基于可靠性的斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

成滿紅

【摘要】伴隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，我國的斗輪機(jī)加工制造產(chǎn)業(yè)也已經(jīng)有了大規(guī)模的發(fā)展。但是，我國目前的機(jī)械工程可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)與國外的發(fā)展水平差距較大。由于我國的機(jī)械工程可靠性研究起步較晚，所以對(duì)于相關(guān)的技術(shù)積累和經(jīng)驗(yàn)還有很大的不足，這樣就造成我國目前機(jī)械工程產(chǎn)品可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)往往是摸著石頭過河，還處于探索階段。盡管我國的斗輪機(jī)發(fā)展水平較高，但是斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)可靠性還存在很多方面的問題，所以為了有效的解決斗輪機(jī)的可靠性，進(jìn)一步提高我國斗輪機(jī)制造產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，本文針對(duì)斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行研究。

【關(guān)鍵詞】斗輪機(jī) 產(chǎn)品可靠性 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)

斗輪機(jī)在設(shè)計(jì)和制造的過程中，由于工藝水平、制造方法等方面存在的問題，無法保證可靠性。為了能夠有效的提高斗輪機(jī)的可靠性，并且進(jìn)一步優(yōu)化斗輪機(jī)的結(jié)構(gòu)，必須在不斷改進(jìn)加工制造工藝和技術(shù)的同時(shí)，進(jìn)一步針對(duì)斗輪機(jī)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，從而有效的提高斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化的效果。

一、斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)

斗輪機(jī)能夠在施工之中形成高效率的連續(xù)裝卸的機(jī)械，在目前現(xiàn)代化的建設(shè)中應(yīng)用非常廣泛，并且主要用于裝卸礦石、煤炭、礦砂、糧食、耐火材料、化工原料等大量的散狀物材料。斗輪機(jī)的主要工作原理就是連續(xù)取料，并且通過帶式傳輸送機(jī)進(jìn)行連續(xù)堆料，實(shí)現(xiàn)有軌式的裝卸機(jī)械化操作。斗輪機(jī)是在散狀物料儲(chǔ)料場內(nèi)部的專用機(jī)械，并且能夠與卸車機(jī)、帶式傳輸及、裝船機(jī)進(jìn)行相互的配合，從而極大的提高機(jī)械生產(chǎn)效率。由于斗輪機(jī)的作業(yè)方式具有很強(qiáng)的規(guī)律性，所以能夠通過手動(dòng)、半自動(dòng)、自動(dòng)的方式來控制斗輪機(jī)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化運(yùn)行。

斗輪機(jī)主要結(jié)構(gòu)包括斗輪機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、帶式輸送機(jī)、行走臺(tái)車、尾車以及俯仰鋼結(jié)構(gòu)。其中斗輪機(jī)構(gòu)是斗輪機(jī)的重要部件，斗輪結(jié)構(gòu)能夠進(jìn)行取料操作，并且實(shí)現(xiàn)都輪驅(qū)動(dòng)裝置。俯仰鋼結(jié)構(gòu)是斗輪機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)，也是整個(gè)斗輪機(jī)的受力點(diǎn)，所以斗輪機(jī)的可靠性運(yùn)行必須要保證俯仰鋼結(jié)構(gòu)的安全穩(wěn)固。由于整機(jī)運(yùn)行的過程中，斗輪機(jī)的臂架回轉(zhuǎn)、俯仰鋼結(jié)構(gòu)能夠使得散料堆積成梯型斷面，所以在取料的過程中必須利用臂架回轉(zhuǎn)以及斗輪旋轉(zhuǎn)進(jìn)行連續(xù)運(yùn)行，才能有效實(shí)現(xiàn)物料裝卸，從而反向運(yùn)行到臂架帶式輸送機(jī)上面，然后通過巨大的漏斗將物料卸載到輸送機(jī)上，從而完成連續(xù)性取料工作。

