要重视刚度，合理布置零部件结构尺寸，避免尖角、棱角，厚
6、薄悬殊部份可开工艺孔，盲孔改为通孔，形状复杂零件可能条件下用组合结构以改变受力状况，在加工上要注意对毛坯进行时效处理以清除残余应力，有条件工况，可将毛坯露天存放 1-2 年，自然时效，粗精加工零件之间或精加工零件之前，应安排人工时效，以消除内应力，热处理工序零件在加工时要考虑热加工变形，应预留变形量等。 2 也谈设备主动维护 3.2 断裂 3.2.1 断裂产生的原因和特点 断裂是物体在机械力、热、磁、声响、腐蚀联合作用下，使其本身继续遭到破坏，从而发生局部或几部份开裂，机械零件在外力作用下会发生疲劳断裂，这种断裂约占整个断裂80-90%，在高温持久应力作用下，会出现蠕变断裂，一般疲劳断裂零件通
7、常是载荷多次循环后才发生的，其破坏常常从零件表面缺口，沟糟应力集中处或因热处理不当使零件表面氧化，脱炭，软点等，以及材料本身缺陷，如夹渣，缩孔、疏松、偏析、白点、粗晶粒、过烧、过热等处，冷加工不当使零件表面存在刀痕、擦伤、残余应力、酸、盐和潮湿大气等腐蚀介质，会使零件表面腐蚀，造成局部应力集中，引起腐蚀疲劳。装配不当有时也会产生应力，操作时，违章作业，突然起停，超载运行都会引起疲劳破坏。疲劳断裂是零件是循环交变应力作用下，经过一定周期后发生的损坏，各种零件所受载荷不同，如轴类则受到扭力，弯曲、拉伸、压缩或单独作用，使疲劳断裂，然后突然破坏，断裂前无明显塑性变形，虽比磨损，变化引起失效小一些，但
8、断裂事故一旦出现，就会产生严重后果。因此对疲劳断裂应引起更大的注意。 3.2.2 减少零件断裂，应采取的主动措施 在设计上力求减少局部应力集中 机械缺口，如过小园角，沟槽，键槽，螺纹，加工刀痕，油孔或材料中缩松，缩孔，穴孔，夹杂物，焊接缺陷，锻造中折叠，分层接缝，空洞，也都有重要影响。 减少残余应力影响 各种冷热加工过程中，如机加、冲压、焊接、铸造、热处理、甚至打钢印、电刻蚀识别标记时，都可能产生残余应力，所以要进行人工时效处理，高温件要回火处理。 注意发现早期裂纹 有裂纹不一定就立刻断，但断是由裂纹发展起来的，因此，定期进行无损探伤等监测是必要的。 避免超载 断裂是由于外力超过零件弹性极限而
9、发生变形，若外力超过材料强度极限，即可发生断裂，所以工作中必须控制超载。 3.3 腐蚀 3.3.1 腐蚀产生的原因及特点 腐蚀从广义上讲，是金属被氧化的过程，一般说，腐蚀是一种自发现象，腐蚀可从金属表面开始，慢慢深入，形成凹洞、斑点。随着工业发展，对设备零部件要求越来越高，它们往往要求在腐蚀介质中工作，失效是难免的，由此造成的后果也是严重的，因此，研究和控制腐蚀是非常有意义的。 金属腐蚀按其机理可分为化学腐蚀和电化学腐蚀。 化学腐蚀是金属外部电介质直接作用，产生化学变化的结果，其间不产生电流，这些外部电介质，多为非电解质，如空气、高温气体、汽油、润滑油等，它们一经和金属接触就会形成表面膜，在不
