浅谈高速公路机电维护的探讨

　　摘要：本文阐述了高速公路机电设备的状况，并对目前高速公路机电设备维护维修的维护模式进行了调研，总结了高速公路机电设备常见的故障，最后从电子元器件失效机理和电子设备故障机理两个方面分析了机电设备故障因素，希望能够对高速工作机电维护工作的开展提供一些参考。
　　关键词：高速公路；机电；维护
　　一、高速公路机电设备的状况
　　高速公路机电系统是实施高速公路现代化的管理的主要工具，由计算机网络、电子技术、电器技术、电气控制、通信技术和交通工程等学科为基础组成的综合系统，主要分为收费系统、监控系统、通信系统、供配电系统及办公信息化等五大系统，其中通信系统属于基础类设施，为收费、监控系统提供信息（话音、数据、图象）传输通道，而监控、收费系统也是由功能各异的计算机通讯网络构成。
　　目前高速公路机电系统设备种类多、数量大、涉及的领域广，给高速公路的机电维护维修带来了一定的难度。高速公路机电系统主要具有以下特点：专业性强、技术含量高、涉及专业面广、线路较长，必然造成维修工作量大、维护难度高、维护成本难以预控，规模大，投资额度大。
　　二、高速公路机电设备维护维修状况
　　2.1设备故障维修的基本规律
　　对于机电设备故障宏观的规律，主要包括早期经典的浴盆曲线规律、新兴的复杂机电设备无耗损期规律及全寿命故障率递减规律。设备故障的发生浴盆曲线形成于20世纪50年代，是最经典的故障宏观规律。它分为早期故障期、偶然故障期和耗损故障期，如2.1图所示。
　　                          
　                                                                            　图2.1浴盆曲线
　　2.2高速公路机电设备维护模式
　　高速公路机电设备维护有如下三种通用的维护模式。
　　1、自行维护模式
　　采用自行维护模式的高速公路运营管理单位有隶属于自己管理的技术精湛的维护队伍，一般作为其独立设置的分支机构。由于涉及多专业和高技术，对维护人员的技术水平和综合维修能力要求相对较高。人员的配备要考虑各专业和各工种相结合，人数较多维护队伍较庞大。这对高速公路公司的维护人员素质要求较高，因为高速公路机电设施综合了电子技术、自动化控制技术、通信技术、闭路电视技术、计算机技术、交通工程技术、电工技术等多门学科，是一项技术密集的系统工程。这就需要维护人员需对各种不同设备进行熟悉，以了解各种不同设备的技术性能，并对各种不同设备可能出现的故障进行分析并找出解决故障的方法，当各种设备结合在一起时需对可能出现的新问题进行分析解决。
　　2、专业维护模式（外包模式）
　　高速公路运营管理单位与专业维护、维修公司签订年度维修合同，并在合同内规定维修范围及服务内容。通过专业化维护管理充分借助专业公司的技术优势，对机电系统运行过程中存在的故障隐患做到有效预防，保证系统正常运行。
　　3、自行维护与专业维护相结合的模式
　　高速公路运营管禅单位对机电系统设备一部分自己进行维护，部分专业化程度高的设备外包给专业公司和厂家维护。这种方式结合了前两种方式的优点，有专业公司技术人员解决技术难点问题，而高速公路公司技术员则解决一般的技术问题。这种方式不仅能很好的解决设备的技术问题，也能保证设备维护的及时性。
　　三、高速公路机电设备常见故障
　　高速公路机电设备众多，结构复杂，设备大多数工作在室外，工作环境恶劣，日常的保养维护应该经常化、制度化。机电系统设备对环境条件的参数范围都有严格的技术规定，超过或达不到，都可能引起机电设备可靠性降低，寿命的缩短，因此重点做好日常定期的巡查和保养，延长设备寿命，预防设备故障，及时消除设备故障隐患，提高设备的作用率，下面几种常见类型的故障。
　　1、暂时性故障，主要由于仪器、设备的工作环境相对恶劣而时常引起设备运行的不稳定性。它的特点是持续时间或长或短，时隐时现，往往有时不需要维修人员干预就可以自行恢复功能或转化成固定故障。
　　2、固定性故障，大多数是由暂时性故障转化而来，往往及时维修可避免故障性质的转变。如工控机CPU散热风扇的损坏引起CPU工作温度升高，造成CPU烧坏，使收费车道不能工作，设备开关接触点结碳，插件灰尘太多或有异物，引起线路短路。电器旁中路电容短中，造成电源负载太重或集成电路损坏以及电阻的烧坏引起的设备故障等。
　　3、系统性故障，系统性故障主要是某个设备故障而引起。如高速公路监控、收费、通信系统主控计算机的故障，通信光缆光端收发器不工作，动力电源损坏。再如光缆的损坏、病毒的感染等等。
　　四、机电设备故障因素分析
　　4.1电子元器件失效机理分析
