機械設備故障的概念及故障等級
2024-08-16一、故障的定義
機械設備在使用過程中，不可避免地會發(fā)生磨損、斷裂、腐蝕、疲勞、變形、老化等情形，使設備性能劣化而喪失規(guī)定的功能甚至生產能力，這種設備性能劣化而喪失規(guī)定的功能的現象即“故障”與“失效”。一般情況下，“故障”與“失效”是同義詞。但嚴格來說，按照GB3187-1994規(guī)定，“失效是指產品喪失規(guī)定的功能，對于可修復產品通常稱為故障”。
二、故障判斷準則
以上已經明確了故障的含義，然而故障不能僅憑直觀感覺來判定，必須依據一定的判斷準則。
首先，要明確產品保持的“規(guī)定功能”是什么，或者說產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，不會引起不同的認識，如發(fā)動機缸體損壞，迫使停機修理。有時規(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)動機的磨損超過一定的限度，將會加劇磨損，引起功率降低，燃油消耗率增加，出現這種情況，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)動機情況，如果減小負荷，增加潤滑油，有一定磨損的發(fā)動機，仍然是可以勉強繼續(xù)使用的，也可以不算作故障，這就需要事先定出標準。
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品的生產和設備及人身安全。除了以技術參數中的任一項不符合規(guī)定的允許極限作為故障判斷的準則外，還要考慮若在這種狀態(tài)下繼續(xù)工作，是否會發(fā)生不允許的故障后果來判別。
因此，在判斷產品故障時，不僅取決于產品的“規(guī)定功能”，而且還要考慮故障的后果。
一般來說，產品故障是指：在規(guī)定條件下，不能完成其規(guī)定的功能；產品在規(guī)定條件下，一個或幾個性能參數不能保持在規(guī)定的上、下限值；產品在規(guī)定的應力范圍內工作時，導致機械零件或元器件出現各種裂紋、滲漏、磨損、銹蝕、損壞等狀態(tài)。
不同的產品有不同的故障判斷標準，并且研究工作的出發(fā)點不同，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，則應該有統(tǒng)一的標準。
總之，在確定故障判據時，應遵循以下原則：不能在使用條件下喪失功能；故障判斷準則“根據可接受的性能來確定”；不同產品可按該產品的主要性能指標進行衡量。
三、機械設備故障的等級劃分
（1）故障模式
按GB3187-82規(guī)定，故障模式是指產品的“故障（失效）的表現形式”。
故障模式是通過人的感官或測量儀器得到的。
一般研究產品的故障時，往往從產品故障的現象入手，進而通過現象找出故障的原因，因此有必要弄清產品在各功能級別上的故障模式。機械設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、燒結擊穿、短路、彎曲、過度變形、點蝕、熔融。
②退化類型——老化、變質、絕緣劣化、油質劣化、剝落、腐蝕、早期磨損。
③松脫類型——松動、脫落、脫焊。
④失調類型——間隙不當、流量不當、壓力不當、行程不當、響度不當、照度不當。
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整機及子系統(tǒng)——性能不穩(wěn)、功能不正常、功能失效、啟動困難、供油不足、怠速不穩(wěn)、總成異響、剎車跑偏。
（2）故障分類
在進行機械設備維修管理及故障分析時，應了解、掌握故障的分類，以便明確各種故障的物理概念，進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按故障性質分為自然故障和人為故障。人為故障是由機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)生在產品最薄弱的部位，對這些部位應該重視，予以加強或者改變其結構。
③按故障時間分為磨合期、正常使用期和耗損故障期。在產品的整個壽命周期內，產品通常在耗損故障期內發(fā)生故障的概率較多。