10、断脱落和产生过程中，造成金属腐蚀，如轧钢氧化皮等。而电化学腐蚀则是金属电解物质接触产生的腐蚀，如潮湿空气，以及电解液中海水、碱盐等水溶液，热处理电炉中熔盐与电炉电极所处理零件，均属这一种腐蚀，和化学腐蚀所不同之处就是腐蚀过程中，有电流存在。因此，电化学腐蚀比化学腐蚀要强烈得多，金属腐蚀大多为电化学腐蚀。金属中影响腐蚀的因素与其本身电位有关，标准电位越低，化学活性就越高，因此易腐蚀，但有些金属如镍、铬，他们标准也低，化学活性也较高，但他们抗腐能力就很强，另外金属中的杂质越多，抗腐能力越差，如钢铁中硫、磷、硅化物等，由于他们电位较高，在金属腐蚀过程中，成了阴极，因此，他们不断被腐蚀，还与金属形状和
11、粗糙度有关，形状越复杂，粗糙度越大，抗腐能力越差，金属表面擦伤，凹形不平处，零件焊接转角，铆焊处均为阳极，而遭致腐蚀。 3.3.2 减少腐蚀危害所采取的主动措施 金属腐蚀导致经济损失是十分惊人的，美国政府 1978 年发表的因腐蚀导致经济损失为700 亿美元，占国民经济总值 4.2%，金属腐蚀过程是缓慢的，据统计，全世界每年因腐蚀而损失金属制品占年产生总量的 1/3，数字是惊人的。那么如何减少腐蚀造成的危害呢？ 3 也谈设备主动维护 正确选材 根据环境和具体工况，尽量选择耐蚀材料，如含有镍、铬、钛等元素的合金物，有条件地方可选用尼龙、玻璃钢、陶瓷、塑料等。 合理设计 从腐蚀产生的原因和特点中，
12、可以看出，在设计上很重要，应尽量避开这些造成金属腐蚀的因素，如金属表面几何形状不连续的，材料中的不连续的，应使外形简化，使各部位尽可能均匀一致，减少差别。 覆盖保护层 （1）采用电镀、涮镀、低温镀铁，电喷涂等，在金属表面覆盖一层耐蚀材料，如镍、铬等金属保护层。 （2）采用非金属涂料，涂在零件表面上，使其免受酸、碱、盐等腐蚀介质侵蚀。 （3）涂防腐漆 各种漆如：沥清漆、双氧树脂、聚烯、酚醛树脂等涂料，均能减少腐蚀产生。 （4）采用玻璃钢 它是合成树脂粘结材料，以玻璃纤维及其制品，如玻璃布、玻璃丝等，增强材料，按所需方式制成，有良好防腐蚀性。 （5）采用耐酸酚醛塑料 这是以热固性酚醛树脂作粘结剂，
13、以耐酸材料玻璃纤维、石棉等作填料的一种热固性塑料，原用于机械加工，但主要应用于各种管道或管件中。 电化学保护 这是一种较新的防腐方法，使其被保护设备通过直流电流，进行极化，以消除这些电位差，实质就是将比零件材料化学活性更大的金属接到零件形成腐蚀电池，零件作为阴极，不发生腐蚀，但所用介质必须是导电的。 添加缓蚀剂 主要有有机和无机二种，有机缓蚀剂能吸附在金属表面上，减轻腐蚀，无机缓蚀剂能在金属表面形成保护，使金属与介质隔开，如重铬酸钾、硝酸钠、硫酸钠等。 改善环境条件 就是将环境中腐蚀介质去除，如通风去湿，一般金属湿度在 50-70%以下，就可减缓大气腐蚀。 3.4 磨损 磨损主要是在机械力作用
14、下，使发生运动零件接触表面材料不断受到损耗，从而导致零件表面状态和尺寸发生改变的一种失效方式，虽然磨损失效所造成的后果通常不像断裂、腐蚀那么严重，但其造成的经济损失还是相当可观的。据一些国家资料显示，每年因磨损失效而引起的损失约占国民经济总产值 1%，据美国研究资料表明，机械设备功能失效 50%归因于磨损，其中，磨粒磨损又占磨损的 50%，然后是粘着磨损等。因此，研究和找到磨损的起因，对防止和减少磨损是很有意义的。 3.4.1 磨损产生的原因和特点 磨损表现为多种形式，这里主要谈及是磨粒磨损和粘着磨损 磨粒磨损 当两个摩擦面表面存在硬粒子时，发生相对运动，使摩擦面表面损伤和转移时，为磨粒磨损，
