機(jī)械設(shè)備故障的概念及故障等級(jí)

一、故障的定義

機(jī)械設(shè)備在使用過程中，不可避免地會(huì)發(fā)生磨損、斷裂、腐蝕、疲勞、變形、老化等情形，使設(shè)備性能劣化而喪失規(guī)定的功能甚至生產(chǎn)能力，這種設(shè)備性能劣化而喪失規(guī)定的功能的現(xiàn)象即“故障”與“失效”。一般情況下，“故障”與“失效”是同義詞。但嚴(yán)格來說，按照GB3187-1994規(guī)定，“失效是指產(chǎn)品喪失規(guī)定的功能，對(duì)于可修復(fù)產(chǎn)品通常稱為故障”。

二、故障判斷準(zhǔn)則

以上已經(jīng)明確了故障的含義，然而故障不能僅憑直觀感覺來判定，必須依據(jù)一定的判斷準(zhǔn)則。

首先，要明確產(chǎn)品保持的“規(guī)定功能”是什么，或者說產(chǎn)品功能喪失到什么程度才算出了故障。有些規(guī)定的功能很明確，不會(huì)引起不同的認(rèn)識(shí)，如發(fā)動(dòng)機(jī)缸體損壞，迫使停機(jī)修理。有時(shí)規(guī)定的功能卻難以確定，特別是故障的形成是由于功能逐漸降低的這種情況，例如發(fā)動(dòng)機(jī)的磨損超過一定的限度，將會(huì)加劇磨損，引起功率降低，燃油消耗率增加，出現(xiàn)這種情況，可以算作故障。然而，磨損的限度在使用中難以確定，像上述發(fā)動(dòng)機(jī)情況，如果減小負(fù)荷，增加潤滑油，有一定磨損的發(fā)動(dòng)機(jī)，仍然是可以勉強(qiáng)繼續(xù)使用的，也可以不算作故障，這就需要事先定出標(biāo)準(zhǔn)。

其次，在確定是否是故障，還要分析故障的后果，主要看故障是否影響產(chǎn)品的生產(chǎn)和設(shè)備及人身安全。除了以技術(shù)參數(shù)中的任一項(xiàng)不符合規(guī)定的允許極限作為故障判斷的準(zhǔn)則外，還要考慮若在這種狀態(tài)下繼續(xù)工作，是否會(huì)發(fā)生不允許的故障后果來判別。

因此，在判斷產(chǎn)品故障時(shí)，不僅取決于產(chǎn)品的“規(guī)定功能”，而且還要考慮故障的后果。

一般來說，產(chǎn)品故障是指：在規(guī)定條件下，不能完成其規(guī)定的功能；產(chǎn)品在規(guī)定條件下，一個(gè)或幾個(gè)性能參數(shù)不能保持在規(guī)定的上、下限值；產(chǎn)品在規(guī)定的應(yīng)力范圍內(nèi)工作時(shí)，導(dǎo)致機(jī)械零件或元器件出現(xiàn)各種裂紋、滲漏、磨損、銹蝕、損壞等狀態(tài)。

不同的產(chǎn)品有不同的故障判斷標(biāo)準(zhǔn)，并且研究工作的出發(fā)點(diǎn)不同，所定義的故障也不同，難以做到統(tǒng)一。但是在同一使用部門之內(nèi)，則應(yīng)該有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。

總之，在確定故障判據(jù)時(shí)，應(yīng)遵循以下原則：不能在使用條件下喪失功能；故障判斷準(zhǔn)則“根據(jù)可接受的性能來確定”；不同產(chǎn)品可按該產(chǎn)品的主要性能指標(biāo)進(jìn)行衡量。

三、機(jī)械設(shè)備故障的等級(jí)劃分

（1）故障模式

按GB3187-82規(guī)定，故障模式是指產(chǎn)品的“故障（失效）的表現(xiàn)形式”。

故障模式是通過人的感官或測(cè)量儀器得到的。

一般研究產(chǎn)品的故障時(shí)，往往從產(chǎn)品故障的現(xiàn)象入手，進(jìn)而通過現(xiàn)象找出故障的原因，因此有必要弄清產(chǎn)品在各功能級(jí)別上的故障模式。機(jī)械設(shè)備及其零部件的故障模式大致可分為以下幾種。

