【机电一体化论文】浅谈铁路机电设备的故障诊断

【摘要】：随着近年来科技的发展，我国在铁路建设的方面获取了很大的成绩，在广泛应用的铁路运输中，其中充当着重要角色的就是铁路机电设备，它是运营工作能顺利安全进行的有力保证，如何对机电设备的故障进行诊断分析，是当下的研究热点。

【关键词】：铁路机电；机电设备；故障诊断

1. 引言

我国的铁路事业历经多年发展,运输的能力亦在增强,而铁路的机电设备正常运转可以保证铁路系统的正常稳定运行。在日常的机电设备使用过程中,受材料、环境等各个因素影响,其零部件会遭受不同程度的老化磨损,尤其是一些关键性部件,万一出现故障,由于维修检修耗时长,会对铁路路线的正常运转造成影响。传统的检修方式不仅占用大量的时间,还会使成本上升,为了充分发挥机电设备的性能,需对其进行动态的监测,做到提前预防,发现问题及时处理以增加其使用寿命。

2. 机电设备故障诊断的现状

2.1 机械的故障

（1） 机械故障的类型

以故障发生的速度进行分类：①突发性故障；②渐发生故障；③复合型故障。

以故障的危害程度进行分类：①故障影响程度频繁程度等级排除紧急程度；②非常易于发生一级重大故障必须立即排除；③较易发生二级重大故障须尽量快排除；④偶尔会发生三级重大故障生产间歇时排除；⑤极少发生四级重大故障大在中修期间进行排除。

此外，还可以按照故障出现的情况分为未发生的潜在故障和已发生的实际故障；同样可按照故障发生的性质或原因分成自然故障和人为故障等。总之，对故障类型的研究目的是经过分析各种故障对设备参数、功能、零部件失效形式的影响，从而在使用、设计中采取相应的改进措施，杜绝或减少故障的发生，保证机械和人员安全。

（2） 机械故障发生的规律

机械的故障规律，从寿命特性曲线来看，也叫做“浴盆曲线”，它是用来描述机械故障时效率随着使用的时间的一种变化关系。寿命特性曲线可以分成三个阶段。第一阶段称作早期故障期，即因为保管、设计制造、运输安装等原因导致的早期故障。虽然故障率高，不过易于排除。第二阶段称为正常运转期，也叫做随机故障期。机器经调整、跑和，故障率渐渐下降且趋于稳定。在这个阶段内只存在突发性故障，故障率一般较小。这一阶段可以表征机械的有效寿命。第三阶段称为耗损故障期，因零件的腐蚀、磨损、疲劳等原因导致故障率上升，这时必须对机器进行大修，对达到寿命的零部件及时更换，强化维护，延长使寿命。

（3） 发生机械故障的原因

造成机械设备故障有多种多样的原因，一般可以分为：①环境因素影响；②机械设备自身缺陷影响；③时间因素的影响。

2.2 机械零件的失效形式

（1） 变形失效

失效变形件体现在：不能起到规定作用；不能承受规定载荷；跟其他零件的运转发生了干扰。

（2） 机械磨损

磨损又分为磨粒磨损、黏着磨损和表面疲劳磨损。机械磨损都遵循一定的规律：在机械设备运转的时候，零件的各部位磨损不同，不过磨损的发展有着共同规律。机械的磨损过程可以分成三个阶段：（1）“跑合”阶段；（2）稳定磨损阶段；（3）急剧磨损阶段。

相对于机械故障，电气故障的特点略显单一，收到环境温度、湿度的影响，凸显了电气故障敏感性特点，此外还具有隐蔽性和突发性。

2.3 机电设备常见故障分类判断

对于机电设备常见的故障可根据如下进行分类。

(1)根据有无指示分为有无指示故障和诊断指示故障。对于多数现在的设备,由于其智能化,设备内部存在监控部件工作状态的程序,在发生故障的时候可以自动报警, 根据提示维修人员可排除故障;对于部分故障,并没有指示提示,这就要根据维修人员的经验来确定故障的来源,而后排除。

(2)根据部件的破坏情况分为破坏性和非破坏性故障。对于破坏性故障,如机床出现点蚀压痕,轴承断裂开裂等现象,要找到原因,在维修之后,必须尽量避免此类故障的再次出现;对于非破坏性故障,仅仅因为设备的磨损松动、老化变形等情况,找到原因后对其进行更换处理即可。

(3)设备故障还可以分为偶然性和系统性故障。偶然性故障则是因为某些机械结构部件发生脱落、松动,可能出现渗油漏油等现象,对于此类故障,分析其来源比较困难,一定要反复试验才可以确定；对于系统性故障,则是因为零部件使用寿命到期之后一定会出现的故障,对于这类故障只要定期检修更换部件即可避免。

