導語：公路分析論文：小議公路機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，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：云南省交通科學研究所

機電系統(tǒng)故障原因分析

導致機電設備發(fā)生故障的原因可以從設備的使用功能、使用環(huán)境和使用人員的職業(yè)素質(zhì)這幾個方面進行研究，下面就針對幾種故障率較高的設備進行分析，以確定導致這些設備發(fā)生故障的主要原因。自動欄桿機自動欄桿機安裝于收費車道末端，功能是根據(jù)收費員的操作指令對通過車輛進行通行控制，其通過內(nèi)部電機帶動欄桿樹立或水平放置來實現(xiàn)這一功能。在三年的統(tǒng)計中，自動欄桿機共上報故障284次，是所有機電設備中故障率最高的，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。通過對每次故障的分析，我們找到了引起故障的零部件在所有設備故障數(shù)量中所占的比例。通過整理自動欄桿機的故障，可以發(fā)現(xiàn)自動欄桿機的功能決定了它時刻處于運動狀態(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、控制盒、連接螺桿等活動部件隨著車流量的增加磨損也日益嚴重。除此之外，電源對于電機和控制盒的影響也非常大，電網(wǎng)的波動和雷電的沖擊都會導致電機的燒毀和控制盒內(nèi)部元器件的損壞。欄桿機所處的位置在收費亭后端，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)常會撞到欄桿上，還有就是少部分車輛不愿交通行費而沖卡，也會導致欄桿的損壞。車道收費機車道收費機安裝于收費亭內(nèi)，功能是根據(jù)收費員的操作指令和自身采集到的各種數(shù)據(jù)，利用內(nèi)部收費軟件，對外部各種收費設備例如信號燈、打印機、顯示器等發(fā)出執(zhí)行命令，控制各種設備完成收費操作，是收費工作的核心設備。三年中車道收費機共上報故障242次，占所有設備故障的12.57%，僅次于自動欄桿機的故障數(shù)量。主要故障表現(xiàn)為程序運行速度慢、程序運行報錯、重新啟動無法進入系統(tǒng)等，通過對故障的分析，故障原因如圖1所示。車道控制機工作時需要對各項數(shù)據(jù)進行采集、保存、處理、控制，這就使得硬盤隨時處于讀寫狀態(tài)，內(nèi)部板卡也時刻保持工作狀態(tài)，長時間工作會加速這些設備的老化，增加發(fā)生故障的概率。受電網(wǎng)波動影響，車道控制機的電源長時間處于非正常電壓工作狀態(tài)，這會導致電源燒毀，或者使電源供出來的電質(zhì)量受到影響，進而導致內(nèi)部板卡工作不正常。長時間處于大數(shù)據(jù)量工作狀態(tài)，車道控制機一旦受硬盤、板卡、線纜影響，不正常工作一段時間，就會使很多收費數(shù)據(jù)無法正常傳輸，導致數(shù)據(jù)堆積、內(nèi)部程序混亂，進一步導致程序運行不正常，速度變慢、易死機。另外由于灰塵積累過多也會導致內(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監(jiān)控室工作站和硬盤錄像機其結構上與車道控制機一樣，都是一臺電腦，只是外觀和功能上有所區(qū)別。監(jiān)控室工作站負責收費站的數(shù)據(jù)傳輸、報表統(tǒng)計和收費管理等工作，而硬盤錄像機則是實時記錄各類視頻、音頻數(shù)據(jù)，這就使得兩種設備24小時都需要處于工作狀態(tài)。由于這些原因，這兩種設備的故障表現(xiàn)與車道控制機非常類似，出故障的設備元器件及其構成比例也與車道控制機相似。由于這兩類設備的總體數(shù)量比車道控制機要少很多，所以總故圖1故障原因分析障數(shù)量要低于后者。