15、是常见最普遍一种磨损失效形式，其破坏特征与其所受压力大小，磨粒的硬度，形状和零件材质有关，材料硬度越低，磨损量就越大，当应力较低时，磨粒硬而尖锐，在零件上呈现一条条切削沟槽，而应力较高时，磨粒被压碎，则开成剥落坑，此外，热处理不当，基体组织出现较多铁素体或残余奥氏体或碳化物，都将降低材料耐磨性。 粘着磨损 当一对摩擦付做相对运动时，使材料从一较软的摩擦面转移到另一较硬的摩擦面上，引起材料流失的现象，叫粘着磨损。粘着磨损的特征是在被磨损的零件表面常呈现出破坏特征，是在被磨损的零件表面常呈现出细长条状的摩擦痕迹和撕裂痕迹，在硬面上会粘着多余的材料。 3.4.2 减少磨粒，粘着等磨损所造成危害而采取
16、的主动措施 改良不合理设计 试验表明，当摩擦速度一定时，粘着磨损是随着接触压应力增大而增加，结构设计不合理，造成摩擦热力不能尽快散发，局部温度过高，也会造成粘着磨损，此外，尺寸、配合、外购外协件高质量选取，都有直接关系。 强化表面处理 氧化、硫化、磷化、渗碳、氮化、喷涂、镀铬、堆焊等都可以提高抗粘着磨损和磨粒磨损能力。 正确选材 试验表明，材料硬度较低，磨损量越大，为防止磨粒磨损发生，材料的硬度一般要大于磨粒硬度 1.8 倍，摩擦的材料合理搭配，降低其摩擦系数，都可以提高抗磨损能力。 4 也谈设备主动维护 正确热处理 防止热处理出现铁素体或残余奥氏体形或在马氏体上分布大小不均的碳化物，以及过热
17、、脱炭，过大的加热梯度，都会降低材料耐磨性。 加强润滑管理，选用清洁润滑油，效果突出 近年来陆续有报导，由于油品污染造成的损失数目惊人。如某矿山新油运到矿井地面，其污染度已达到 NAS1O 级。某矿务局从国外引进综采机组由于油液污染严重，短短几个月时间内，就有数十台液压泵和液压马达损坏，造成直接经济损失几十万美元。某筑路单位从国外购买卡特公司各种工程机械达几百万元，由于使用时不懂维护，短短几年造成液压阀组卡咬，动作失效，换成国产阀组至今处于出工不出力状态。国内外资料表明，液压元件失效 70-85%归因于油品污染、变质，这其中除了管理上问题外，还由于近年来液压润滑元件精密程度越来越高，运动间隙变
18、小，对超细微粒越来越敏感所至，加之一些用油单位不认识，又没有检测手段造成事故频繁。通过国内外大量实际研究证实除了油品本身质量外，常与管理维护不当使油污染有关，要在油品清洁度上下功夫，必须有一个与使用设备相适应的高效润滑过滤系统，把污染物及时分离出来，如英国 FM 系列离心洁油器就属这一种。 SKF 轴承制造商是世界最负有盛名的公司，它们通过大量试验，深入研究了负荷、油液粘度，颗粒污染物等各种因素对轴承寿命的影响并得出结论：即清除润滑油中 2-5 微米固体颗粒，滚动轴承疲劳寿命可延长到原来的 10-50 倍。根据发动机综合研究理论，使用改良后的清洁型机器润滑油将发动机寿命延长 8 倍，1997
19、年 BHP（澳大利亚墨尔本大学维护技术研究院）钢铁维修委员会在日本 BHP 钢铁公司两大扎钢厂中，通过运行中润滑问题的研究，在 1975 年-1985 年间 NSC 钢厂设备故障率由每年 342 起减少至 85 起。设备故障率减少 87%。又在此期间通过全厂范围内实行润滑污染预防控制工艺，取得了显著效益。全厂范围内轴承购买率减少 5%，液压泵更新率减少 80%，润滑油消耗减少 83%，润滑故障频率减少 90%。我国天津港务局是外贸主要港口之一，现有 66 个泊位，各类机械 2272 台（套） ，船舶 44 艘，设备固定资产总值达 17 亿元，该局从 20 世纪 90 年代开始抓油液净化工作，使
