導(dǎo)語：公路分析論文：小議公路機(jī)電事故剖析及防范一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

本文作者：郭振江謝家鴻工作單位：云南省交通科學(xué)研究所

機(jī)電系統(tǒng)故障原因分析

導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備發(fā)生故障的原因可以從設(shè)備的使用功能、使用環(huán)境和使用人員的職業(yè)素質(zhì)這幾個(gè)方面進(jìn)行研究，下面就針對(duì)幾種故障率較高的設(shè)備進(jìn)行分析，以確定導(dǎo)致這些設(shè)備發(fā)生故障的主要原因。自動(dòng)欄桿機(jī)自動(dòng)欄桿機(jī)安裝于收費(fèi)車道末端，功能是根據(jù)收費(fèi)員的操作指令對(duì)通過車輛進(jìn)行通行控制，其通過內(nèi)部電機(jī)帶動(dòng)欄桿樹立或水平放置來實(shí)現(xiàn)這一功能。在三年的統(tǒng)計(jì)中，自動(dòng)欄桿機(jī)共上報(bào)故障284次，是所有機(jī)電設(shè)備中故障率最高的，占到了總故障數(shù)量的14.75%，這些故障的表現(xiàn)主要是欄桿無法起落，或者是欄桿遭到破壞。通過對(duì)每次故障的分析，我們找到了引起故障的零部件在所有設(shè)備故障數(shù)量中所占的比例。通過整理自動(dòng)欄桿機(jī)的故障，可以發(fā)現(xiàn)自動(dòng)欄桿機(jī)的功能決定了它時(shí)刻處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，每通行一輛車就必須執(zhí)行抬桿、落桿操作各一次，這使得電機(jī)、控制盒、連接螺桿等活動(dòng)部件隨著車流量的增加磨損也日益嚴(yán)重。除此之外，電源對(duì)于電機(jī)和控制盒的影響也非常大，電網(wǎng)的波動(dòng)和雷電的沖擊都會(huì)導(dǎo)致電機(jī)的燒毀和控制盒內(nèi)部元器件的損壞。欄桿機(jī)所處的位置在收費(fèi)亭后端，通過車輛特別是大型貨車在通行過程中由于剎不住車，經(jīng)常會(huì)撞到欄桿上，還有就是少部分車輛不愿交通行費(fèi)而沖卡，也會(huì)導(dǎo)致欄桿的損壞。車道收費(fèi)機(jī)車道收費(fèi)機(jī)安裝于收費(fèi)亭內(nèi)，功能是根據(jù)收費(fèi)員的操作指令和自身采集到的各種數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部收費(fèi)軟件，對(duì)外部各種收費(fèi)設(shè)備例如信號(hào)燈、打印機(jī)、顯示器等發(fā)出執(zhí)行命令，控制各種設(shè)備完成收費(fèi)操作，是收費(fèi)工作的核心設(shè)備。三年中車道收費(fèi)機(jī)共上報(bào)故障242次，占所有設(shè)備故障的12.57%，僅次于自動(dòng)欄桿機(jī)的故障數(shù)量。主要故障表現(xiàn)為程序運(yùn)行速度慢、程序運(yùn)行報(bào)錯(cuò)、重新啟動(dòng)無法進(jìn)入系統(tǒng)等，通過對(duì)故障的分析，故障原因如圖1所示。車道控制機(jī)工作時(shí)需要對(duì)各項(xiàng)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、保存、處理、控制，這就使得硬盤隨時(shí)處于讀寫狀態(tài)，內(nèi)部板卡也時(shí)刻保持工作狀態(tài)，長時(shí)間工作會(huì)加速這些設(shè)備的老化，增加發(fā)生故障的概率。