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装卸机械的预防性维修

文档作者：李亮文档来源：上海铁路装卸服务(集团)有限公司徐州北分公司		点击数：	更新时间： 2025年07月17日
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上海铁道科技2010年第1期
装卸柚藏硇预防性维修
李亮上海铁路装卸服务(集团)有限公司徐州北分公司
摘要分析装卸机械故障产生的
基本规律、故障率的类型，并针对目
前采用的计划修理模式存在的缺
陷，介绍预防维修的优点及设备监
测、故障诊断方法。
关键词装卸机械故障故障率由
线故障分布密度预防维修
装卸作业是铁路运输生产组织中重
要的环节，直接影响到车辆的运用指标，
特别是对降低各站段的车辆停留时间、
中转时间考核指标，提高铁路运输效率
起着极为重要的作用。根据上海铁路装
卸服务(集团)有限公司统计，在全局历
年的装卸作业量中机械作业比重都超过
了60％，由此可以看出，装卸机械的运
用状况的好坏在很大程度上影响到铁
路机车车辆的运用。
对于任何一个装卸机械的使用单
位。尤其是在铁路货场、港口码头、矿山
采石等场合，而采用机械作业代替人工
作业，企业和社会可以达到以下几种目
的：第一，装卸作业是一件集脏、乱、累甚
至危险于一身的生产活动，而使用装卸
机械，特别是目前采用日趋成熟的人性
化的设计理念和先进的制造技术的装卸
机械，可以有效地降低人工劳动强度，维
护广大职工的身心健康；第二，装卸机械
的运用，使过去一些无法实现的物体移
动变得简单易行，如重达数百吨甚至更
重物件的移动特别是起升作业在过去
没有装卸起升机械的情况下几乎是不可
能的事；第三，采用装卸机械进行作业能
够大大提高劳动生产率，降低劳动成本，
为企业获取最大的经济效益。
尽管装卸机械为人类提供了诸多的
便捷，我们也希望它的有效寿命期(随机
故障期)越长越好，但是，它们其实和人
一样，总有其“生、老、病、死”的客观规
律。
装卸机械的故障是指装卸机械的各
项技术指标(含经济指标)偏离它的正常
波动范围。如发动机的非正常工作，工作
装置的工作能力下降甚至丧失，燃油、液
压油、润滑油损耗严重，零部件的几何尺
寸或者形状位置等的改变、非正常发热、
异响等等，当这些参数超过了其规定的
指标时，均属于机械故障。
装卸机械的故障表现在结构上，主
要是它的零件(或部件)的损坏和零件
(或部件)之间相互关系被破坏，如零部
件磨损超限、断裂、变形，配合件之间的
间隙过大或者过盈丧失，密封件老化或
损坏导致密封失效，联结装置(如齿轮、
链条、联轴节、万向节等)失效而导致动
力丧失等等。
下面，分别论述装卸机械故障的产
生规律及其预防维修。
1装卸机械故障产生的基本规律
1．1机械的故障率曲线
机械的故障率曲线是指机械在时间
t内尚未发生的故障，而在下一个单位时
间内可能发生故障的条件概率，也就是
指机械在某一个瞬间可能发生的故障与
该时刻的残存率(即无故障概率)的比
值，通常可以有入(t)表示，故障率其数学
表达式为：
入(t)：—竺』一
r(O
其中，“t)为机械的故障概率的密度
函数。r(t)为机械使用到t时刻的残存概
率(可靠度)。
装卸机械的故障概率随时间而变化
的规律可以用图1的曲线来表示。
图1 故障概率变化规律图
根据其曲线变化的形状，我们称之
为“浴盆曲线”。对应于故障曲线不同的
时间范围，分别为早期故障期、随机故障
期，耗损故障期。由图可知，机械在开始
阶段(即磨合阶段)的故障率比较高，并
且呈递减趋势。一般情况下，大部分的装
卸机械产品整机在建造或大修出厂之
前，并不会经过充分的试验、测试和调
整，故而通常我们在实际使用过程中，为
避免不必要的故障，新出厂或大修之后
的装卸机械应按说明书的要求，经过不
少于8h的充分磨合；第二个阶段是随机
故障期，其故障类型为恒定型，并且它的