20、得各种发动机，铲车、吊车、装载车故障明显下降。停机维修损失大为减少，每年节约油料和维修成本高达 500 万元。当前，已有单位，甚至将新进油品（当然不是高清洁度油）先过滤达到要求污染度等级再用，针对这一全球性技术课题，美国一公司提出了“全面清洁度控制“（TCC）的观念，旨在从单个零件的生产系统开始运行及今后的工作寿命的整个生产过程中，降低污染物发生率及其影响与全面质量管理（TQC）相似，TCC 也需要“ 全过程，全系统，全体人员“ 参加，特别是液压系统，其失效除了系统本身硬件质量不合格外，往往与系统管理工作不落实有效规章制度，规范，未能实施有关。因此想真正落实 TCC，必须做到 “三全“ 管理才
21、行。目前我国也有高清洁度油，如兰炼飞天清洁液压油，就是生产多，在运行过程中，也必须在线过滤才算最好。因为将油中颗粒物分离出去，会使轴承疲劳寿命提高 10-50 倍。这种易于得到巨大效益，何人不要呢？一台滤油机装置有几万元就可买到，显然投资是很少的，关键是认识问题。 添加剂的的迅速发展极大减少零部件磨损 添加剂只占润滑油百分之零点几，到百分之几，但它的作用非常关键，随着现代机器设备向高速、高温及高压发展，人们要求摩擦材料的系统在正常工作一段时间后或非正常工作时，具有自动补偿甚至具有自动修复的能力，这种要求推动了摩擦材料机敏化和智能化发展，最近有资料报导，有一种叫摩圣（BPC ）还有一种叫金属磨损
22、自修复技术（ART）的极微细（纳-微米级）矿物质组成的混合物，使用时加入到各类载体（润滑油、润滑脂或冷却液）中，它与载体不发生化学反应，也不改变载体粘度，不算添加剂，也像添加剂一样加入。而随着油品工作发生了接触表面的超精加工磨合，在催化剂的作用下，迅速向金属表面零件内部扩散，熔化在金属表面晶格上，呈现出金属陶瓷结构，因而金属表面具有非常卓越的抗磨特性，而且还能修复处于长期运转的机器磨损表面，资料介绍了北京内燃机务段一台车行走 12 万公里，加入了修复材料后，缸套，活塞恢复到原尺寸，运行 40 万公里仍保持零磨耗。除此之外，在动力机械中，使用这项技术有明显环保效应。尽管目前未见到权威官方认证，但
23、足以说明从润滑技术不断创新带来的效益是惊人的。 5 也谈设备主动维护 用油高性能化，减少零件磨损，延长设备寿命 当今机械设备的发展趋势，正向着体积小、重量轻、效益高、寿命长的方向发展，润滑油随之也在更新换代，油中加了高效添加剂（硫、磷、氯）等极性物质。通过与金属表面的反应形成了化学吸附膜，新一代油品与传统油品其润滑机理迥然不同。传统选油靠节线速度来选择油的粘度，基本思想是保证把足够的油带到啮合部位，以便形成油膜这对纯矿物油选油是对的，但对加有极压添加剂的油就不正确了。由于吸附机理发生了根本变化，形成的化学吸附膜要比原来物理吸附其强度提高 5-10 倍，不存在油带不到啮合部位的问题。因此，靠节线
