摘要：本文闡述了高速公路機電設備的狀況，并對目前高速公路機電設備維護維修的維護模式進行了調研，總結了高速公路機電設備常見的故障，最后從電子元器件失效機理和電子設備故障機理兩個方面分析了機電設備故障因素，希望能夠對高速工作機電維護工作的開展提供一些參考。
　　關鍵詞：高速公路；機電；維護
　　一、高速公路機電設備的狀況
　　高速公路機電系統(tǒng)是實施高速公路現(xiàn)代化的管理的主要工具，由計算機網(wǎng)絡、電子技術、電器技術、電氣控制、通信技術和交通工程等學科為基礎組成的綜合系統(tǒng)，主要分為收費系統(tǒng)、監(jiān)控系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、供配電系統(tǒng)及辦公信息化等五大系統(tǒng)，其中通信系統(tǒng)屬于基礎類設施，為收費、監(jiān)控系統(tǒng)提供信息（話音、數(shù)據(jù)、圖象）傳輸通道，而監(jiān)控、收費系統(tǒng)也是由功能各異的計算機通訊網(wǎng)絡構成。
　　目前高速公路機電系統(tǒng)設備種類多、數(shù)量大、涉及的領域廣，給高速公路的機電維護維修帶來了一定的難度。高速公路機電系統(tǒng)主要具有以下特點：專業(yè)性強、技術含量高、涉及專業(yè)面廣、線路較長，必然造成維修工作量大、維護難度高、維護成本難以預控，規(guī)模大，投資額度大。
　　二、高速公路機電設備維護維修狀況
　　2.1設備故障維修的基本規(guī)律
　　對于機電設備故障宏觀的規(guī)律，主要包括早期經(jīng)典的浴盆曲線規(guī)律、新興的復雜機電設備無耗損期規(guī)律及全壽命故障率遞減規(guī)律。設備故障的發(fā)生浴盆曲線形成于20世紀50年代，是最經(jīng)典的故障宏觀規(guī)律。它分為早期故障期、偶然故障期和耗損故障期，如2.1圖所示。
　　                          
　                                                                            　圖2.1浴盆曲線
　　2.2高速公路機電設備維護模式
　　高速公路機電設備維護有如下三種通用的維護模式。
　　1、自行維護模式
　　采用自行維護模式的高速公路運營管理單位有隸屬于自己管理的技術精湛的維護隊伍，一般作為其獨立設置的分支機構。由于涉及多專業(yè)和高技術，對維護人員的技術水平和綜合維修能力要求相對較高。人員的配備要考慮各專業(yè)和各工種相結合，人數(shù)較多維護隊伍較龐大。這對高速公路公司的維護人員素質要求較高，因為高速公路機電設施綜合了電子技術、自動化控制技術、通信技術、閉路電視技術、計算機技術、交通工程技術、電工技術等多門學科，是一項技術密集的系統(tǒng)工程。這就需要維護人員需對各種不同設備進行熟悉，以了解各種不同設備的技術性能，并對各種不同設備可能出現(xiàn)的故障進行分析并找出解決故障的方法，當各種設備結合在一起時需對可能出現(xiàn)的新問題進行分析解決。
　　2、專業(yè)維護模式（外包模式）
　　高速公路運營管理單位與專業(yè)維護、維修公司簽訂年度維修合同，并在合同內規(guī)定維修范圍及服務內容。通過專業(yè)化維護管理充分借助專業(yè)公司的技術優(yōu)勢，對機電系統(tǒng)運行過程中存在的故障隱患做到有效預防，保證系統(tǒng)正常運行。
　　3、自行維護與專業(yè)維護相結合的模式