二、斗輪機(jī)俯仰鋼結(jié)構(gòu)的可靠性優(yōu)化

對(duì)于斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)來說，最主要的目的就是提高機(jī)械化設(shè)計(jì)與機(jī)械可靠性相結(jié)合，從而有效的提高斗輪機(jī)的穩(wěn)定性能。通過將兩種先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念相結(jié)合，能夠有效的補(bǔ)充單純機(jī)械化設(shè)計(jì)存在的不定量的問題，并且保證機(jī)械化設(shè)計(jì)與機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)符合最優(yōu)效果。通過現(xiàn)代理論知識(shí)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并且能夠通過可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)來代替?zhèn)鹘y(tǒng)安全壽命的可行性設(shè)計(jì)，這樣也能夠極大的促進(jìn)斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，并且實(shí)現(xiàn)安全和效益水平相互促進(jìn)的結(jié)果。為了能夠促使斗輪機(jī)在作業(yè)中實(shí)現(xiàn)靈活的俯仰以及水平旋轉(zhuǎn)，必須要重點(diǎn)加強(qiáng)對(duì)于斗輪機(jī)俯仰鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化與設(shè)計(jì)。斗輪機(jī)的俯仰鋼結(jié)構(gòu)是斗輪機(jī)關(guān)鍵的受力點(diǎn)，所以對(duì)于斗輪機(jī)來說，俯仰鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化是核心重點(diǎn)。為了能夠有效的保證斗輪機(jī)安全可靠的運(yùn)行，必須保證俯仰鋼結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力小于可靠性許用應(yīng)力。通過這樣的方式，對(duì)于俯仰鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行充分的設(shè)計(jì)優(yōu)化，并且通過相關(guān)的公式進(jìn)行計(jì)算，能夠獲得俯仰鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化參數(shù)。但是這個(gè)參數(shù)并不固定，而是具有離散的隨機(jī)變量。通過簡單有效的分析，根據(jù)計(jì)算的結(jié)果與設(shè)計(jì)變量之間的結(jié)果進(jìn)行比較。如果計(jì)算結(jié)果非常接近，說明俯仰鋼結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)符合標(biāo)準(zhǔn)。除了這一方面，最重要的還是針對(duì)變差系數(shù)來明確材料強(qiáng)度、作用符合、結(jié)構(gòu)尺寸等方面的參數(shù)，從而確保俯仰鋼結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)特征更加的規(guī)范。

通過水平臂架以及立柱截面尺寸和前拉桿、平衡重拉桿、撐桿的截面積作為變量，利用目標(biāo)函數(shù)，來求得俯仰鋼結(jié)構(gòu)自重最輕、鋼結(jié)構(gòu)體積最小的情況，表達(dá)式為構(gòu)件截面積與相對(duì)應(yīng)的長度乘積。如果在設(shè)計(jì)優(yōu)化的過程中考慮斗輪機(jī)的俯仰鋼結(jié)構(gòu)邊界尺寸約束條件，同時(shí)為了保證制造工藝、避免俯仰鋼結(jié)構(gòu)出現(xiàn)銹蝕、變形的問題，那么鋼板的厚度應(yīng)該在6mm之上。為了能夠有效的保障軋制效果、機(jī)械性能以及焊接性能，必須要保證鋼板的厚度在20mm之內(nèi)。否則鋼板太厚無法實(shí)現(xiàn)軋制效果，機(jī)械性能和焊接質(zhì)量會(huì)降低。通過局部穩(wěn)定性約束，斗輪機(jī)的俯仰鋼結(jié)構(gòu)水平臂架采用了雙工字型結(jié)構(gòu)，并且立柱采用雙箱型組合梁，這樣能夠保證俯仰鋼結(jié)構(gòu)同時(shí)承受壓力和彎矩，實(shí)現(xiàn)組合變形。但是斗輪機(jī)兩側(cè)的立柱會(huì)受到力的相互作用而抵消力量，所以俯仰鋼結(jié)構(gòu)所受的約束條件可以忽略不計(jì)。同時(shí)為了滿足整體的穩(wěn)定性必須保證工字型組合梁的高度、寬度、厚度之比符合相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)。

三、提高斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化在斗輪機(jī)中的應(yīng)用

（一）完善斗輪機(jī)制造過程中的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)

