運(yùn)用可靠性設(shè)計理念，提高煤機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量

賈龍等

摘 要：把產(chǎn)品可靠性設(shè)計引入到煤機(jī)產(chǎn)品的設(shè)計流程當(dāng)中，針對制約煤機(jī)產(chǎn)品整機(jī)可靠性水平的零部件，提出幾點(diǎn)解決措施，以提高煤機(jī)產(chǎn)品的核心競爭力。

關(guān)鍵詞：采煤機(jī)械；可靠性；核心競爭力

作為一個礦業(yè)大國，我國有著豐富的礦產(chǎn)資源，但礦產(chǎn)資源作為不可再生能源，需要節(jié)約利用，實現(xiàn)能源的延續(xù)性發(fā)展。在我國，能源開發(fā)和主要利用的礦物種是煤炭，而實現(xiàn)節(jié)約能源就要從節(jié)約煤炭資源入手，而最能提升煤炭利用率的環(huán)節(jié)就是開采煤炭環(huán)節(jié)。針對煤炭資源的開采生產(chǎn)過程的重要性，對煤機(jī)性能進(jìn)行開發(fā)提升研究，延長其使用壽命和安全度以及開采率，這對我國節(jié)約能源有著重要的意義。

1 產(chǎn)品的可靠性介紹

煤機(jī)產(chǎn)品和其他機(jī)器一樣，應(yīng)該是建立在一定的安全性基礎(chǔ)之上的，即產(chǎn)品的可靠性。產(chǎn)品的可靠性有著其自身的學(xué)術(shù)定義，是指產(chǎn)品在限定的時間和條件下成功完成該產(chǎn)品指定功效的水平。這是學(xué)術(shù)上對產(chǎn)品可靠性的定義，而通俗地來講，產(chǎn)品的可靠性就是產(chǎn)品的耐用性，即在指定的時間段內(nèi)和所設(shè)定的限定條件下能夠保持產(chǎn)品的正常使用以及循環(huán)使用的次數(shù)和質(zhì)量。

煤機(jī)產(chǎn)品是可修復(fù)產(chǎn)品，其可靠性有狹義與廣義之分，狹義的產(chǎn)品可靠性的定義僅僅指產(chǎn)品的有效性使用，即在規(guī)定的時間和所設(shè)定的年限下能夠正常運(yùn)轉(zhuǎn)其功能。而從廣義上來講，產(chǎn)品的可靠性還要包括它自身的反復(fù)使用性，即可維修能力，在產(chǎn)品使用中發(fā)生故障后還能進(jìn)行修理，以方便以后繼續(xù)使用。我們現(xiàn)在所說的廣義的產(chǎn)品可靠性包括以下五個內(nèi)容：可靠性、維修性、有效性、耐久性、安全性。

2 產(chǎn)品可靠性的研究內(nèi)容

根據(jù)目前產(chǎn)品可靠性研究，對煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計的主要方向有：

2.1 煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性預(yù)測，建立整機(jī)可靠性模型

在衡量一個系統(tǒng)優(yōu)劣及其是否滿足任務(wù)要求的過程中，系統(tǒng)可靠度的計算十分重要，也是系統(tǒng)和系統(tǒng)之間相互評判的重要標(biāo)準(zhǔn)之一，在系統(tǒng)可靠性研究中占據(jù)著十分重要的位置。例如，采煤機(jī)整機(jī)的組成部分有截割部、牽引部、電子系統(tǒng)以及輔助裝置。其中，搖臂與滾筒又是截割部的組成部分；液壓傳動箱、牽引傳動箱以及牽引機(jī)構(gòu)是牽引部的組成部分；電控箱、電動機(jī)、控制以及保護(hù)裝置是電子系統(tǒng)的組成部分；冷卻噴霧系統(tǒng)、機(jī)外油管組、拖纜裝置以及調(diào)高油缸是輔助裝置的組成部門。上面所提到的四個子系統(tǒng)中，采煤機(jī)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)不管是受到哪一個的故障影響，都無法繼續(xù)運(yùn)行，所以，上面所提到的四個子系統(tǒng)是串聯(lián)組成系統(tǒng)可靠性模型的重要條件；每一個子系統(tǒng)的任何一個單元出現(xiàn)故障或者問題，都能夠造成該子系統(tǒng)出現(xiàn)故障，因此，該系統(tǒng)中的所有單元是串聯(lián)組成每個子系統(tǒng)的重要因素。

2.2 煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性分析

在可靠性分析產(chǎn)品子系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，可靠性消息、故障模式以及故障之間的傳播關(guān)系等都可以有效得出，通過這樣的方式，對于產(chǎn)品子系統(tǒng)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)就會有全面地認(rèn)識，從而在設(shè)計、管理和故障斬斷產(chǎn)品的過程奠定堅實的基礎(chǔ)。通常情況下，在大量煤塵和含有瓦斯的狹窄工作空里采煤機(jī)進(jìn)行割煤，在工作條件十分惡劣的環(huán)境下，煤層截割阻力是會不斷變化的，在煤層中會存在一些較硬的包裹體、頂板巖石都有可能會落到截割機(jī)構(gòu)上，采煤機(jī)的可靠性都會因此而受到一定程度的影響。