　　高速公路運營管禪單位對機電系統(tǒng)設備一部分自己進行維護，部分專業(yè)化程度高的設備外包給專業(yè)公司和廠家維護。這種方式結合了前兩種方式的優(yōu)點，有專業(yè)公司技術人員解決技術難點問題，而高速公路公司技術員則解決一般的技術問題。這種方式不僅能很好的解決設備的技術問題，也能保證設備維護的及時性。
　　三、高速公路機電設備常見故障
　　高速公路機電設備眾多，結構復雜，設備大多數(shù)工作在室外，工作環(huán)境惡劣，日常的保養(yǎng)維護應該經(jīng)常化、制度化。機電系統(tǒng)設備對環(huán)境條件的參數(shù)范圍都有嚴格的技術規(guī)定，超過或達不到，都可能引起機電設備可靠性降低，壽命的縮短，因此重點做好日常定期的巡查和保養(yǎng)，延長設備壽命，預防設備故障，及時消除設備故障隱患，提高設備的作用率，下面幾種常見類型的故障。
　　1、暫時性故障，主要由于儀器、設備的工作環(huán)境相對惡劣而時常引起設備運行的不穩(wěn)定性。它的特點是持續(xù)時間或長或短，時隱時現(xiàn)，往往有時不需要維修人員干預就可以自行恢復功能或轉化成固定故障。
　　2、固定性故障，大多數(shù)是由暫時性故障轉化而來，往往及時維修可避免故障性質的轉變。如工控機CPU散熱風扇的損壞引起CPU工作溫度升高，造成CPU燒壞，使收費車道不能工作，設備開關接觸點結碳，插件灰塵太多或有異物，引起線路短路。電器旁中路電容短中，造成電源負載太重或集成電路損壞以及電阻的燒壞引起的設備故障等。
　　3、系統(tǒng)性故障，系統(tǒng)性故障主要是某個設備故障而引起。如高速公路監(jiān)控、收費、通信系統(tǒng)主控計算機的故障，通信光纜光端收發(fā)器不工作，動力電源損壞。再如光纜的損壞、病毒的感染等等。
　　四、機電設備故障因素分析
　　4.1電子元器件失效機理分析
　　習慣上把元器件故障稱為失效，了解元器件的失效模式和失效機理以及設備的故障機理，對診斷設備故障，保持設備固有的可靠性是十分必要的。對電子設備來說，元器件種類很多，常見的有：電阻器、電容器、接插件、焊接件、線圈、集成塊、變壓器等。
　　1、電阻器失效機理
　　電阻在電子設備中使用的數(shù)量很大，而且是一種發(fā)熱元器件，電子設備故障中由電阻器失效導致的占有一定的比例。其失效原因與產(chǎn)品的結構、特點、使用條件有密切關系。電阻器失效可以分為兩大類，即致命失效和參數(shù)漂移失效。從現(xiàn)場使用統(tǒng)計來看，電阻器失效的大多數(shù)情況是致命失效，常見的有：斷路、機械損傷、接觸損壞、短路、擊穿等，只有少數(shù)為阻值漂移失效。電阻器按其構造形式分為：線繞電阻器和非線繞電阻器；按其阻值是否可調分為：固定電阻器和可變電阻器（電位器）。從使用的統(tǒng)計結果看，它們的失效機理是不同的。
　　2、電容器失效機理
　　電容器失效模式常見的有：擊穿、開路、參數(shù)退化、電解液泄漏和機械損傷等。導致這些失效的主要原因有以下幾方面。
　　（l）擊穿①介質中存在疵點、缺陷、雜質等；②介質材料的老偉；③金屬離子遷移形成導電溝道或邊緣飛弧放電；④介質材料內部氣隙擊穿或介質電擊穿；⑤介質的機械損傷；⑥介質材料分子結構的改變。
　　（2）開路①引線與電極接觸點氧化而造成低電平開路；②引線與電極接觸不良或絕緣；③電解電容器陽級引出金屬因腐蝕而導致開路；④工作電解質的干枯或凍結；⑤在機械應力作用下工作電解質和電介質之間的短時開路。