為了能夠更好的實(shí)現(xiàn)斗輪機(jī)設(shè)計(jì)的可靠性優(yōu)化，所以必須要針對(duì)斗輪機(jī)制造過程中的可靠性進(jìn)行優(yōu)化，一方面，在斗輪機(jī)加工的過程中通過對(duì)于斗輪機(jī)進(jìn)行可靠性控制，從而更好的提高機(jī)械零部件的質(zhì)量。在這一環(huán)節(jié)之中，必須要依托可靠性進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，進(jìn)一步利用機(jī)械零部件的材質(zhì)、加工精度等方面來不斷的提高設(shè)計(jì)制造工藝，從而快速的增強(qiáng)加工制造優(yōu)化的效率，并且有效的提高斗輪機(jī)的可靠性。另一方面，在斗輪機(jī)進(jìn)行加工制造的過程中，必須要選擇合適的結(jié)構(gòu)以及流程，從而最大程度的保證斗輪機(jī)各個(gè)零部件之間的質(zhì)量都能夠有所提升，這樣也能夠全面的增強(qiáng)斗輪機(jī)制造過程中的統(tǒng)一性。在針對(duì)斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化的同時(shí)，必須結(jié)合相關(guān)的加工設(shè)備、加工材料的可靠性優(yōu)化，這樣才能夠保證對(duì)于斗輪機(jī)可靠性設(shè)計(jì)優(yōu)化的同時(shí)，更能夠增添出一種既符合設(shè)計(jì)要求，又能夠提升質(zhì)量的產(chǎn)品。此外，利用斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化過程中針對(duì)各個(gè)子系統(tǒng)進(jìn)行的優(yōu)化，也能夠更好的通過合理的方式來進(jìn)行斗輪機(jī)的加工和升級(jí)，進(jìn)一步改進(jìn)產(chǎn)品優(yōu)化的可靠性。針對(duì)常規(guī)的斗輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程中，由于很多的約束條件比較落后，并且無法明確安全程度，在這種情況下，通過采用安全程度不確定許用應(yīng)力，盡管已經(jīng)成為了機(jī)械可靠性廣泛采用的方法，但是卻無法有效的針對(duì)參數(shù)隨機(jī)性與離散性兩個(gè)因素進(jìn)行分析，所以為了能夠保證斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)安全正常的運(yùn)行，必須加強(qiáng)對(duì)于工作應(yīng)力。通過可靠性理論，由于結(jié)構(gòu)強(qiáng)度值與應(yīng)力值具有離散性的特點(diǎn)，所以比保證兩個(gè)應(yīng)力強(qiáng)度在一定情況下可能相交，并且結(jié)構(gòu)強(qiáng)度要高于工作應(yīng)力。從而進(jìn)一步提高現(xiàn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)的不足之處。為了能夠有效地完善斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)與優(yōu)化方案，使得我們急需建立基于可靠性的斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)數(shù)學(xué)模型，在不考慮是參數(shù)隨機(jī)性與離散性設(shè)計(jì)結(jié)果的情況下，不能定量的反映出可靠度的不足之處。通過這樣的方式，巧妙的總結(jié)了簡單實(shí)用的新概念，有效的提高了可靠性的許用應(yīng)力，從而將可靠性設(shè)計(jì)巧妙地引入機(jī)械優(yōu)化設(shè)計(jì)中。

（二）提高斗輪機(jī)使用與維護(hù)的可靠性優(yōu)化

對(duì)于斗輪機(jī)來說，恰當(dāng)?shù)木S護(hù)以及使用能夠有效的保證斗輪機(jī)的使用更加有效，通過提高斗輪機(jī)使用與維護(hù)的可靠性優(yōu)化，能夠保證斗輪機(jī)的使用壽命得到極大的提高，所以在這種情況下，必須要針對(duì)斗輪機(jī)的設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)，在使用的過程中更要嚴(yán)格的遵守機(jī)械設(shè)備的相關(guān)操作規(guī)范，并且重點(diǎn)對(duì)斗輪機(jī)設(shè)備進(jìn)行保養(yǎng)，如果發(fā)現(xiàn)問題需要及時(shí)的處理，這樣才能夠有效的提高斗輪機(jī)可靠性。在進(jìn)行維修的過程中應(yīng)該利用邏輯分析法來針對(duì)斗輪機(jī)的產(chǎn)品進(jìn)行科學(xué)、合理的優(yōu)化，并且更好的針對(duì)斗輪機(jī)的使用壽命進(jìn)行延長，從而有效的提升維修的效率，并且，進(jìn)一步針對(duì)斗輪機(jī)維護(hù)過程中的具體操作進(jìn)行有效的制度制定，從而增強(qiáng)相關(guān)的操作符合標(biāo)準(zhǔn)，更好的提高相關(guān)維護(hù)工作人員的素質(zhì)，有效的提高斗輪機(jī)的使用效果，進(jìn)一步提高斗輪機(jī)使用與維護(hù)的可靠性優(yōu)化?；谶@樣的結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)目的，能夠進(jìn)一步積極探索機(jī)械化設(shè)計(jì)與機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)相結(jié)合的效果。通過這兩種先進(jìn)的設(shè)計(jì)思路，能夠有效地彌補(bǔ)單純機(jī)械化設(shè)計(jì)不定量的產(chǎn)品可靠度效果研究，通過斗輪機(jī)機(jī)構(gòu)的安全使用規(guī)范，也能夠有效的保證相關(guān)的設(shè)計(jì)方案更加的靈活。從而進(jìn)一步提高斗輪機(jī)在作業(yè)的過程中實(shí)現(xiàn)靈活俯仰以及水平旋轉(zhuǎn)，更好的滿足穩(wěn)定、連續(xù)的工作效果。

四、結(jié)論

本文通過對(duì)于斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)要點(diǎn)進(jìn)行全面的分析，能夠更好的加強(qiáng)斗輪機(jī)良品率，從而有效的提升我國斗輪機(jī)的可靠性，減少成本，獲得更多的經(jīng)濟(jì)效益。針對(duì)斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)存在的問題進(jìn)行分析，并且針對(duì)性的提出了強(qiáng)化斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)的水平、完善斗輪機(jī)制造過程中的可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)以及提高斗輪機(jī)使用與維護(hù)的可靠性優(yōu)化全過程的斗輪機(jī)可靠性優(yōu)化設(shè)計(jì)方案，進(jìn)一步促進(jìn)斗輪機(jī)可靠性的優(yōu)化。

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