值最小，该时期内的故障亦最容易处理，
这是机械产品使用性能和经济指标的最
佳时期；机械产品到了有效寿命的后期，
即损耗故障期，其故障率不断增大，呈递
增趋势，使产品的使用性能和经济指标
受到极大影响，它是影响机械产品的有
效寿命的决定性因素，所以它也是机械
故障的主要研究对象，对其须尤其关注。
1．2装卸机械故障分布规律
万方数据
装卸机械的预防性维修
由于各种装卸机械零部件数目巨
大，类型繁杂，而且各个零件的结构特点
和工作时所承受的载荷又不尽相同，其
各自的性能和指标参数随着时间变化的
速率和参数和极限指标也参差不齐，我
们可以用一组曲线表示各个零件的参数
变化规律，即可根据各个零件达到极限
指标的时刻而得到机械故障的分布规
律，图2就是用来近似地表示各个零件
的状态参数随时间的变化而变化的关
系。
0
U(n ／ ＼ 。
u(cJ
／／ ／ l
O
图2各个零件的状态参数变化关系图
其中：u(t)为各种零件的状态参数，
uc是它的极限指标；f(t)为机械的故障率
密度函数。
如果用数学表达示来表示，其函数
为：
U(t)=Ct7+踟
其中：C、1是常数，类型不同的零
件其值不同。Uo是初始参数。
当u(t)达到极限指标uc时，即表示
机械故障发生了，实际应用中，如果发生
机械故障，应立刻停机检查，并加以排
除，必要时须请维修工给予修理，这样才
能保证装卸机械的工作的可靠性，并且
提高其使用寿命，否则，会使机械故障范
围和程度扩大，甚至会严重影响生产。
2装卸机械的预防维修
2．1装卸机械预防维修的概述
当装卸机械在运转过程中发生故障
后，除了是它达到了报废的标准不再需
要修复之外，一般采取维修的方法使其
恢复使用性能的，只是在生产活动中维
修方式通常有两种：
一种是在故障发生之后进行修理，
称之为“事后修理”，“事后修理”多应用
于在简单机械的外部易拆易装的部位上
且非关键性的零件，它的破坏或发生故
障时不至于影响其它零部件的正常工
作，这种故障一般是在实际发生之后才
进行必要的维修，以降低机械的使用成
本。
另一种即是本文重点讲述的预防维
修，这种维修的故障大致有三类：一类
是，可能引起人身伤亡事故的故障，如各
种装卸机械的制动系统、转向系统、报警
系统等都涉及到人身安全，一旦这些系
统的零部件发生故障，使机械的制动、转
向、报警失灵，极易导致人身伤亡事故，
第二类是，可能引起整个机械破坏的故
障，如发动机的曲轴、连杆机构，电动机
和减速器中的齿轮或轴承及安全装置
等，当这些机械或系统发生故障时都会
有可能使机械局部遭到破坏，如单个发
动机、电动机、减速器或整台设备损毁如
倾覆、掉道脱轨等。第三类是某些复杂机
构中的内部零件，如果我们在其故障实
际发生之后再进行维修，就会带来一系
列的附加的零件的拆、卸、装、配、测试、
调整等工作，这些辅助性的工作会占用
大量的时间，耗费大量的人力，物力，不
但需要增加维修成本，而且降低了机械
实际利用率，影响生产作业。
对于装卸机械发生上面所述的故障
时，如果能对其进行有效的预防维修，对
机械设备的运用管理有以下几点好处：
一是落实国家“安全第一，预防为主”的
方针政策，保证设备使用安全，防止设备
事故的发生；二是最大程度地保证参与
装卸作业人员的人身安全，在我们铁路
装卸历史上就发生过因为起升限位故障
未能及时修复，导致钩头坠落造成一名
起重工腿骨骨折的重伤事故；三是选择
适当的预防维修时机可以避免扩大损
失，降低维修成本，并将对装卸作业的影
响减少到最低程度；四是装卸机械实行
预防维修，将故障解决在发生之前，有利
于机械的正常保养、维护，延长其使用寿
命；五是能节约维修时间，保持装卸机械
的可靠性，提高实际利用率，为企业产生
良好的经济效益。
我们知道，装卸机械使用和维修中
的大修周期(用T表示)．指的是从投入
使用到经过若干次技术保养和局部修理
(临修)，直至最后的恢复性大修。对于不
同装卸机械的维修保养周期，目前基本
上是依据设备的作业量和运转小时来确