受電網(wǎng)波動(dòng)影響，車道控制機(jī)的電源長時(shí)間處于非正常電壓工作狀態(tài)，這會(huì)導(dǎo)致電源燒毀，或者使電源供出來的電質(zhì)量受到影響，進(jìn)而導(dǎo)致內(nèi)部板卡工作不正常。長時(shí)間處于大數(shù)據(jù)量工作狀態(tài)，車道控制機(jī)一旦受硬盤、板卡、線纜影響，不正常工作一段時(shí)間，就會(huì)使很多收費(fèi)數(shù)據(jù)無法正常傳輸，導(dǎo)致數(shù)據(jù)堆積、內(nèi)部程序混亂，進(jìn)一步導(dǎo)致程序運(yùn)行不正常，速度變慢、易死機(jī)。另外由于灰塵積累過多也會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部板卡接觸不良，引發(fā)一系列故障。監(jiān)控室工作站和硬盤錄像機(jī)監(jiān)控室工作站和硬盤錄像機(jī)其結(jié)構(gòu)上與車道控制機(jī)一樣，都是一臺(tái)電腦，只是外觀和功能上有所區(qū)別。監(jiān)控室工作站負(fù)責(zé)收費(fèi)站的數(shù)據(jù)傳輸、報(bào)表統(tǒng)計(jì)和收費(fèi)管理等工作，而硬盤錄像機(jī)則是實(shí)時(shí)記錄各類視頻、音頻數(shù)據(jù)，這就使得兩種設(shè)備24小時(shí)都需要處于工作狀態(tài)。由于這些原因，這兩種設(shè)備的故障表現(xiàn)與車道控制機(jī)非常類似，出故障的設(shè)備元器件及其構(gòu)成比例也與車道控制機(jī)相似。由于這兩類設(shè)備的總體數(shù)量比車道控制機(jī)要少很多，所以總故圖1故障原因分析障數(shù)量要低于后者。票據(jù)打印機(jī)和監(jiān)控室打印機(jī)票據(jù)打印機(jī)位于收費(fèi)亭內(nèi)為通行車輛打印收費(fèi)票據(jù)，而監(jiān)控室打印機(jī)則位于監(jiān)控室內(nèi)，專門用來打印每天的報(bào)表數(shù)據(jù)。這兩種設(shè)備的使用頻率非常高，特別是票據(jù)打印機(jī)，每通過一輛車都需要打印相應(yīng)的收費(fèi)票據(jù)。這兩種設(shè)備的故障表現(xiàn)主要是不執(zhí)行打印操作和卡紙。造成這些故障的原因歸納如圖2所示。圖2故障原因分析歸納從故障原因上可以看出，正是由于高強(qiáng)度的使用，兩種設(shè)備內(nèi)的齒輪、送紙器等運(yùn)動(dòng)部件非常容易因?yàn)槠诙鰡栴}，另外票據(jù)的碎紙屑也會(huì)堵塞齒輪，引起卡紙等故障。長時(shí)間的帶電運(yùn)行，打印機(jī)內(nèi)部板卡上的元器件也會(huì)加速老化，損壞后也會(huì)造成打印機(jī)不工作。車道攝像機(jī)、廣場攝像機(jī)和亭內(nèi)攝像機(jī)這三類攝像機(jī)分別提供收費(fèi)車道、收費(fèi)廣場和收費(fèi)亭內(nèi)的圖像，這些圖像都要求24小時(shí)不間斷提供，所以設(shè)備也是時(shí)刻處于工作狀態(tài)，出現(xiàn)的故障都是沒有圖像或圖像不清晰。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，故障原因如圖6所示?？梢钥闯鰜?，視頻頭故障是圖像故障的主要原因，這主要是因?yàn)檐嚨篮屯?nèi)攝像機(jī)都安裝于車道上，受過往車輛震動(dòng)、人員誤碰都會(huì)導(dǎo)致視頻頭松動(dòng)，影響圖像質(zhì)量。視頻線路故障則主要是由于視頻電纜或光纜被老鼠咬斷造成的，還有就是人員不經(jīng)意間的拉扯也會(huì)損壞視頻線纜。電網(wǎng)波動(dòng)容易造成車道攝像機(jī)和亭內(nèi)攝像機(jī)電源的損壞，但對(duì)于廣場攝像機(jī)來說有很大一部分故障卻是由雷擊造成的。