浅议机械可靠性维修性优化设计方法与应用
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一
环 境 影响 ， 例如 装 配 、运 输 时的 冲击 ， 振动 影 响， 存 时的 温度 、湿 度 、霉 贮 菌 等影 响， 用时 的气 候、沙 尘振 动等 影响 。因此 ， 使 必须 慎重 选择 设计 方案， 采 取必 要 的保 护措 施， 减少 或 消除 有 害环境 的 影 响。具 体地 讲， 在条 件 允许 时， 应在小 范围 内为所 设计 的零部 件创造 一个 良好 的工作环 境条 件， 或人为地 改变对 产 品可 靠 性不 利 的环 境 因素 。在无 法 对所 有 环境 条 件进 行人 为 控制 时， 在设 计方 案 、材料 选择 、表 面 处理 、涂层 防 护等 方 面采 取措 施，以提 高 机 械 零 部件 本 身环 境 抗 性 的能 力 。 ３３ 人机 结合 设计 ． 人机结合 设计 的 目的是 为减少使用 中人的 差错， 发挥人 和机器 各 自的特 点 以提 高机 械产 品的 可靠 性 。 当然 ， 为差 错 除 了人 自身 的 原 因外， 纵 台 、 人 操 控 制及 操纵环 境 等也 与人 的误操 作 有密 切的 关系 。因此 ， 人机 工程 设计 是要 保 证系 统 向人 传达 的住 处的可 靠性 。例 如， 示系统 不仅显 示器 靠， 指 而且显 示 的方 式 、显示器 的配置 等 都使人 易 于无 误 地接 受 ； 控制 、操 纵系 统可 靠， 不 仅 仪器 及机械 有 满意 的精 度， 且适 于人 的使用 习惯 ， 于识别 操作， 而 便 不易 出 错。 与安全 有 关 的， 更应 有 防误 操作 设计 ］ 。 ３４ 安 全降额 设计 ． 降额 设计 是使零 部件 的使用 应力 低于其 额定 应力 的一种 设计方 法 。降额 设计可 以通过 降低 零件承 受 的应力 或提 高零件 的强度 的办 法来实 现 。一般 来 说大多 数机械 零件 在低于 额定 承载应 力条件 下工 作时， 其故 障率 较低， 可靠 性 较高 。为 了找到 最佳 降额 值， 需做大 量 的试验 研究 。当机 械 零部件 的载 荷应 力以及承 受这些应 力的具体 零部 件的强度 在某一 范围 内呈 不确定分 布时， 以 可 采用提 高平 均 强度 、降低平 均应 力， 减少 应力 变化 和减 少强度 变化 等方 法来 提高可靠性 。 结语 随着现 代科 学技术 的发 展和对产 品质量 要求的 日益提高， 可靠 性逐步成 为 科学和 工程 中一个 非常 重要 的概念 。机械 结构 的可靠 性及 其设计 直接 决定 了 机械 结构 的可靠度 ， 国的工程机 械产 品要 提高竞 争力， 我 首先 应从提 高 其机 械 可靠性 和使 用寿 命进行研 究 ， 整个产 品 的生命周 期 内， 在 运用 全生命 周期设 计 方法 来推动 我 国机 械行 业 的发展， 降低 能耗， 高性能 ， 提 以此 增加 国际竞 争力 。 在进 行机械 可靠 性设计 时， 要确 定机械 可靠 性设计 应遵 循的 原则， 然后根据 机 械产 品 的具体 情况 制定流 程 、方案 ， 照步 骤一 步一 步 的完成 整个设 计和 制 按