定的，这是由多年的经验累计而总结出
来的，有一定的科学性，但是也有它固有
的局限性，如造成早该修的未修(失修)，
不该修的也修(过剩修理)，另外还会造
成一些由于修理带来的人为故障等。尽
管近年来，人们按照设备的不同制造单
位、工况、作业频率和其它作业特点等对
没备的大中修的两个条件(作业量和运
转小时)确定了相应的调整系数，尽可能
客观地反映设备的使用状态，但还是不
能充分反映装卸机械大中修的必要条
件。
目前设备维修工作的发展趋势是预
防维修，美国、日本和德、法等国家在机
械设备预防监测、故障诊断和维修技术
研究方面开展得比较早，在世界上处于
领先地位，并得到了长足的发展，根据日
本资料介绍，采用设备诊断和预防维修
技术，每年设备维修费用可以减少25—
50％，而故障停机时间可降低75％左右，
经济效益十分可观。工业发达国家的统
计表明，90％的设备要求实行预防性维
修，只有10％的设备才需要采用定期维
修，这样做可以使设备利用率最高，维修
费用最低。
2．2预防维修的基本过程
从上面所述可知，实行预防维修对
装卸机械的维护和使用有极大的好处。
那么，对机械如何进行预防维修呢?图3
就是装卸机械故障的实际诊断基本流程
图。
图3装卸机械故障的实际诊断基本流程图
万方数据
装卸机械的预防性维修
对装卸机械设备运行状态等信息的
采集分析和处理主要有以下三种方法。
2．2．1直接了解观察法
这是根据装卸机械设备的运行状
态，决策人利用其所积累的知识和经验
作出判断的方法。决策人首先需要对装
卸机械操作人员等相关人员咨询了解使
用状况、通过对机械设备观其表、听其
声、嗅其味、看其动、感其温，直接观察到
故障信息，并以丰富的经验和维修技术
判断故障可能出现的原因和位置，从而
达到预测和预报的目的，如发动机敲缸
声、冒黑烟，起重机械啃轨现象，装载机
变速箱非正常温升等等，这些故障信息
都可以直接通过观察机械了解而得到，
这种经验和技术对于我们铁路装卸机械
的故障诊断和预测而言是非常重要的，
即使在可预见的将来，科学技术高度发
展了，也不可能完全被用仪器设备诊断
技术取代。
2．2．2机械性能测定法
这是通过专门的检测工具对装卸机
械性能进行测定而获取信息并由此分析
判断故障信息的方法。装卸机械运行性
能参数主要是指振动、声音、温度、压力、
流量、电参数、表面形貌、润滑情况和排
放物等。
这里就简单地介绍其中几个重要参
数的检测与分析方法：
(1)振动。振动是机械运行过程中最
普遍和常见的现象，就如同人的脉搏能
够反映其体内器官的功能好坏一样，装
卸机械运行的很多状态特征也都能反映
在振动信息中，故障往往会能引起机械
振动强度或频率的加剧。有资料显示，由
于振动引起机械设备故障的比例达到
60％以上，振动信号的获取比较容易，近
年来，利用振动作为测试手段和分析技
术发展迅猛，加之计算机辅助技术的日
益进步，振动监测与分析技术已经在机
械故障诊断领域占据重要地位，应用的
最多且普遍。
振动监测就是利用机械设备运动时
产生的信号，根据测得的位移、速度、加
速度、频率和相位等参数，对其进行分析
处理，最终作出诊断。这一监测系统由传
感器、测量仪器、分析仪器和记录仪器4
个部分组成。目前市场上已经能够提供
许多功能强大、性价比合理的振动监测
与诊断仪器，对机械设备进行单点或多
点采样，可以提供在线或离线监测。
(2)噪声。在装卸机械运转过程中，
噪声是与振动相伴随行的，噪声也是判
断装卸机械故障的主要信息来源之一，
当机械设备发生故障时，往往会发出异
常的声响，我们通常可以从噪声中提取
特征信息，判断机械故障发生的原因、位
置以及故障程度，进而及时采取相应的
措施。
利用声波信号进行故障检测与诊断
可以采用噪声频谱分析法，即可以从噪
声的频谱中找出与设备系统工作特性有
关的纯音频峰值，如齿轮的啮合频率、滚
动轴承的故障间隔频率等，再追根求源，
找到噪声源和对应的故障。
(3)温度。装卸机械在运行过程中，
伴随机械设备部件的相对运动等会产生