由于廣場攝像機(jī)單獨(dú)安裝于立柱上遠(yuǎn)離收費(fèi)大棚，這使得其很容易遭受雷擊。雷擊會(huì)擊毀廣場攝像機(jī)的視頻、數(shù)據(jù)或電源防雷模塊，使得廣場圖像受到影響。24小時(shí)不間斷運(yùn)行，使得攝像機(jī)內(nèi)部板卡上的元器件加速老化，也容易引起故障。除此之外收費(fèi)站人員打掃衛(wèi)生時(shí)不注意，讓水進(jìn)入車道和亭內(nèi)攝像機(jī)外罩內(nèi)也會(huì)使其出現(xiàn)故障。發(fā)電機(jī)由于收費(fèi)站一般地處野外，都是從農(nóng)村電網(wǎng)取電，所以經(jīng)常會(huì)遭遇停電。收費(fèi)站發(fā)電機(jī)在為收費(fèi)廣場提供工作用電的同時(shí)還為收費(fèi)站提供生活用電。發(fā)電機(jī)的故障表現(xiàn)主要是發(fā)電電壓不穩(wěn)、負(fù)載不平衡、停電后不能自動(dòng)啟動(dòng)、無法啟動(dòng)等。通過分析故障原因，主要原因如圖7所示。用壽命，當(dāng)充放電次數(shù)達(dá)到一定數(shù)量后電池就會(huì)失效，無法啟動(dòng)發(fā)電機(jī)。發(fā)電機(jī)無法啟動(dòng)還有少部分原因是收費(fèi)站人員沒有按照操作手冊(cè)執(zhí)行停機(jī)程序，導(dǎo)致控制模塊故障清單無法消除，需要對(duì)清單數(shù)據(jù)清零。3.7水泵收費(fèi)站一般遠(yuǎn)離城區(qū)，不能利用市政供水網(wǎng)絡(luò)使用自來水，一般都采用水泵抽水加壓供水，特別是有消防需要的收費(fèi)站，更需要安裝消防水泵以保障發(fā)生火災(zāi)時(shí)的用水需要。水泵的故障現(xiàn)象一般是無法啟動(dòng)和漏水兩種情況，前者主要是變頻器或電源故障，而后者則是由于機(jī)械密封被水垢堵塞后造成的。變頻器和電源故障大部分都是由于電網(wǎng)波動(dòng)和長時(shí)間使用造成的，而水垢過多則主要是當(dāng)?shù)氐乃|(zhì)問題造成的。3.8亭內(nèi)照明燈、天棚照明燈、顯示器、空調(diào)、費(fèi)額顯示器、內(nèi)線電話等這幾類設(shè)備長時(shí)間都處于工作狀態(tài)設(shè)備，特別是照明燈具，數(shù)量眾多，隨著使用時(shí)間的增加，內(nèi)部材質(zhì)和器件也隨之老化，到達(dá)使用壽命后便逐步損壞。另外電網(wǎng)的波動(dòng)也會(huì)加快這一類設(shè)備的老化速度，縮短其使用壽命，增加發(fā)生故障的概率。負(fù)載功率不平衡是由于收費(fèi)站電源布線時(shí)沒有考慮到后期用電設(shè)備的增加，特別是大功率熱水器的使用，當(dāng)這些高耗電設(shè)備集中在一處且安裝沒有考慮三相平衡時(shí)就容易導(dǎo)致負(fù)載功率不平衡。發(fā)電機(jī)的蓄電池一般采用鉛酸蓄電池，這種電池有一定的使

機(jī)電系統(tǒng)故障的預(yù)防措施

故障原因歸納從上述設(shè)備故障原因分析中可以看出來，造成設(shè)備故障的原因可以歸納成幾個(gè)大的方面。（1）收費(fèi)站一般都遠(yuǎn)離城市，大部分機(jī)電設(shè)備都采用農(nóng)村電網(wǎng)供電，電壓波動(dòng)范圍較大，供配電設(shè)備常年處于這種狀態(tài)之下，少數(shù)時(shí)候電壓波動(dòng)范圍甚至超過了供配電設(shè)備的允許值。供電質(zhì)量不穩(wěn)定，首先受其影響的就是各種設(shè)備的電源模塊，外供電源波動(dòng)幅度過大后經(jīng)常會(huì)導(dǎo)致設(shè)備電源模塊的損壞。