①損壞類型——斷裂、開裂、裂紋、燒結(jié)擊穿、短路、彎曲、過度變形、點(diǎn)蝕、熔融。

②退化類型——老化、變質(zhì)、絕緣劣化、油質(zhì)劣化、剝落、腐蝕、早期磨損。

③松脫類型——松動(dòng)、脫落、脫焊。

④失調(diào)類型——間隙不當(dāng)、流量不當(dāng)、壓力不當(dāng)、行程不當(dāng)、響度不當(dāng)、照度不當(dāng)。

⑤堵塞與滲漏類型——堵塞、粘合、污染、不暢、泄油、滲油、漏氣、漏水。

⑥整機(jī)及子系統(tǒng)——性能不穩(wěn)、功能不正常、功能失效、啟動(dòng)困難、供油不足、怠速不穩(wěn)、總成異響、剎車跑偏。

（2）故障分類

在進(jìn)行機(jī)械設(shè)備維修管理及故障分析時(shí)，應(yīng)了解、掌握故障的分類，以便明確各種故障的物理概念，進(jìn)一步分門別類地解決各種類型的故障。

故障的分類法多種多樣，隨著研究目的不同而異。

①按故障性質(zhì)分為自然故障和人為故障。人為故障是由機(jī)器使用者有意或無意而造成的故障。

②按故障部位分為整體故障和局部故障。故障大多發(fā)生在產(chǎn)品最薄弱的部位，對(duì)這些部位應(yīng)該重視，予以加強(qiáng)或者改變其結(jié)構(gòu)。

③按故障時(shí)間分為磨合期、正常使用期和耗損故障期。在產(chǎn)品的整個(gè)壽命周期內(nèi)，產(chǎn)品通常在耗損故障期內(nèi)發(fā)生故障的概率較多。

④按故障急慢程度分為突發(fā)性故障和漸進(jìn)性故障。突發(fā)性故障是指機(jī)件在損壞前沒有可以覺察的征兆，機(jī)件損壞是瞬時(shí)出現(xiàn)的。例如因潤滑油中斷而使零件產(chǎn)生熱變形裂紋；因機(jī)器使用不當(dāng)或超負(fù)荷現(xiàn)象而引起機(jī)件斷裂等。突發(fā)性故障產(chǎn)生的原因是各種不利因素以及偶然的外界影響共同作用的結(jié)果，它具有偶然性、不可預(yù)測(cè)性和發(fā)生故障的概率與其使用時(shí)間無關(guān)等特點(diǎn)。漸進(jìn)性故障是由于機(jī)器某些零件的性能參數(shù)逐漸惡化，其參數(shù)超出允許范圍（或極限）而引起的故障，例如機(jī)件的配合副磨損超過了允許極限等。大部分機(jī)械設(shè)備的故障都屬于這類故障。產(chǎn)生這類故障的原因與產(chǎn)品材料的磨損、腐蝕、疲勞及蠕變等密切相關(guān)，出現(xiàn)故障的時(shí)間是在機(jī)件有效壽命的后期即耗損故障期，具有可預(yù)防性以及故障發(fā)生的概率與機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)的時(shí)間有關(guān)的特點(diǎn)。

突發(fā)性和漸進(jìn)性故障之間是有聯(lián)系的。應(yīng)該說所有的故障都是漸進(jìn)的，因?yàn)槭挛锏淖兓际怯闪孔兊劫|(zhì)變的過程。

⑤按故障的相關(guān)性分為非相關(guān)故障和相關(guān)故障。非相關(guān)故障是指產(chǎn)品的故障不是由機(jī)器其他機(jī)件的故障所引起的故障。相關(guān)故障則是由機(jī)器其他機(jī)件的故障所引起的故障。例如發(fā)動(dòng)機(jī)的曲軸軸瓦的黏著是由于機(jī)油泵不供油的故障引起的，對(duì)于軸瓦來說這就屬于相關(guān)故障；又如發(fā)動(dòng)機(jī)配氣機(jī)構(gòu)的故障與變速器部件的故障無關(guān)，則屬于非相關(guān)故障。

⑥按故障外部特征分為可見故障和隱蔽故障。用肉眼可以發(fā)現(xiàn)的故障稱為可見故障，如漏油、漏水等，否則為隱蔽故障，如發(fā)動(dòng)機(jī)氣門斷裂等。

⑦按故障程度分為完全故障和局部故障。故障程度是用該產(chǎn)品能否繼續(xù)使用的可能性來衡量的。完全故障是產(chǎn)品性能超過某種確定的界限，以致完全喪失規(guī)定功能的故障。局部故障是指產(chǎn)品性能超過某種確定的界限，但沒有完全喪失規(guī)定功能的故障。