24、速度已不再是选择润滑油粘度大小的条件。这种润滑机理上的变化，几乎是一场润滑发展史上的革命，油品高性能化带来了可观的经济效益；如将钙基脂改用相同稠度的锂基脂换油期可提高 6 倍，1kg 可以当 6kg 用；将普通 HL 液压油改用相同粘度的抗磨液压油 HM，泵的寿命可以提高 10 倍。1 台泵等于 10 台泵用。广州轧钢厂 650 轧机齿轮原用 40 号机械油齿厚每年磨损量 0.1mm，齿轮寿命只有 5 年， （每对齿轮 42 万元）改用 220 号中负荷齿轮油后，齿厚磨损每年降到 0.01mm-0.03mm，齿轮寿命延长到 10-15 年，换油期由一年延长到三年。 4 设备主动维护的核心在于人
25、 4.1 正确使用和保养设备 除了设计制造和装配上，在日常使用设备时，操作者要注意，坚决反对违反操作规程、操作失误、超载、超压、超速、超时、过热、过冷、大气中含沙过多、工作条件恶劣都会直接或间接造成设备损坏。 4.2 设备存放和运输 有些零件，因存放不当，也会失效，如某海滨城市一机械厂，为一用户加工自动焊接400 节壁厚 12-14mm 直径 600-1200mm 的 cr18Ni9Ti 奥化体不锈钢管，焊接后质量很好，置库房一年后，发现焊缝表面大量焊接裂纹，经分析，由于海洋潮湿及大气中 Cl-与 SO+引起焊缝区的应力腐蚀裂纹，所以选择存放地点应予注意。运输中遇暴雨、洪水、日晒、震动、撞击及
26、海洋潮湿、措施不当，都会给设备造成不应有的损坏，而所有这些都是人为可也主动予以避免或使损坏减少到最低程度。 4.3 收集运行中反馈反信息，用先进技术改造设备 设备在运行中，不断发生因设计、制造、安装不当、不周，而留下的故障，有针对性的用先进技术改造设备和新设备再制造进行彻底解决，就会因祸得福，如现代网络系统中有了防火墙可以让一个站点在系统维护上处于主动地位.防火墙提供了一种屏障,人们就可以在系统维护上花更多时间,而不是把大部分时间花在处理事故上。 4.4 培训 以人为本，培训先行，综观上述，关键在人，我们需要有受到正规教育的高水平又有丰富实践经验的维修管理人员，有一大批具有一定技术理论和工艺知
27、识，能分析设备运行、检查、维修高难度技术的维修工人队伍，据欧洲维修团体联盟曾用计算机进行评估，得出维修人员经过低、中、高培训后企业设备利用率分别的 15.9%、51% 、90%。 综上所述，如果我们从设备一生周期寿命开始到报废全过程中，针对各个阶段，主动采取不同措施，那就会大为减少零件失效发生，延缓设备使用寿命，提高了系统的可靠性和设备利用率，减少停机，减少维护和储备零件所占用大量资金，大幅减少维修费用变为可能。有人估计实施主动维护所产生的综合效益其产出与投入之比9，一些单位实践也证明对设备采取主动维护是对根源性参数进行监测和控制是一条“治本“ 的办法，未雨绸缪，可获得事半功倍的效果。 参考文献 1 徐滨士、朱少华等，表面工程的理论与技术。国防工业出版社 1999 年 2 陈冠国，机械设备维修。机械工业出版社 2000 年 3 王汉功、赵文轸等，修复工程学。机械工业出版社 2001 年 4 徐永强，机械设备主动维护与液压润滑系统目标洁净度控制。北京承天倍达过滤技术有限公司 5 王大中，先进润滑技术的作用。设备管理维修杂志。2003 年 6 胡邦喜，设备润滑基础。冶金工业出版社。2002 年