票據(jù)打印機和監(jiān)控室打印機票據(jù)打印機位于收費亭內(nèi)為通行車輛打印收費票據(jù)，而監(jiān)控室打印機則位于監(jiān)控室內(nèi)，專門用來打印每天的報表數(shù)據(jù)。這兩種設備的使用頻率非常高，特別是票據(jù)打印機，每通過一輛車都需要打印相應的收費票據(jù)。這兩種設備的故障表現(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，正是由于高強度的使用，兩種設備內(nèi)的齒輪、送紙器等運動部件非常容易因為疲勞而出問題，另外票據(jù)的碎紙屑也會堵塞齒輪，引起卡紙等故障。長時間的帶電運行，打印機內(nèi)部板卡上的元器件也會加速老化，損壞后也會造成打印機不工作。車道攝像機、廣場攝像機和亭內(nèi)攝像機這三類攝像機分別提供收費車道、收費廣場和收費亭內(nèi)的圖像，這些圖像都要求24小時不間斷提供，所以設備也是時刻處于工作狀態(tài)，出現(xiàn)的故障都是沒有圖像或圖像不清晰。經(jīng)統(tǒng)計，故障原因如圖6所示。可以看出來，視頻頭故障是圖像故障的主要原因，這主要是因為車道和亭內(nèi)攝像機都安裝于車道上，受過往車輛震動、人員誤碰都會導致視頻頭松動，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)意間的拉扯也會損壞視頻線纜。電網(wǎng)波動容易造成車道攝像機和亭內(nèi)攝像機電源的損壞，但對于廣場攝像機來說有很大一部分故障卻是由雷擊造成的。由于廣場攝像機單獨安裝于立柱上遠離收費大棚，這使得其很容易遭受雷擊。雷擊會擊毀廣場攝像機的視頻、數(shù)據(jù)或電源防雷模塊，使得廣場圖像受到影響。24小時不間斷運行，使得攝像機內(nèi)部板卡上的元器件加速老化，也容易引起故障。除此之外收費站人員打掃衛(wèi)生時不注意，讓水進入車道和亭內(nèi)攝像機外罩內(nèi)也會使其出現(xiàn)故障。發(fā)電機由于收費站一般地處野外，都是從農(nóng)村電網(wǎng)取電，所以經(jīng)常會遭遇停電。收費站發(fā)電機在為收費廣場提供工作用電的同時還為收費站提供生活用電。發(fā)電機的故障表現(xiàn)主要是發(fā)電電壓不穩(wěn)、負載不平衡、停電后不能自動啟動、無法啟動等。通過分析故障原因，主要原因如圖7所示。用壽命，當充放電次數(shù)達到一定數(shù)量后電池就會失效，無法啟動發(fā)電機。發(fā)電機無法啟動還有少部分原因是收費站人員沒有按照操作手冊執(zhí)行停機程序，導致控制模塊故障清單無法消除，需要對清單數(shù)據(jù)清零。3.7水泵收費站一般遠離城區(qū)，不能利用市政供水網(wǎng)絡使用自來水，一般都采用水泵抽水加壓供水，特別是有消防需要的收費站，更需要安裝消防水泵以保障發(fā)生火災時的用水需要。水泵的故障現(xiàn)象一般是無法啟動和漏水兩種情況，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)波動和長時間使用造成的，而水垢過多則主要是當?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)、費額顯示器、內(nèi)線電話等這幾類設備長時間都處于工作狀態(tài)設備，特別是照明燈具，數(shù)量眾多，隨著使用時間的增加，內(nèi)部材質(zhì)和器件也隨之老化，到達使用壽命后便逐步損壞。另外電網(wǎng)的波動也會加快這一類設備的老化速度，縮短其使用壽命，增加發(fā)生故障的概率。負載功率不平衡是由于收費站電源布線時沒有考慮到后期用電設備的增加，特別是大功率熱水器的使用，當這些高耗電設備集中在一處且安裝沒有考慮三相平衡時就容易導致負載功率不平衡。發(fā)電機的蓄電池一般采用鉛酸蓄電池，這種電池有一定的使