１２ 售 后服务 领域 的 问题 ． 在售后服 务方 面， 各机械 制造 商都 建立 了 自己的营销 网络， 是大 多片面 但 地追 求形 式， 真正 具备完 善售 后服 务功 能的 网点较 少 ： 很多售 后维 修站 徒有虚 名， 能发挥 的 作用 极其 有限 。再 者， 销售和 售 后服务 脱 节也相 当普 遍， 维修服 务不 到位 ， 用户 得不到 专业 设备 的使用 指 导 。当设 备 出现 故障 以后 ， 不是通 过 检验 程序 判断 故障所 在， 是动 辄就解 体 、更 换部 件 ： 而 不按 操作规 程和 程序 操 作， 造成 非正 常损 坏 。用户 得不 到及 时有 效 的服 务， 机械 设备 不 能及 时修护 ， 以至 于 对 工程 的进 度 和用 户 的经 济 收入 都 造成 了负面 的 影 响。 ２机 棱构 件 的主要 失 效曩 因分 析 般来 说， 对于机 械产 品其 失效形 式主 要有 结构完 整性破 坏， 包括 产品零 部件 强 度 降低 、断裂破 坏 、疲 劳破 坏和 磨擦 损伤 等， 缩短 了机械 产 品 的使用 寿命 。对于 工程 机械 常 见失 效有 以下三 种 ： １ 材 料断 裂 。材料 或 结构 中的 （） 缺 陷， 是不 可 避免 的 。 由缺 陷 引起 断裂 所 发生 的 机械 、结 构 的失 效， 是工 程 中最重 要 、最常 见 的失 效模 式 。 ２ 疲 劳破 坏 。疲劳 破坏 是 引起 产 品构件 失 （） 效 的另 一重要 原 因。其主 要特 点是在 交变 的循 环应 力或循 环应 变作 用下材 料 发 生损 伤破 坏 。是 一个损 伤 累积 过 程 。３ 零件 磨损 。磨 损是 机械 零 件失 效 （） 的又一 主要形 式之 一 。有 许 多零件 不能继 续使 用并 不是 由于零 件 的整体被 破 坏 ， 是 由于 零件 工作 表面 的磨损 逾 限而 促使 零件 加速 失 效 ］ 而 。
１机挂 可● 性 维修 发展 现状 与 问曩 可 靠性优化 设计方法 一般 是指在常 规优化 设计方法 的基础 上， 建立 一种 全 新 的优 化 设计方 法， 将可 靠性 要求 作为追 求 的 目标 或者 约束条 件， 运用最优 化 方法 得到在 概率 意义 下的最 佳 设计 的一种 数值 计算 方法 。从工 程实 用性角 度来看 ， 可靠性优 化设 计方法 则是相 对传统 的优化 设计方法 更为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 理的设计 模 式， 其主 要特 点表现 在 明显 的更高 的设计 质量 和获 得 明显的经 济效益 ， 因此对 机械 可 靠性 的研 究 已成 为 目前 国 内外学 者研 究 的 热 点之 一 。 １１ 工程 机械 领域 的 问题 ． 在 工程机 械领 域， 国外 一直在 研究如 何提 高其 可靠性， 卡特彼 勒 的大型 如 工程机 械安装 有闭路 监视系 统 以及 超声波 后障碍 探测 系统 ， 为司机 安全作业 提 供音 频和 视频 信 号 。微 机监 控和 自动报 警 的集 中润滑 系统 ， 大简 化 了机 器 大 的维 修程 序， 短了维 修 时间 。但对 于 国内 的机械产 品， 不少用 户都 存在着 缩 有 “ 产机 一年 不 如 一年 ”“ 产 品还 不如 老 产 品可 靠 ”这 类 的想 法 ， 充分 国 ，新 这 反映 了国产 工程 机 械产 品 的可 靠性 差 的 问题 是较 为严 重 的∞ 。 ］
初 步 的探 讨 。 ［ 关键 词】 机械 可靠 性 失 效 中图分类 号 ：Ｐ ９ Ｔ３３ 维修性 综合 优化 文献 标识码 ： Ａ
文章 编号 ：０９９ ４ （０ ０ １— １２Ｏ １０ — １Ｘ２ １） ８ ０２一 １