3. 机电设备的故障诊断方案

3.1 故障诊断注意事项

诊断机电设备故障方法有很多，在一般情况下，维修人员较常用的方法有故障树分析法、自诊断法、金相检测诊断法等，但是不管采取哪一种方法，在诊断前都一定要注意以下三大项：①遵循先外后内的原则，在维修人员进行检修工作时，必须细致、认真地对所有元件做好检查，一旦发现故障要及时排除。②遵循先机后电的原则，就是说先对机械故障进行检查，再对电气故障进行检查。机械结构非常的直观，在检修的时候可以直接观察设备表面的状况，确认是否出现常见的卡死、打滑、裂缝等故障，然后再检修电气。③先干后叶，根据主次之分，先要对主要部件进行仔细的检修，尤其是结合部零件和接口部件，对于这两个部件一定要重点检修，然后再检修次要部件。机电设备的故障有许多种，这给维修工作人员带来很大挑战，维修人员除了掌握熟悉必要的检修技术，更要对故障的表象有着充分的了解，检修的时候根据程序进行。

3.2 设备故障的判断

机电故障的类型非常的多，为了能够有效诊断铁路机电设备的故障，要将故障做好分类判断：①按照故障是否导致了对设备主体破坏，分为非破坏性故障与破坏性故障，在维修工作的过程中必须排除破坏性故障，坚决不能遗漏，除此之外，非破坏性故障也要重视起来，必须防止非破坏性故障逐渐变为破坏性故障，一定要及时找出故障并排除。②一般在故障发生的时候，会出现两种情况，在一种情况会有报警，提示存在故障，另一种情则没有预示，因此，可以将故障分成有诊断指示故障和无指示故障。有诊断提示故障一般都出现在高级设备控制系统中，在这样的系统中，软件与硬件对系统有着实时监控，一旦发生故障，设备就会立即发出报警的信号，维修的工作人员要在即可按照诊断手册中提供的信息做好维修的工作。对于那些有诊断提示的故障，如果设备维修不够彻底，也可能会引发无诊断提示故障，并且维修难度将会加大，只有对故障了如指掌的、技术高超的维修人员才可以排除这样的故障。③根据系统的必然性区分，可以将故障分成系统性故障和偶然性故障，在满足一定的条件下，100%会发生的故障称为系统故障，对此类故障的排除必须要经过大量的试验， 然后再根据试验结果来判断加以解决。偶然性故障也叫做随机故障，对两者故障的确切的分析有相当的难度，一般情况下把故障分类细化， 可以使维修人员尽快找到故障的源头加以处理，及时维修机电设备的故障，同时可以把隐藏的故障做到全面的排除，最大程度的消除安全隐患。

3.3 以动态观点诊断机电设备故障

铁路机电设备故障维修的人员在诊断发生的故障时， 一般都会采取直流电阻测试法， 检查电机的使用情况从而确定是否存在故障，这样虽然可以诊断出故障所在，但是不能预测未来有可能会出现的故障， 采取动态观点分析法， 做阻抗测试、倍频测试和MCA测试，可以很好地预测未来可能出现的故障。在转子位置改变或是发生故障的时候，阻抗和电感会有变化，是判断定子是否有故障的主要根据。判断的方法是：依次设置好电流、频率的基值，适当再增加频率，这个时候要认真观察电流的变化，倍频电流会产生波动，如果波动范围在15~20%均属于正常的范围。绕组阻抗的成分比较复杂，但其主要成分是电感。剩下的变化量，作为匝间短路的评判值I/F。三相交流电机的I/F 值效果非常的明显，因此可以根据三相交流电机来诊断故障。比如，当采取三相交流电机来测试时，若得到的结果分别为-46%，-45%，-41%，这样可以说明交流电机相间出现短路现象，一定要修复，如果测试的结果分别为-46%，-46%，-45%，这种情况说明出现了不太严重的短路。阻抗测试：电机电路的阻抗影响因素有很多，其与电机电路由本身结构复杂有关，其由互感、阻抗、电容以及电阻构成，在工作的时候，无论是转子绕组的位置还是定子绕组的类型，或是匝间互感自感都会明显改变电机电路的阻抗，因此，使用抗阻测试的方法，可以反映出转子是否发生故障，从而达到预测是否需要维修的目的。

MCA 测试转子是否发生了故障，举例分析MCA 测试，测试一台修复后的铁路CA 拖动电机，测试结果如表1 所示。

表1 修复后的铁路拖动电机测试结果表

T1-T2 T1-T3 T2-T3

电感 0 0 0

电阻 0.037 0.037 0.037

电抗 4 4 4

相角 51 52 51

I/F -45 -45 -45

绝缘 >99MΩ

4. 结语

我国铁路建设发展迅猛， 人们对机电设备安全性要求越来越高，因此，对铁路机电设备的故障诊断十分重要。本文首先介绍了我国机电设备的故障诊断现状，随后给出了详细的机电设备的故障诊断方案，为我国铁路机电设备故障诊断提供了新思路，也为我国铁路事业的发展做出了贡献。

【参考文献】

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[2] 刘建勇.机电设备的故障维修与设备保养探讨[J].科技向导，2011,12(33):51~52.

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