起重機(jī)的可靠性分析

蔡劍

中船綠洲鎮(zhèn)江船舶輔機(jī)有限公司 江蘇鎮(zhèn)江 212006

1 起重機(jī)可靠性的內(nèi)涵包括無(wú)故障性、耐久性和保全性

無(wú)故障性是表征起重機(jī)在一定的使用時(shí)間內(nèi)，保持無(wú)故障正常作業(yè)的質(zhì)量特性；耐久性表征起重機(jī)在規(guī)定的技術(shù)保養(yǎng)和修理?xiàng)l件下，保持正常工作能力，直到極限狀態(tài)的質(zhì)量特性；保全性是表征起重機(jī)在保存和運(yùn)輸過(guò)程中以及過(guò)程之后，保持起重機(jī)無(wú)故障性、耐久性等能力的質(zhì)量特性。

2 起重機(jī)及其零部件的可靠性指標(biāo)

起重機(jī)及其零部件的可靠性指標(biāo)如下：

2.1 首次故障前平均工作時(shí)間

其中n--投入試驗(yàn)的起重機(jī)臺(tái)數(shù)

r--出現(xiàn)首次故障時(shí)試驗(yàn)的起重機(jī)臺(tái)數(shù)

ti--第i臺(tái)起重機(jī)出現(xiàn)首次故障前的累計(jì)工作時(shí)間

tj--試驗(yàn)截止時(shí)間內(nèi)未出現(xiàn)故障的第j臺(tái)起重機(jī)累計(jì)工作時(shí)間

2.2 平均無(wú)故障工作時(shí)間

N---起重機(jī)在使用期間內(nèi)的故障數(shù)總和

2.3 可靠度

其中f（t）---故障概率概率密度函數(shù)

2.4 有效度（作業(yè)率）

其中T0---起重機(jī)工作時(shí)間

T1---起重機(jī)不工作時(shí)間，包括維修、保養(yǎng)時(shí)間

起重機(jī)零件可靠度目標(biāo)值與零件在作業(yè)中的安全重要程度有關(guān)。起重機(jī)零件一般分為兩類(lèi)，零件失效導(dǎo)致重大事故的屬第一類(lèi)，零件失效會(huì)引發(fā)重大事故的屬第二類(lèi)。

第一類(lèi)零件（如起升機(jī)構(gòu)中的軸、齒輪以及鋼絲繩、卸扣、吊鉤、油缸等）可靠度目標(biāo)值為：[R]=0.9999

第二類(lèi)零件（如運(yùn)行和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中的傳動(dòng)零件）可靠度目標(biāo)值為：[R]=0.99。

3 起重機(jī)可靠性預(yù)測(cè)、改進(jìn)

在起重機(jī)設(shè)計(jì)階段，需要預(yù)測(cè)起重機(jī)的可靠性。如果給定起重機(jī)可靠度的目標(biāo)值，必須在設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)起重機(jī)的組成部分進(jìn)行可靠性分配，以滿(mǎn)足整機(jī)可靠性要求。在不能滿(mǎn)足可靠性要求的情況下，必須采取措施，改進(jìn)和提高起重機(jī)的可靠性。

3.1 可靠性預(yù)測(cè)

起重機(jī)可視為由多個(gè)相互獨(dú)立的部分構(gòu)成的串聯(lián)系統(tǒng)。串聯(lián)系統(tǒng)的特點(diǎn)是：系統(tǒng)中任何一個(gè)子系統(tǒng)或元件的失效都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)失效。串聯(lián)系統(tǒng)系統(tǒng)可靠度可表示為：

其中Rs（t）---整機(jī)或機(jī)構(gòu)在時(shí)間t的可靠度

Ri（t）---第I個(gè)子系統(tǒng)或元件在時(shí)間t的可靠度

n---子系統(tǒng)或元件數(shù)

由于壽命不同、失效的模式可能不同，這樣的子系統(tǒng)或元件組成的系統(tǒng)，其故障概率服從指數(shù)分布見(jiàn)下式：

3.2 可靠性的改進(jìn)

串聯(lián)系統(tǒng)可靠度Rs等于各元件可靠度Ri的乘積，由于可靠度是恒小于1的數(shù)值，因此系統(tǒng)可靠度恒低于系統(tǒng)中元件可靠最小值，即Rs≤minRi。為了提高整機(jī)或機(jī)構(gòu)的可靠度Rs，必須避免在系統(tǒng)中存在最薄弱環(huán)節(jié)，各部份均需采用優(yōu)質(zhì)零部件，提高各元件總體的可靠度。因此起重機(jī)的生產(chǎn)過(guò)程中，必須采用質(zhì)量更好、可靠度更高的電氣設(shè)備及機(jī)械零部件和結(jié)構(gòu)件。

起重機(jī)采用并聯(lián)系統(tǒng)，僅當(dāng)并聯(lián)的元件全部失效后，系統(tǒng)才會(huì)失效，并助系統(tǒng)的可靠度高于并聯(lián)元件的可靠度，即Rs＞maxRi，此部份的可靠度可顯著提高，從而使得整個(gè)系統(tǒng)的可靠度大幅提高。但采用并聯(lián)系統(tǒng)將會(huì)增加起重機(jī)的成本，因此通常僅在起重機(jī)中特別薄弱環(huán)節(jié)才采用并聯(lián)系統(tǒng)。

降低負(fù)荷使用，增加安全儲(chǔ)備是降低故障率、提高系統(tǒng)系統(tǒng)可靠性的有效途徑。通常起重機(jī)材料許用的安全系數(shù)為1.5倍，在進(jìn)行設(shè)計(jì)時(shí)，可將安全系數(shù)提高到2倍，甚至于更高一些。原動(dòng)機(jī)的功率儲(chǔ)備，液壓或電氣元件的容量?jī)?chǔ)備可適當(dāng)加大。但這些參數(shù)的加大，可能會(huì)使成本增加。在具體設(shè)計(jì)中，二者均需考慮，使起重機(jī)的可靠性和經(jīng)濟(jì)性均處于合理的水平上[1]。

起重機(jī)通常由人來(lái)操縱，起重機(jī)作業(yè)的可靠性決定于人-機(jī)系統(tǒng)的可靠性，也即是人的可靠性和起重機(jī)自身的可靠性的乘積。

Rs（t）=Rh（t）·Rm（t）

其中Rs（t）---人-機(jī)系統(tǒng)在時(shí)間t的可靠度

Rs（t）---人在時(shí)間t的操作可靠度

Rs（t）---起重機(jī)在時(shí)間t的自身可靠度

從上式中可以看出，提高操作者的素質(zhì)和操作能力，減少操作差錯(cuò)，同時(shí)改進(jìn)起重機(jī)的固有可靠性，才能保證起重機(jī)的作業(yè)可靠性。

4 起重機(jī)零部件可靠性計(jì)算

零部件強(qiáng)度可靠度按下式計(jì)算：

其中Z---單位時(shí)間內(nèi)載荷過(guò)程穿越平均載荷線的平均數(shù)

Sl，SS---分別為載荷和的標(biāo)準(zhǔn)差（kN）

t---零部件工作時(shí)間，一般情況下，取為壽命目標(biāo)值

C0---系數(shù)

如果計(jì)算結(jié)果R1（t）≥[R]

則滿(mǎn)足可靠度目標(biāo)值的設(shè)計(jì)要求。