经过 我国这 些年 的迅 速发展 ， 国工程 机械行 业 己形 成了较 强生产能 力和 我 具有 一定规 模 的完整 体系 。工程机 械行 业 的规模 及销售 额在 机械 工业 中次于 电器 、汽 车 、石化 通用 及 农机 ， 排第 五位 ， 工程机 械 作为 重 要 的施 工生产 装 备， 在国 民经 济发 展和 国防建 设中 已具 无法替 代 的作 用 。国产 工程 机械产 量 不断增 加 ， 国内市场 不 断增大 的 同时， 工程机 械 与 国外 同类 产品相 比甚 至 国内 其它行 业产 品相 比， 性 能水平 ， 在 噪声控 制， 特别是 产 品可靠性 方面 ， 国外还 跟 有很 大 的差 距 。因此 ， 对机 械 可靠 性 设 计的 研 究具 有 十分 重要 的意义 … 。
科 学论 坛
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Ｃ ａｉｅｄｃｌ ｉ ｈ ｅ ｈｏＲｅ ｉｓｎａＴｎｇｅｗ ｎｃｃｎｅｏｙｖ
浅议 机械 可靠性维修性 优化设计方法 与应用
刘桂泉
（ 南铝业 股份有 限 公司机动 能源 部 云 云南 呈贡 ６０ ０ ） ５５ ２
［ 摘 要 】 械可 靠 性 和维 修 性是 机 械产 品 固有 属性 ， 者 共 同作用 决 定 了产 品 的可 用性 。产 品 可靠 性 和维 修 通过 制造 、使用 、维 护 来 保证 。而 随着 机 二 工程机 械在 我 国国 民经 济发 展 中地位 日益提 高， 工程机 械可 靠性维 修性 要求 也越来 越高 ， 内工程机械 产 品与 国外 同类 产 品相 比， 至与 国内其它 行业 产品相 对 国 甚 比还相 差很 远 。针对 国 内工程 机械 产 品可靠 性维 修性较 低 的现状 ， 文 以机 械产 品可 靠性 维修 性设 计方 法为 基础， 本 对研 究成果 在工 程机械 设计 中的 应用 进行 了
环 境 影响 ， 例如 装 配 、运 输 时的 冲击 ， 振动 影 响， 存 时的 温度 、湿 度 、霉 贮 菌 等影 响， 用时 的气 候、沙 尘振 动等 影响 。因此 ， 使 必须 慎重 选择 设计 方案， 采 取必 要 的保 护措 施， 减少 或 消除 有 害环境 的 影 响。具 体地 讲， 在条 件 允许 时， 应在小 范围 内为所 设计 的零部 件创造 一个 良好 的工作环 境条 件， 或人为地 改变对 产 品可 靠 性不 利 的环 境 因素 。在无 法 对所 有 环境 条 件进 行人 为 控制 时， 在设 计方 案 、材料 选择 、表 面 处理 、涂层 防 护等 方 面采 取措 施，以提 高 机 械 零 部件 本 身环 境 抗 性 的能 力 。 ３３ 人机 结合 设计 ． 人机结合 设计 的 目的是 为减少使用 中人的 差错， 发挥人 和机器 各 自的特 点 以提 高机 械产 品的 可靠 性 。 当然 ， 为差 错 除 了人 自身 的 原 因外， 纵 台 、 人 操 控 制及 操纵环 境 等也 与人 的误操 作 有密 切的 关系 。因此 ， 人机 工程 设计 是要 保 证系 统 向人 传达 的住 处的可 靠性 。例 如， 示系统 不仅显 示器 靠， 指 而且显 示 的方 式 、显示器 的配置 等 都使人 易 于无 误 地接 受 ； 控制 、操 纵系 统可 靠， 不 仅 仪器 及机械 有 满意 的精 度， 且适 于人 的使用 习惯 ， 于识别 操作， 而 便 不易 出 错。 与安全 有 关 的， 更应 有 防误 操作 设计 ］ 。 ３４ 安 全降额 设计 ． 