⑧按故障原因分為設(shè)計(jì)方面、生產(chǎn)工藝方面和使用方面帶來的故障。這些方面造成故障的原因是：設(shè)計(jì)或計(jì)算錯(cuò)誤使產(chǎn)品結(jié)構(gòu)不合理，計(jì)算強(qiáng)度或試驗(yàn)方法不合適等；機(jī)件的材料質(zhì)量不合格，加工工藝方法不合理，加工設(shè)備精度不夠，以及裝配未達(dá)到技術(shù)條件要求等；使用過程中未遵守操作規(guī)程，或者未按技術(shù)要求進(jìn)行維修、保養(yǎng)、運(yùn)輸和存放等。

⑨按故障后果可分為致命故障、嚴(yán)重故障、一般故障和輕微故障。故障后果的嚴(yán)重性主要是指對(duì)總成或系統(tǒng)或整機(jī)以及人身安全性的影響程度。致命故障是指危及設(shè)備和人身安全，引起主要部件報(bào)廢，造成重大經(jīng)濟(jì)損失或?qū)χ車h(huán)境造成嚴(yán)重危害的故障；嚴(yán)重故障是指可能導(dǎo)致主要零部件嚴(yán)重?fù)p壞，或者影響生產(chǎn)安全，且不能用易損備件在較短時(shí)間內(nèi)排除的故障；一般故障是指使設(shè)備性能下降，但不會(huì)導(dǎo)致主要部件嚴(yán)重?fù)p壞，并可用更換易損件在較短時(shí)間內(nèi)排除的故障；輕微故障是指一般不會(huì)導(dǎo)致設(shè)備性能下降，不需要更換零件，能輕易排除的故障。

按故障后果還可分為功能故障和參數(shù)故障。功能故障是指使產(chǎn)品不能繼續(xù)完成自己功能的故障，例如使減速器不能旋轉(zhuǎn)和傳遞動(dòng)力，發(fā)動(dòng)機(jī)不能啟動(dòng)，油泵不供油等故障；參數(shù)故障是指使產(chǎn)品的參數(shù)或特性超出允許的極限值的故障，例如使機(jī)器加工精度破壞，機(jī)器最高速度達(dá)不到標(biāo)準(zhǔn)值等的故障。

（3）故障等級(jí)的劃分

對(duì)故障進(jìn)行定性或定量分析時(shí)，必須事先劃分故障的等級(jí)，只有這樣才能判斷各機(jī)件每個(gè)失效模式對(duì)系統(tǒng)的影響及其后果如何。實(shí)際上，劃分故障等級(jí)也就是運(yùn)用故障后果對(duì)系統(tǒng)影響這一原則進(jìn)行故障分類。通常將致命故障劃分為Ⅰ級(jí)故障，將嚴(yán)重故障劃分為Ⅱ級(jí)故障，將一般故障劃分為Ⅲ級(jí)故障，將輕微故障劃分為Ⅳ級(jí)故障。

劃分故障等級(jí)所考慮的因素如下。

①機(jī)件產(chǎn)生故障后，造成工作人員或公眾的傷亡情況。

②機(jī)件產(chǎn)生故障后，造成產(chǎn)品本身的損壞情況。

③機(jī)件產(chǎn)生故障后，造成設(shè)備不能完成其主要功能或不能執(zhí)行任務(wù)的情況，即對(duì)完成規(guī)定功能影響的大小。

④機(jī)件產(chǎn)生故障后，恢復(fù)其功能，即排除故障采取措施的費(fèi)用、勞動(dòng)量及停機(jī)時(shí)間的長短，也就是維修的難易和所用維修時(shí)間的長短。

⑤機(jī)件產(chǎn)生故障后，造成設(shè)備失去功能而導(dǎo)致經(jīng)濟(jì)上的損失，即導(dǎo)致系統(tǒng)的損失情況。

綜上所述，故障等級(jí)要綜合考慮性能、費(fèi)用、周期、安全性等諸方面的因素，即考慮機(jī)件故障后帶來的對(duì)人身安全、任務(wù)完成、經(jīng)濟(jì)損失等方面的綜合影響。

來源：公眾號(hào)“生產(chǎn)設(shè)備管理維修學(xué)習(xí)”

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