　　习惯上把元器件故障称为失效，了解元器件的失效模式和失效机理以及设备的故障机理，对诊断设备故障，保持设备固有的可靠性是十分必要的。对电子设备来说，元器件种类很多，常见的有：电阻器、电容器、接插件、焊接件、线圈、集成块、变压器等。
　　1、电阻器失效机理
　　电阻在电子设备中使用的数量很大，而且是一种发热元器件，电子设备故障中由电阻器失效导致的占有一定的比例。其失效原因与产品的结构、特点、使用条件有密切关系。电阻器失效可以分为两大类，即致命失效和参数漂移失效。从现场使用统计来看，电阻器失效的大多数情况是致命失效，常见的有：断路、机械损伤、接触损坏、短路、击穿等，只有少数为阻值漂移失效。电阻器按其构造形式分为：线绕电阻器和非线绕电阻器；按其阻值是否可调分为：固定电阻器和可变电阻器（电位器）。从使用的统计结果看，它们的失效机理是不同的。
　　2、电容器失效机理
　　电容器失效模式常见的有：击穿、开路、参数退化、电解液泄漏和机械损伤等。导致这些失效的主要原因有以下几方面。
　　（l）击穿①介质中存在疵点、缺陷、杂质等；②介质材料的老伟；③金属离子迁移形成导电沟道或边缘飞弧放电；④介质材料内部气隙击穿或介质电击穿；⑤介质的机械损伤；⑥介质材料分子结构的改变。
　　（2）开路①引线与电极接触点氧化而造成低电平开路；②引线与电极接触不良或绝缘；③电解电容器阳级引出金属因腐蚀而导致开路；④工作电解质的干枯或冻结；⑤在机械应力作用下工作电解质和电介质之间的短时开路。
　　3、开关及接插件常见失效机理：①接触不良：接触表面污染、插件未压紧到位、接触弹簧片应力不足和焊剂污染等；②绝缘不良：表面有尘埃和焊剂污染、受潮、绝缘材料老化及电晕和电弧烧毁碳化等；③机械失效：主要由弹簧失效、零件变形、底座裂缝和推杆断裂等引起；④绝缘材料破损：主要原因是绝缘体存在残余应力、绝缘老讯和焊接热应力等；⑤弹簧断裂：弹簧材料的疲劳、损坏或脆裂等。
　　4、继电器常见失效机理：①继电器磁性零件去磁或特性恶化：主要原因是磁性材料缺陷或外界电磁应力过大造成的；②接触不良：接触表面污染或有介质绝缘物簧片应力不足和焊剂污染等；③接点误动作：结构部件在应力下出现谐振；有机吸附膜及碳化膜等；④弹簧断裂：弹簧材料的疲劳、裂纹损坏或脆裂、有害气体的腐蚀等；⑤线圈断线：潮湿条件下的电解腐蚀和有害气体的腐蚀等；⑥线圈烧毁：线圈绝缘的热老化、引出线焊接头绝缘不良引起短路而烧毁等。电子元器件的失效一般是由设计缺陷、工艺不良、使用不当和环境影响造成的，大多数情况下可从以上几方面找到真正原因。
　　4.2电子设备故障机理分析
　　一般说来，机电设备故障主要在两方面：一是设备本身有缺陷，二是由于设备使用的外部环境恶劣引起的。具体来说，机电设备的故障机理主要有：元器件失效、设计缺陷、制造工艺缺陷、使用维护不当、环境因素影响等。
　　1、元器件失效
　　元器件失效会直接影响机电设备的正常使用，据统计在通常情况下，元器件失效大约占机电设备整机故障的40%左右。元器件失效的原因主要有以下几方面：元器件本身可靠性低、筛选不严及苛刻的环境条件等。对元器件失效除上面介绍的常规元器件外，对可编程的集成芯片器件，如果软件编程有错误或者有病毒侵蚀，往往导致软件瘫痪，元器件失效；在条件恶劣时，如电磁干扰、大电机起停、振动、高温等也会导致元器件失效。
　　2、设计缺陷
　　设计缺陷也是导致电于设备故障的重要原因之一。即使机电设备元器件质量很好，在组成一定功能的机电设备时，如果设计有缺陷，同样会导致设备故障。常见的设计故障有：抗干扰设计不到位；通风散热设计差；精度设计考虑不周；耐环境设计差；电路设计不合理；没有注意降额设计等。以抗干扰设计为例，就必须进行多方面考虑，有些电子设备，在实验室能正常运行，但送到使用现场却无法工作，其原因就是抗干扰设计不到位。
　　3、制造工艺缺陷
　　设备制造不完善、工艺质量控制不严和设备生产人员技术水平低等因素，都会导致设备可靠性下降，产生故障。因此，制造工艺缺陷也是造成电子设备故障的原因之一。常见的制造工艺缺陷有：①焊接缺陷。如虚焊、漏焊和错焊，常调整和强振动部位处焊接不良等：②元器件、材料的挑选和老化不够；③产品出厂时关键参数的调整和校正不当；④设备的各组件组装不合理等。
　　4、人为与环境因素
　　人为因素主要指机电设备的装备和维修人员，不按规定的操作规程，组装、使用、调校电子设备而导致的人为故障。使用条件恶劣，会导致电于设备故障增多。如高温、强振、强电磁干扰等的影响，会超出设备的设计要求，使之不能正常工作。
　　五、小结
　　高速公路机电系统维护是运营管理者面临的新课题，只有在实践中不断探索，才能使机电维护管理逐步走向规范化和标准化，才能保证机电设备有效的运行，才能保证高速公路持续快速的向前发展。
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