降额 设计 是使零 部件 的使用 应力 低于其 额定 应力 的一种 设计方 法 。降额 设计可 以通过 降低 零件承 受 的应力 或提 高零件 的强度 的办 法来实 现 。一般 来 说大多 数机械 零件 在低于 额定 承载应 力条件 下工 作时， 其故 障率 较低， 可靠 性 较高 。为 了找到 最佳 降额 值， 需做大 量 的试验 研究 。当机 械 零部件 的载 荷应 力以及承 受这些应 力的具体 零部 件的强度 在某一 范围 内呈 不确定分 布时， 以 可 采用提 高平 均 强度 、降低平 均应 力， 减少 应力 变化 和减 少强度 变化 等方 法来 提高可靠性 。 结语 随着现 代科 学技术 的发 展和对产 品质量 要求的 日益提高， 可靠 性逐步成 为 科学和 工程 中一个 非常 重要 的概念 。机械 结构 的可靠 性及 其设计 直接 决定 了 机械 结构 的可靠度 ， 国的工程机 械产 品要 提高竞 争力， 我 首先 应从提 高 其机 械 可靠性 和使 用寿 命进行研 究 ， 整个产 品 的生命周 期 内， 在 运用 全生命 周期设 计 方法 来推动 我 国机 械行 业 的发展， 降低 能耗， 高性能 ， 提 以此 增加 国际竞 争力 。 在进 行机械 可靠 性设计 时， 要确 定机械 可靠 性设计 应遵 循的 原则， 然后根据 机 械产 品 的具体 情况 制定流 程 、方案 ， 照步 骤一 步一 步 的完成 整个设 计和 制 按
１２ 售 后服务 领域 的 问题 ． 在售后服 务方 面， 各机械 制造 商都 建立 了 自己的营销 网络， 是大 多片面 但 地追 求形 式， 真正 具备完 善售 后服 务功 能的 网点较 少 ： 很多售 后维 修站 徒有虚 名， 能发挥 的 作用 极其 有限 。再 者， 销售和 售 后服务 脱 节也相 当普 遍， 维修服 务不 到位 ， 用户 得不到 专业 设备 的使用 指 导 。当设 备 出现 故障 以后 ， 不是通 过 检验 程序 判断 故障所 在， 是动 辄就解 体 、更 换部 件 ： 而 不按 操作规 程和 程序 操 作， 造成 非正 常损 坏 。用户 得不 到及 时有 效 的服 务， 机械 设备 不 能及 时修护 ， 以至 于 对 工程 的进 度 和用 户 的经 济 收入 都 造成 了负面 的 影 响。 ２机 棱构 件 的主要 失 效曩 因分 析 般来 说， 对于机 械产 品其 失效形 式主 要有 结构完 整性破 坏， 包括 产品零 部件 强 度 降低 、断裂破 坏 、疲 劳破 坏和 磨擦 损伤 等， 缩短 了机械 产 品 的使用 寿命 。对于 工程 机械 常 见失 效有 以下三 种 ： １ 材 料断 裂 。材料 或 结构 中的 （） 缺 陷， 是不 可 避免 的 。 由缺 陷 引起 断裂 所 发生 的 机械 、结 构 的失 效， 是工 程 中最重 要 、最常 见 的失 效模 式 。 ２ 疲 劳破 坏 。疲劳 破坏 是 引起 产 品构件 失 （） 效 的另 一重要 原 因。其主 要特 点是在 交变 的循 环应 力或循 环应 变作 用下材 料 发 生损 伤破 坏 。是 一个损 伤 累积 过 程 。３ 零件 磨损 。磨 损是 机械 零 件失 效 （） 的又一 主要形 式之 一 。有 许 多零件 不能继 续使 用并 不是 由于零 件 的整体被 破 坏 ， 是 由于 零件 工作 表面 的磨损 逾 限而 促使 零件 加速 失 效 ］ 而 。