即使設(shè)備電源模塊不損壞，但受輸入電源波動(dòng)其它,10%控制器故障,30%蓄電池老化,30%負(fù)載功率不平衡,30%的影響，設(shè)備電源模塊的輸出電壓和電流也會(huì)波動(dòng)，這會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部元器件和板卡的損壞。（2）設(shè)備受到雷擊后發(fā)生故障的概率也很高。收費(fèi)廣場一般所處地勢都很平坦，收費(fèi)大棚和廣場攝像機(jī)相比起來算是很高的建造物了，很容易吸引雷電，雷電能量巨大，若直接擊中的話，接地系統(tǒng)也不一定能避免設(shè)備不被損壞。如果雷電導(dǎo)入大地時(shí)，若離收費(fèi)站距離很近，則電流會(huì)從地下埋設(shè)的管線涌入機(jī)電設(shè)備，導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備電源、數(shù)據(jù)接口板卡損壞。（3）機(jī)電系統(tǒng)根據(jù)功能和安裝位置的不同，決定了其使用環(huán)境也是各不相同。外場設(shè)備安裝于戶外，常年受到日曬雨淋，所處氣溫在冬夏季節(jié)或日夜之間都會(huì)有很大的差異。這些原因會(huì)加速設(shè)備外殼和內(nèi)部元器件老化，縮短設(shè)備使用壽命，經(jīng)過幾年的使用后，設(shè)備故障率便大幅度上升。（4）車道機(jī)電設(shè)備由于安裝在收費(fèi)島或收費(fèi)亭設(shè)備機(jī)柜內(nèi)，經(jīng)常受到汽車排放油煙、電磁輻射、高溫和震動(dòng)的影響，這些對(duì)于設(shè)備內(nèi)部電路板卡的破壞非常嚴(yán)重。特別是灰塵和油煙混合后，堆積于元器件觸點(diǎn)之間，這會(huì)引起元器件的短路，嚴(yán)重的會(huì)直接燒毀整塊電路板。另外高溫也會(huì)導(dǎo)致設(shè)備運(yùn)行不正常，特別是電腦一類的設(shè)備容易出現(xiàn)反應(yīng)慢、死機(jī)等故障。而震動(dòng)則會(huì)導(dǎo)致設(shè)備內(nèi)部各種連接板卡松動(dòng)、接觸不良，從而導(dǎo)致故障的發(fā)生。（5）除了上述若干故障原因外，由于使用人員操作不當(dāng)導(dǎo)致機(jī)電設(shè)備損壞的情況也時(shí)有發(fā)生。例如不按操作程序操作設(shè)備、粗暴使用設(shè)備、打掃衛(wèi)生時(shí)不注意保護(hù)使設(shè)備進(jìn)水等。故障預(yù)防措施針對(duì)上述導(dǎo)致設(shè)備故障的幾個(gè)主要原因，經(jīng)過一段時(shí)間的維修維護(hù)實(shí)踐，總結(jié)出了一系列相對(duì)應(yīng)的預(yù)防措施，這些措施雖不能避免故障的發(fā)生，但能有效地降低故障發(fā)生的概率。（1）對(duì)于市電供電質(zhì)量不穩(wěn)定的情況，除與供電部門協(xié)調(diào)之外可以在所有用電設(shè)備之前加裝參數(shù)穩(wěn)壓器，一般情況下收費(fèi)站安裝的參數(shù)穩(wěn)壓器只對(duì)一部分機(jī)電系統(tǒng)進(jìn)行穩(wěn)壓，而收費(fèi)站的生活用電、收費(fèi)廣場的照明用電、收費(fèi)亭內(nèi)的照明、空調(diào)等設(shè)備用電都沒有經(jīng)過參數(shù)穩(wěn)壓器的保護(hù)。參數(shù)穩(wěn)壓器能在輸入電壓、電流波動(dòng)時(shí)通過內(nèi)部調(diào)整，降低或消除輸出電壓、電流的波動(dòng)，避免各用電設(shè)備受電源質(zhì)量的影響，延長設(shè)備的使用壽命，有效降低故障的發(fā)生概率。