热量，其表象就是温度的变化，它的升与
降反映了机械设备机件的热力过程，异
常的温升或温降说明产生了热故障。如
内燃机燃烧不正常，则温度分布不均；轴
承损坏，则热量增加，温度升高；离合器
摩擦片分离不彻底，油温度则会迅速提
高，因此在实际工作中，经常可以从机械
设备某一部分的温度异常变化中判断该
设备是否存在某些故障或预测可能将会
发生的故障。例如我国铁道部在火车车
辆轴承处使用了红外轴温探测器，进行
红外温度诊断和预防维修工作，使车辆
燃轴事故大大减少，相当于每年增加车
辆43万辆，从而可增加收入2亿多元，
取得了可观的效益。
2．2．3磨损残余物分析法
装卸机械内部机构、部件之间的相
对运动较多，有相对运动，就有相互之间
的磨擦，其零部件就会产生磨损，我们通
过对磨损残余物在润滑油中的种类以及
含量等的测量，分析油样，就可以得到有
关零部件损坏情况的信息。如柴油发动
机的轴瓦是采用铜铅合金或锡铝合金等
高性能材料制作的，如果在发动机的油
底壳里此类合金材料含量超出正常范
围，就说明发动机有轴瓦磨损可能已经
超标，需要进一步检查轴瓦和曲轴的配
合间隙，防止故障的扩大；而如果油底壳
油样中铝的含量异常增高，则表明活塞
磨损。变速箱润滑油中如果铜含量增加，
则有可能是离合器的摩擦片磨损。常见
的磨损残余物分析法有磁塞分析法、光
谱分析法和铁谱分析法三种，有关材料
中有详细论述，这里不再赘述。
对装卸机械设备运行状态等信息的
采集分Jof：和处理还有其它方法，如频闪
观察法、泄漏检测法、厚度检测法等。例
如对起重机钩头、卷筒就需要采用超声
波检测及厚度检测法等来判断故障的位
置和损坏程度。
在日常的设备管理中，应建立装卸
机械设备运行状态定期检测制度，并对
采集的信息进行分析，要能够识别机械
设备运行正常与否，如果已经损坏，就要
对症下药，及时处理，如果还是处于早期
故障阶段，就要根据故障的趋势，确定适
当的时机和范围，进行预防性维修，防止
故障损失扩大蔓延。
尽管对装卸机械的故障有多种诊断
和分析方法，但是真正要利用这些信息
来识别、判定故障，却不是一件简单的
事。由于装卸机械的组成结构和运行系
统较为复杂，其故障产生的机理具有多
样性、层次性、相关性、延时性以及模糊
性等特征，所以故障诊断是一门综合了
多种信息和知识的学科。故障诊断、识别
和预防性维修方案的成功与否主要取决
于故障信息是否足够和有用、机械运行
状态的信息(包括正常运行信息和故障
信息)是否保存并建立数据库以及决策
人是否具有多方面的诊断、分析知识等
三个方面。
3结束语
我们在徐州北装卸分公司的装载
机、门吊使用管理上做过一次有益的探
索，辅之以其它手段，特别是加强了FI常
维护保养工作，并制定(下转第88页)
万方数据
道口平改立工程框架涵顶进施工中高程失控的防范
水倒灌而出现涵头基础被浸泡，造成涵
头地基承载力降低。如果对浸过的土不
采取措施并继续顶进，框架桥容易发生
扎头现象。因此，在雨季施工时，要采用
短掘短顶方法，并注意涵内降、排水，保
证基坑内无水干燥。
(6)：9-J脚边外框尺寸出现误差或刃脚
安装不当，增大了顶进阻力，也可能出现
抬头或扎头现象。
2施工中的预防措施
(1)设计单位应在施工条件允许的情
况之下，尽可能采取相同的地基加固处
理办法。确因条件所限必须采用不同的
地基加固方法的，应将设计地基承载力
取值尽可能相同或相近，并设置相应的
过渡段，以免地基承载力的突变而造成
扎头现象。
(2)核对地质情况。在施工过程中，要
核对设计单位提供的顶进箱涵地点的地
质资料，并检测框架桥滑板下地基承载
力是否能满足设计要求。若地质条件与
设计不符或地基承载力达不到设计要
求，由设计单位进行设计变更。如可以采
取换填等办法，以免箱涵顶迸重心在移
出滑床板端部时箱体前倾、扎头。
(3)做好施工中的防水措施。框架桥
顶进时，掌子面内必须保持干燥无水。如
遇地下水位高的情况，必须采取措施把
水位降至底板以下0．5m，以免带水顶迸