　　3、開關及接插件常見失效機理：①接觸不良：接觸表面污染、插件未壓緊到位、接觸彈簧片應力不足和焊劑污染等；②絕緣不良：表面有塵埃和焊劑污染、受潮、絕緣材料老化及電暈和電弧燒毀碳化等；③機械失效：主要由彈簧失效、零件變形、底座裂縫和推桿斷裂等引起；④絕緣材料破損：主要原因是絕緣體存在殘余應力、絕緣老訊和焊接熱應力等；⑤彈簧斷裂：彈簧材料的疲勞、損壞或脆裂等。
　　4、繼電器常見失效機理：①繼電器磁性零件去磁或特性惡化：主要原因是磁性材料缺陷或外界電磁應力過大造成的；②接觸不良：接觸表面污染或有介質絕緣物簧片應力不足和焊劑污染等；③接點誤動作：結構部件在應力下出現(xiàn)諧振；有機吸附膜及碳化膜等；④彈簧斷裂：彈簧材料的疲勞、裂紋損壞或脆裂、有害氣體的腐蝕等；⑤線圈斷線：潮濕條件下的電解腐蝕和有害氣體的腐蝕等；⑥線圈燒毀：線圈絕緣的熱老化、引出線焊接頭絕緣不良引起短路而燒毀等。電子元器件的失效一般是由設計缺陷、工藝不良、使用不當和環(huán)境影響造成的，大多數(shù)情況下可從以上幾方面找到真正原因。
　　4.2電子設備故障機理分析
　　一般說來，機電設備故障主要在兩方面：一是設備本身有缺陷，二是由于設備使用的外部環(huán)境惡劣引起的。具體來說，機電設備的故障機理主要有：元器件失效、設計缺陷、制造工藝缺陷、使用維護不當、環(huán)境因素影響等。
　　1、元器件失效
　　元器件失效會直接影響機電設備的正常使用，據(jù)統(tǒng)計在通常情況下，元器件失效大約占機電設備整機故障的40%左右。元器件失效的原因主要有以下幾方面：元器件本身可靠性低、篩選不嚴及苛刻的環(huán)境條件等。對元器件失效除上面介紹的常規(guī)元器件外，對可編程的集成芯片器件，如果軟件編程有錯誤或者有病毒侵蝕，往往導致軟件癱瘓，元器件失效；在條件惡劣時，如電磁干擾、大電機起停、振動、高溫等也會導致元器件失效。
　　2、設計缺陷
　　設計缺陷也是導致電于設備故障的重要原因之一。即使機電設備元器件質量很好，在組成一定功能的機電設備時，如果設計有缺陷，同樣會導致設備故障。常見的設計故障有：抗干擾設計不到位；通風散熱設計差；精度設計考慮不周；耐環(huán)境設計差；電路設計不合理；沒有注意降額設計等。以抗干擾設計為例，就必須進行多方面考慮，有些電子設備，在實驗室能正常運行，但送到使用現(xiàn)場卻無法工作，其原因就是抗干擾設計不到位。
　　3、制造工藝缺陷
　　設備制造不完善、工藝質量控制不嚴和設備生產(chǎn)人員技術水平低等因素，都會導致設備可靠性下降，產(chǎn)生故障。因此，制造工藝缺陷也是造成電子設備故障的原因之一。常見的制造工藝缺陷有：①焊接缺陷。如虛焊、漏焊和錯焊，常調整和強振動部位處焊接不良等：②元器件、材料的挑選和老化不夠；③產(chǎn)品出廠時關鍵參數(shù)的調整和校正不當；④設備的各組件組裝不合理等。
　　4、人為與環(huán)境因素
　　人為因素主要指機電設備的裝備和維修人員，不按規(guī)定的操作規(guī)程，組裝、使用、調校電子設備而導致的人為故障。使用條件惡劣，會導致電于設備故障增多。如高溫、強振、強電磁干擾等的影響，會超出設備的設計要求，使之不能正常工作。
　　五、小結
　　高速公路機電系統(tǒng)維護是運營管理者面臨的新課題，只有在實踐中不斷探索，才能使機電維護管理逐步走向規(guī)范化和標準化，才能保證機電設備有效的運行，才能保證高速公路持續(xù)快速的向前發(fā)展。
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