（2）收費(fèi)廣場和收費(fèi)站內(nèi)的機(jī)電設(shè)備接地系統(tǒng)都必須獨(dú)立設(shè)置，不能與收費(fèi)大棚和房建的接地系統(tǒng)公用，盡量不采用聯(lián)合接地的接線方式來為機(jī)電設(shè)備提供接地，避免雷擊時(shí)彼此之間的相互影響。遠(yuǎn)距離傳輸盡量使用光纜，避免使用導(dǎo)電的信號(hào)線纜，必須使用的電源線在兩端都要設(shè)置防雷模塊，這樣可以防止電流從埋設(shè)的導(dǎo)電線纜涌入機(jī)電設(shè)備。加強(qiáng)對(duì)防雷接地設(shè)施的定期檢查，一旦發(fā)現(xiàn)問題立刻整改，雷雨季期間要縮短檢查的周期。（3）定期對(duì)外場設(shè)備的防護(hù)罩進(jìn)行檢查，特別是雨季、大風(fēng)、高溫天氣來臨之前要組織專項(xiàng)檢查。發(fā)現(xiàn)有破損的地方及時(shí)修補(bǔ)，有松動(dòng)的地方及時(shí)緊固，設(shè)備機(jī)箱內(nèi)的溫控風(fēng)扇損壞時(shí)及時(shí)修理，這些都可以降低設(shè)備受惡劣天氣影響而發(fā)生故障的頻率。（4）定期對(duì)各種設(shè)備內(nèi)部和機(jī)箱內(nèi)部進(jìn)行除塵，清理雜物，特別是對(duì)放置于收費(fèi)亭內(nèi)的車道控制機(jī)柜、監(jiān)控室內(nèi)的硬盤錄像機(jī)、工作站進(jìn)行除塵，可以有效降低這些設(shè)備運(yùn)行速度慢、易死機(jī)的故障。對(duì)車道控制柜的清理要縮短周期，因?yàn)槠渌幁h(huán)境最為惡劣。除塵方式易采用吹風(fēng)機(jī)，避免使用毛刷和吸塵器，因?yàn)槊⒘Χ日莆詹缓脮?huì)損壞設(shè)備，而吸塵器需近距離才能吸走混合油煙后吸附著的灰塵，除塵效果不如吹風(fēng)機(jī)。（5）根據(jù)各種設(shè)備的特點(diǎn)制定不同方式、不同周期的保養(yǎng)方案也可以有效降低設(shè)備的故障率。例如發(fā)電機(jī)系統(tǒng)和UPS系統(tǒng)，除了定期常規(guī)保養(yǎng)之外，特別要注意蓄電池的維護(hù)。蓄電池使用時(shí)間長了以后雖然測量的電壓值符合標(biāo)準(zhǔn)，但啟動(dòng)電流會(huì)減少，這會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)無法啟動(dòng)和UPS系統(tǒng)無法切換。

機(jī)電系統(tǒng)維修維護(hù)就是通過保養(yǎng)維護(hù)降低機(jī)電系統(tǒng)的故障率，當(dāng)故障出現(xiàn)時(shí)能及時(shí)的得到維修，恢復(fù)其使用功能。利用各種設(shè)備出故障的頻率和原因可以得出針對(duì)各種設(shè)備的維護(hù)保養(yǎng)方案，消除或降低故障發(fā)生的概率。除此之外，從盡快恢復(fù)設(shè)備使用功能的角度來說，可以根據(jù)故障率高的設(shè)備來準(zhǔn)備維護(hù)更換所需要的零部件，也可以對(duì)維護(hù)人員的組織管理進(jìn)行優(yōu)化，安排適當(dāng)?shù)木S護(hù)人員并對(duì)故障處理的先后次序進(jìn)行合理規(guī)劃，雖不能避免出現(xiàn)故障，但能減少設(shè)備出故障后的維修時(shí)間，這也能提高設(shè)備的利用率，保障收費(fèi)工作的正常開展。以上機(jī)電設(shè)備的各項(xiàng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)均以雞石、通建高速公路為參照獲得，雖有一定的局限性，但對(duì)整個(gè)高速公路機(jī)電系統(tǒng)來說有很多共性，有著非常高的參考價(jià)值，所得出的各種總結(jié)和方案對(duì)高速公路機(jī)電系統(tǒng)的維修維護(hù)工作都有一定的指導(dǎo)意義。