造成基底土质软化，以致箱涵扎头。
(4)合理设计滑板仰坡和框架的船头
坡。在框架桥预制时预留滑板仰坡，利用
船头坡，将高出部分土壤压入箱底，以防
框架在顶出滑床板时因支撑条件的变化
造成扎头。根据经验，滑板仰坡一般取
5％一左右，主要视土质情况而定。土质密
实且开挖得当，取5‰即可；土质松软、
含水量大，坡度应略微放大，一般以8％o
为宜。船头坡一般采用1：10的坡度。
(5)检查刃脚外边框尺寸及安装的正
确位置，以减少顶进中的阻力。
3处理高程失控现象的措施
顶进施工中虽然采取了上述预防措
施后能减少高程失控现象的发生，但由
于实际施工情况复杂多变，高程失控现
象也在所难免。出现失控现象后，可以采
取如下措施进行纠偏。
(1)顶进施工中，框架桥如发生扎头
现象，一般可以采用增大吃土量、改善土
质(换填碎石)、往框架底塞废弃混凝土
枕等方法将其调整到正常状态。相反的，
出现抬头现象，可以采用超挖的方法进
行调整。具体超挖多少，要根据现场地质
条件、抬头量大小等因素决定。
(2)扎头现象还可以通过打混凝土带
来调整。如发现扎头现象时框架桥体离
到位还有一段距离，施工中可以采用打
混凝土薄带来逐渐调整；如距离很短时，
可采用打混凝土通带方法来调节。
混凝土薄带，一般为3×2(m)、厚度在
50era左右的混凝土带。一般分别设置在
框架桥头两边，中间用碎石换填。在混凝
土薄带中一般设置两根短轨(长度深入
框架桥内50era，轨底朝上)来减小混凝
土带与涵底的摩擦，防止顶进中混凝土
带跟随框架桥一起向前移动。根据情况，
可以在混凝土带中增加锚固墩来加强带
与土的结合。顶进过程中发现土质有变
化，混凝土带的厚度和大小可以做调整。
混凝土通带，适用于要求在较短时
间内将框架桥体姿态调整的情况。混凝
土通带一般为长度与涵跨度相当、宽度
在2m～3m、深度在2m以上的混凝土构
造物。为了加强其整体性，一般配设钢
筋。混凝土通带一般设计成反楔型，防止
在顶进中随框架一起移动。混凝土通带
可在短时间内将框架桥体调整到要求，
并在以后顶进中提供一个支点。
f3)当地质情况很差，在根据设计要
求改良地质框架桥体到位后尚不能满足
使用要求时，在最后几顶(2m左右)可以
先用千斤顶将框架桥体顶起，而后用木
枕支撑框架桥，再往框架桥体与木枕架
之间安置铁板，然后继续顶进。其具体方
法如下：首先在涵尾、边墙及中心分别挖
三个基坑，浇筑钢筋混凝土，将两个千斤
顶安置在边墙下方，并在基坑周围摆放
支撑用的木枕和铁板。当千斤顶向上顶
时，要随时注意框架桥的变化。注意施工
中须顶高一点以预留一定的沉降值。
4结语
随着高速铁路时代的到来，由于桥
涵顶进施工法具有对铁路运输干扰少的
特点，已逐渐成为铁路既有线道口平改
立、增加公路下穿式立交通道中的一种
主要施工工艺。为此，我们在施工中应注
重施工方法和工序控制，加强顶进的过
程监测和控制，并及时采取措施纠正高
程失控现象，以确保箱涵顶进就位后的
高程符合设计和规范的要求。
参考文献：
【l】TBlo002．1—2005铁路桥涵设计基本规范．北
京：中国铁道出版社，2005．
【21舒文超朱健身．桥涵顶进施工中常用纠偏法
的结构受力分析．建筑技术．2002(1 1)．
责任编辑：宋飞
来稿时间：2009—12—18
(上接第57页)了相应的规章制度，要求
有专人负责落实，取得了不错的效果，根
据统计，采用故障诊断和预防性维修措
施可以减少维修成本支出25％以上。
为了节约成本开支，认真贯彻落实
铁道部提出的”提升运输经营效益，提升
经营管理品质，提升企业市场形象”精神
和规范管理年的要求，我们建议有条件
的单位能够配备相应的检测诊断设备，
指定专人采集本单位各类装卸机械相关
运行状态各种数据和信息，建立数据库，
并充分利用其对装卸机械设备进行有效
管理。、
责任编辑：万宝安

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