１机挂 可● 性 维修 发展 现状 与 问曩 可 靠性优化 设计方法 一般 是指在常 规优化 设计方法 的基础 上， 建立 一种 全 新 的优 化 设计方 法， 将可 靠性 要求 作为追 求 的 目标 或者 约束条 件， 运用最优 化 方法 得到在 概率 意义 下的最 佳 设计 的一种 数值 计算 方法 。从工 程实 用性角 度来看 ， 可靠性优 化设 计方法 则是相 对传统 的优化 设计方法 更为ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ 理的设计 模 式， 其主 要特 点表现 在 明显 的更高 的设计 质量 和获 得 明显的经 济效益 ， 因此对 机械 可 靠性 的研 究 已成 为 目前 国 内外学 者研 究 的 热 点之 一 。 １１ 工程 机械 领域 的 问题 ． 在 工程机 械领 域， 国外 一直在 研究如 何提 高其 可靠性， 卡特彼 勒 的大型 如 工程机 械安装 有闭路 监视系 统 以及 超声波 后障碍 探测 系统 ， 为司机 安全作业 提 供音 频和 视频 信 号 。微 机监 控和 自动报 警 的集 中润滑 系统 ， 大简 化 了机 器 大 的维 修程 序， 短了维 修 时间 。但对 于 国内 的机械产 品， 不少用 户都 存在着 缩 有 “ 产机 一年 不 如 一年 ”“ 产 品还 不如 老 产 品可 靠 ”这 类 的想 法 ， 充分 国 ，新 这 反映 了国产 工程 机 械产 品 的可 靠性 差 的 问题 是较 为严 重 的∞ 。 ］
初 步 的探 讨 。 ［ 关键 词】 机械 可靠 性 失 效 中图分类 号 ：Ｐ ９ Ｔ３３ 维修性 综合 优化 文献 标识码 ： Ａ
文章 编号 ：０９９ ４ （０ ０ １— １２Ｏ １０ — １Ｘ２ １） ８ ０２一 １
经过 我国这 些年 的迅 速发展 ， 国工程 机械行 业 己形 成了较 强生产能 力和 我 具有 一定规 模 的完整 体系 。工程机 械行 业 的规模 及销售 额在 机械 工业 中次于 电器 、汽 车 、石化 通用 及 农机 ， 排第 五位 ， 工程机 械 作为 重 要 的施 工生产 装 备， 在国 民经 济发 展和 国防建 设中 已具 无法替 代 的作 用 。国产 工程 机械产 量 不断增 加 ， 国内市场 不 断增大 的 同时， 工程机 械 与 国外 同类 产品相 比甚 至 国内 其它行 业产 品相 比， 性 能水平 ， 在 噪声控 制， 特别是 产 品可靠性 方面 ， 国外还 跟 有很 大 的差 距 。因此 ， 对机 械 可靠 性 设 计的 研 究具 有 十分 重要 的意义 … 。
科 学论 坛
Ｉ－ ■
Ｃ ａｉｅｄｃｌ ｉ ｈ ｅ ｈｏＲｅ ｉｓｎａＴｎｇｅｗ ｎｃｃｎｅｏｙｖ
浅议 机械 可靠性维修性 优化设计方法 与应用
刘桂泉
（ 南铝业 股份有 限 公司机动 能源 部 云 云南 呈贡 ６０ ０ ） ５５ ２
［ 摘 要 】 械可 靠 性 和维 修 性是 机 械产 品 固有 属性 ， 者 共 同作用 决 定 了产 品 的可 用性 。产 品 可靠 性 和维 修 通过 制造 、使用 、维 护 来 保证 。而 随着 机 二 工程机 械在 我 国国 民经 济发 展 中地位 日益提 高， 工程机 械可 靠性维 修性 要求 也越来 越高 ， 内工程机械 产 品与 国外 同类 产 品相 比， 至与 国内其它 行业 产品相 对 国 甚 比还相 差很 远 。针对 国 内工程 机械 产 品可靠 性维 修性较 低 的现状 ， 文 以机 械产 品可 靠性 维修 性设 计方 法为 基础， 本 对研 究成果 在工 程机械 设计 中的 应用 进行 了