例如，通過對某個采煤機(jī)的現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行計算，求出整機(jī)及其各子系統(tǒng)的有效度；求得采煤機(jī)關(guān)鍵子系統(tǒng)，分析判斷其發(fā)生故障的主要部位。根據(jù)對此子系統(tǒng)的相關(guān)調(diào)查與理論分析，建立子系統(tǒng)可靠性仿真模型，根據(jù)仿真結(jié)果判斷其主要故障元件，并對該主要故障元件進(jìn)行模糊故障樹分析，查找發(fā)生故障的主要原因。通過建立和分析子系統(tǒng)模糊故障診斷的可靠性模型，為采煤機(jī)子系統(tǒng)的故障診斷及維修工作提供一種科學(xué)、可行的新方法。

2.3 關(guān)于煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計及指標(biāo)分析

煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計是煤機(jī)產(chǎn)品可靠性的來源。煤機(jī)產(chǎn)品是一個較為復(fù)雜的科技產(chǎn)品，需要高新科學(xué)技術(shù)的支持，它的設(shè)計和革新要依傍于廣大科研人員。過去的科研人員對煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計需要很多高精端的零部件，其造價昂貴不提，而且還很難成功。目前對煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性設(shè)計研究就是針對這些問題，從節(jié)約成本、提升可靠性以及降低零件組合的復(fù)雜度入手，從而針對設(shè)計理念對可靠性進(jìn)行重新分配，其分配原則有如下幾點(diǎn)：（1）按重要程度分配可靠度；（2）按復(fù)雜程度分配可靠度；（3）按技術(shù)水平、任務(wù)情況等的綜合指標(biāo)分配可靠度；（4）按相對故障率分配可靠度。各部分有了明確的可靠性指標(biāo)后，根據(jù)不同計算準(zhǔn)則，進(jìn)行零件的設(shè)計計算。

2.4 煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性管理

可靠性管理是為確定和滿足元件或系統(tǒng)的可靠性要求所進(jìn)行的一系列組織、計劃、規(guī)劃、控制、協(xié)調(diào)、監(jiān)督、決策等活動和功能的管理。它是保證產(chǎn)品可靠性達(dá)到預(yù)期指標(biāo)的組織管理措施?？煽啃怨芾戆ǎ航M織可靠性質(zhì)量保證系統(tǒng)；規(guī)定要管理的任務(wù)和有關(guān)部門和負(fù)責(zé)人員的職責(zé)；指導(dǎo)、檢查和督促分擔(dān)任務(wù)的協(xié)作單位的可靠性工作；制訂可靠性計劃并檢查督促計劃的執(zhí)行。在可靠性質(zhì)量保證系統(tǒng)中，每個部門承擔(dān)必要的可靠性任務(wù)，例如，設(shè)計部門所承擔(dān)的可靠性任務(wù)有：根據(jù)所要求的可靠性指標(biāo)確定環(huán)境條件；制定本系統(tǒng)的可靠性任務(wù)書；確定對所用元件、器件、材料、工藝的可靠性要求；進(jìn)行可靠性分配和預(yù)測；進(jìn)行故障樹分析和故障模式、效應(yīng)及致命度分析；尋找產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)，在設(shè)計上采取措施，以提高薄弱環(huán)節(jié)的可靠性；對產(chǎn)品的零件、部件進(jìn)行應(yīng)力-強(qiáng)度分析，采取環(huán)境保護(hù)（如減振、恒溫）措施；對材料和加工精度提出恰當(dāng)?shù)囊?，保證零件、部件和產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可靠；確定元件、器件的降負(fù)荷因子；進(jìn)行熱設(shè)計，使整機(jī)的局部溫升不致過高；進(jìn)行邊緣設(shè)計，保證產(chǎn)品的性能可靠性；查明所用元件、器件、材料的保險期，制訂恰當(dāng)?shù)木S修、更新方案；在各個設(shè)計階段結(jié)束時進(jìn)行設(shè)計評審。

3 提高煤機(jī)產(chǎn)品整機(jī)可靠性的途徑

3.1 在現(xiàn)有煤機(jī)產(chǎn)品基礎(chǔ)上，對失效頻率較高的零部件進(jìn)行失效分析

在設(shè)計改進(jìn)系統(tǒng)或設(shè)備時，要盡量全面了解原有系統(tǒng)、生產(chǎn)環(huán)境和維修的長期運(yùn)行歷史記錄，建立產(chǎn)品可靠性模型并且根據(jù)零部件的可靠度對歷次重大的失效和故障現(xiàn)象進(jìn)行深入分析，找出各種故障隱患的所在，在設(shè)計中改進(jìn)和消除這些隱患以提高采煤機(jī)的可靠性。

3.2 關(guān)鍵零部件專業(yè)化生產(chǎn)