④按故障急慢程度分為突發(fā)性故障和漸進性故障。突發(fā)性故障是指機件在損壞前沒有可以覺察的征兆，機件損壞是瞬時出現的。例如因潤滑油中斷而使零件產生熱變形裂紋；因機器使用不當或超負荷現象而引起機件斷裂等。突發(fā)性故障產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果，它具有偶然性、不可預測性和發(fā)生故障的概率與其使用時間無關等特點。漸進性故障是由于機器某些零件的性能參數逐漸惡化，其參數超出允許范圍（或極限）而引起的故障，例如機件的配合副磨損超過了允許極限等。大部分機械設備的故障都屬于這類故障。產生這類故障的原因與產品材料的磨損、腐蝕、疲勞及蠕變等密切相關，出現故障的時間是在機件有效壽命的后期即耗損故障期，具有可預防性以及故障發(fā)生的概率與機械運轉的時間有關的特點。
突發(fā)性和漸進性故障之間是有聯(lián)系的。應該說所有的故障都是漸進的，因為事物的變化都是由量變到質變的過程。
⑤按故障的相關性分為非相關故障和相關故障。非相關故障是指產品的故障不是由機器其他機件的故障所引起的故障。相關故障則是由機器其他機件的故障所引起的故障。例如發(fā)動機的曲軸軸瓦的黏著是由于機油泵不供油的故障引起的，對于軸瓦來說這就屬于相關故障；又如發(fā)動機配氣機構的故障與變速器部件的故障無關，則屬于非相關故障。
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)動機氣門斷裂等。
⑦按故障程度分為完全故障和局部故障。故障程度是用該產品能否繼續(xù)使用的可能性來衡量的。完全故障是產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按故障原因分為設計方面、生產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：設計或計算錯誤使產品結構不合理，計算強度或試驗方法不合適等；機件的材料質量不合格，加工工藝方法不合理，加工設備精度不夠，以及裝配未達到技術條件要求等；使用過程中未遵守操作規(guī)程，或者未按技術要求進行維修、保養(yǎng)、運輸和存放等。
⑨按故障后果可分為致命故障、嚴重故障、一般故障和輕微故障。故障后果的嚴重性主要是指對總成或系統(tǒng)或整機以及人身安全性的影響程度。致命故障是指危及設備和人身安全，引起主要部件報廢，造成重大經濟損失或對周圍環(huán)境造成嚴重危害的故障；嚴重故障是指可能導致主要零部件嚴重損壞，或者影響生產安全，且不能用易損備件在較短時間內排除的故障；一般故障是指使設備性能下降，但不會導致主要部件嚴重損壞，并可用更換易損件在較短時間內排除的故障；輕微故障是指一般不會導致設備性能下降，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故障。功能故障是指使產品不能繼續(xù)完成自己功能的故障，例如使減速器不能旋轉和傳遞動力，發(fā)動機不能啟動，油泵不供油等故障；參數故障是指使產品的參數或特性超出允許的極限值的故障，例如使機器加工精度破壞，機器最高速度達不到標準值等的故障。
（3）故障等級的劃分
對故障進行定性或定量分析時，必須事先劃分故障的等級，只有這樣才能判斷各機件每個失效模式對系統(tǒng)的影響及其后果如何。實際上，劃分故障等級也就是運用故障后果對系統(tǒng)影響這一原則進行故障分類。通常將致命故障劃分為Ⅰ級故障，將嚴重故障劃分為Ⅱ級故障，將一般故障劃分為Ⅲ級故障，將輕微故障劃分為Ⅳ級故障。
劃分故障等級所考慮的因素如下。
①機件產生故障后，造成工作人員或公眾的傷亡情況。
②機件產生故障后，造成產品本身的損壞情況。
③機件產生故障后，造成設備不能完成其主要功能或不能執(zhí)行任務的情況，即對完成規(guī)定功能影響的大小。
④機件產生故障后，恢復其功能，即排除故障采取措施的費用、勞動量及停機時間的長短，也就是維修的難易和所用維修時間的長短。
⑤機件產生故障后，造成設備失去功能而導致經濟上的損失，即導致系統(tǒng)的損失情況。
綜上所述，故障等級要綜合考慮性能、費用、周期、安全性等諸方面的因素，即考慮機件故障后帶來的對人身安全、任務完成、經濟損失等方面的綜合影響。
來源：公眾號“生產設備管理維修學習”
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