機電系統(tǒng)故障的預防措施

故障原因歸納從上述設備故障原因分析中可以看出來，造成設備故障的原因可以歸納成幾個大的方面。（1）收費站一般都遠離城市，大部分機電設備都采用農(nóng)村電網(wǎng)供電，電壓波動范圍較大，供配電設備常年處于這種狀態(tài)之下，少數(shù)時候電壓波動范圍甚至超過了供配電設備的允許值。供電質(zhì)量不穩(wěn)定，首先受其影響的就是各種設備的電源模塊，外供電源波動幅度過大后經(jīng)常會導致設備電源模塊的損壞。即使設備電源模塊不損壞，但受輸入電源波動其它,10%控制器故障,30%蓄電池老化,30%負載功率不平衡,30%的影響，設備電源模塊的輸出電壓和電流也會波動，這會導致設備內(nèi)部元器件和板卡的損壞。（2）設備受到雷擊后發(fā)生故障的概率也很高。收費廣場一般所處地勢都很平坦，收費大棚和廣場攝像機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)也不一定能避免設備不被損壞。如果雷電導入大地時，若離收費站距離很近，則電流會從地下埋設的管線涌入機電設備，導致機電設備電源、數(shù)據(jù)接口板卡損壞。（3）機電系統(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)或日夜之間都會有很大的差異。這些原因會加速設備外殼和內(nèi)部元器件老化，縮短設備使用壽命，經(jīng)過幾年的使用后，設備故障率便大幅度上升。（4）車道機電設備由于安裝在收費島或收費亭設備機柜內(nèi)，經(jīng)常受到汽車排放油煙、電磁輻射、高溫和震動的影響，這些對于設備內(nèi)部電路板卡的破壞非常嚴重。特別是灰塵和油煙混合后，堆積于元器件觸點之間，這會引起元器件的短路，嚴重的會直接燒毀整塊電路板。另外高溫也會導致設備運行不正常，特別是電腦一類的設備容易出現(xiàn)反應慢、死機等故障。而震動則會導致設備內(nèi)部各種連接板卡松動、接觸不良，從而導致故障的發(fā)生。（5）除了上述若干故障原因外，由于使用人員操作不當導致機電設備損壞的情況也時有發(fā)生。例如不按操作程序操作設備、粗暴使用設備、打掃衛(wèi)生時不注意保護使設備進水等。故障預防措施針對上述導致設備故障的幾個主要原因，經(jīng)過一段時間的維修維護實踐，總結出了一系列相對應的預防措施，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備之前加裝參數(shù)穩(wěn)壓器，一般情況下收費站安裝的參數(shù)穩(wěn)壓器只對一部分機電系統(tǒng)進行穩(wěn)壓，而收費站的生活用電、收費廣場的照明用電、收費亭內(nèi)的照明、空調(diào)等設備用電都沒有經(jīng)過參數(shù)穩(wěn)壓器的保護。參數(shù)穩(wěn)壓器能在輸入電壓、電流波動時通過內(nèi)部調(diào)整，降低或消除輸出電壓、電流的波動，避免各用電設備受電源質(zhì)量的影響，延長設備的使用壽命，有效降低故障的發(fā)生概率。（2）收費廣場和收費站內(nèi)的機電設備接地系統(tǒng)都必須獨立設置，不能與收費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電設備提供接地，避免雷擊時彼此之間的相互影響。遠距離傳輸盡量使用光纜，避免使用導電的信號線纜，必須使用的電源線在兩端都要設置防雷模塊，這樣可以防止電流從埋設的導電線纜涌入機電設備。加強對防雷接地設施的定期檢查，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）定期對外場設備的防護罩進行檢查，特別是雨季、大風、高溫天氣來臨之前要組織專項檢查。發(fā)現(xiàn)有破損的地方及時修補，有松動的地方及時緊固，設備機箱內(nèi)的溫控風扇損壞時及時修理，這些都可以降低設備受惡劣天氣影響而發(fā)生故障的頻率。（4）定期對各種設備內(nèi)部和機箱內(nèi)部進行除塵，清理雜物，特別是對放置于收費亭內(nèi)的車道控制機柜、監(jiān)控室內(nèi)的硬盤錄像機、工作站進行除塵，可以有效降低這些設備運行速度慢、易死機的故障。對車道控制柜的清理要縮短周期，因為其所處環(huán)境最為惡劣。除塵方式易采用吹風機，避免使用毛刷和吸塵器，因為毛刷力度掌握不好會損壞設備，而吸塵器需近距離才能吸走混合油煙后吸附著的灰塵，除塵效果不如吹風機。（5）根據(jù)各種設備的特點制定不同方式、不同周期的保養(yǎng)方案也可以有效降低設備的故障率。例如發(fā)電機系統(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。蓄電池使用時間長了以后雖然測量的電壓值符合標準，但啟動電流會減少，這會導致發(fā)電機無法啟動和UPS系統(tǒng)無法切換。

機電系統(tǒng)維修維護就是通過保養(yǎng)維護降低機電系統(tǒng)的故障率，當故障出現(xiàn)時能及時的得到維修，恢復其使用功能。利用各種設備出故障的頻率和原因可以得出針對各種設備的維護保養(yǎng)方案，消除或降低故障發(fā)生的概率。除此之外，從盡快恢復設備使用功能的角度來說，可以根據(jù)故障率高的設備來準備維護更換所需要的零部件，也可以對維護人員的組織管理進行優(yōu)化，安排適當?shù)木S護人員并對故障處理的先后次序進行合理規(guī)劃，雖不能避免出現(xiàn)故障，但能減少設備出故障后的維修時間，這也能提高設備的利用率，保障收費工作的正常開展。以上機電設備的各項統(tǒng)計數(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，但對整個高速公路機電系統(tǒng)來說有很多共性，有著非常高的參考價值，所得出的各種總結和方案對高速公路機電系統(tǒng)的維修維護工作都有一定的指導意義。