煤機(jī)產(chǎn)品整機(jī)的可靠性取決于關(guān)鍵零部件的可靠性程度，通過與國外先進(jìn)設(shè)備的比較，國外煤機(jī)產(chǎn)品的優(yōu)勢主要集中在兩點(diǎn)，一是關(guān)鍵零部件的使用壽命；二是整機(jī)智能化水平。為此，提高關(guān)鍵零部件的可靠性對于整機(jī)可靠性的提高的尤為重要。但是，由于煤機(jī)產(chǎn)品小批量生產(chǎn)的特點(diǎn)，很多企業(yè)忽略對產(chǎn)量小的個別零部件進(jìn)行技術(shù)攻關(guān)和生產(chǎn)，導(dǎo)致長期以來關(guān)鍵零部件的使用壽命一直是制約煤機(jī)產(chǎn)品可靠性的重要因素。而煤機(jī)產(chǎn)品關(guān)鍵零部件可靠性的提高依賴于零部件的標(biāo)準(zhǔn)化和專業(yè)化制造，亟待形成關(guān)鍵零部件的專業(yè)化配套廠家，通過加大技術(shù)投入和專業(yè)化生產(chǎn)制造為國內(nèi)煤機(jī)產(chǎn)品提供高壽命關(guān)鍵零部件，從而逐步提高國內(nèi)煤機(jī)產(chǎn)品的整體水平。

3.3 CAD及CAE有限元分析技術(shù)的應(yīng)用

目前，大功率采煤機(jī)、強(qiáng)力液壓支架的研制均采用CAD、CAE有限元分析技術(shù)。世界著名的綜采生產(chǎn)廠商德國艾柯夫和美國的JOY公司都建立了采煤機(jī)整機(jī)受力分析模型，并采用CAD三維仿真動態(tài)可視化設(shè)計、有限元分析等現(xiàn)代化設(shè)計方法完成整機(jī)和零部件的干涉分析、受力分析、強(qiáng)度計算和結(jié)構(gòu)設(shè)計。利用數(shù)字化手段不僅能縮短研發(fā)時間，而且在產(chǎn)品制造之前能預(yù)測產(chǎn)品性能，完善產(chǎn)品機(jī)構(gòu)，保障產(chǎn)品設(shè)計的可靠性。并以經(jīng)驗校正現(xiàn)有產(chǎn)品有限元模型，逐步實現(xiàn)模擬各種工況，優(yōu)化參數(shù)選擇，為新結(jié)構(gòu)的設(shè)計提供理論依據(jù)和技術(shù)保障。

3.4 人是關(guān)鍵

在每個項目的實施過程中，人是起關(guān)鍵作用的?？茖W(xué)技術(shù)是由科研人員所研發(fā)出來的，我們不能忽略人類才是科學(xué)技術(shù)前進(jìn)的最終來源和推動動力。因此可以說，煤炭市場機(jī)械產(chǎn)品的競爭，歸根到底其實就是人的競爭。建立先進(jìn)技術(shù)人才引進(jìn)機(jī)制，吸引有能力的設(shè)計人員，創(chuàng)造優(yōu)秀人才發(fā)展平臺，使其能快速的開展業(yè)務(wù)并取得成果。再者，每年對新招聘的員工進(jìn)行有針對性的培訓(xùn)，讓他們少走彎路，并能站在前人的肩膀上開展工作，完成對產(chǎn)品的改進(jìn)。另外，要為員工創(chuàng)造公平的發(fā)展環(huán)境，調(diào)動大家工作、創(chuàng)新的積極性，變被動為主動，更有效地開展工作。

3.5 協(xié)調(diào)攻關(guān)，加強(qiáng)交流

由于受資金、技術(shù)、人員的局限，煤機(jī)企業(yè)僅靠自身的力量很難完成技術(shù)攻關(guān)，所以必須要協(xié)調(diào)相關(guān)系統(tǒng)進(jìn)行聯(lián)合攻關(guān)。在攻關(guān)不能滿足急需時，要直接引進(jìn)國外部分材料和零部件，以保證整機(jī)產(chǎn)品的可靠性。同時，要進(jìn)一步開展國際技術(shù)交流，如采取多種方式合作制造、購買專利等直接獲得國外先進(jìn)技術(shù)，大力爭取國內(nèi)產(chǎn)品打入國際市場；派出有真才實學(xué)的技術(shù)人員出國留學(xué)、訪問，及時吸取國外最先進(jìn)的技術(shù)，掌握國外發(fā)展趨勢、瞄準(zhǔn)國外采煤機(jī)發(fā)展方向努力攻關(guān)，使我國研制采煤機(jī)的水平在短期內(nèi)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

4 結(jié)束語

產(chǎn)品的可靠性就是企業(yè)未來的核心競爭力，我國的煤炭年產(chǎn)量占世界的1/3，煤機(jī)產(chǎn)品的重要性尤為突出，相信提高煤機(jī)產(chǎn)品的可靠性將使我國采煤機(jī)械的質(zhì)量更為優(yōu)良，適應(yīng)范圍更廣，效率更高，從而使我國采煤機(jī)械的技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。

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