9MN提梁机液压卷扬系统的可靠性分配.pdf

2 0 1 1年7月 第 3 9卷 第 1 3期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS J u 1 ． 2 0 1 1 Vo l _ 3 9 No ． 1 3 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 3 ． 0 4 5 9 MN提梁机液压卷扬 系统的可 靠性分配 王军峰 ，孙 由啸 ，冯博，刘佳 石家庄铁路职业技术学院，河北石 家庄 0 5 0 0 4 1 摘要9 MN提梁机是铁路建设的重要设备，而液压卷扬系统又是整个提梁机的最关键部分 ，提高该系统的可靠性具 有重要意义。根据设计可靠度对该部分进行可靠性分配。实际运行情况表明，对液压卷扬系统进行可靠性分配后 ，系统的 故障明显减少，整机性能得到很大的改善 ，整个系统的可靠性大大提高。 关键词 提梁机 ；液压卷扬系统；可靠性分配 中图分类号U 4 1 7． 3 文献标识码B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 31 5 1 3 Re l i a b i l i t y Al l o c a t i o n o f Hy d r a u l i c W i n c h Co n t r o l S y s t e m o f t h e 9 M N- g a n t r y - c r a n e WANG J u n f e n g 。S U N Yo u x i a o ，F E NG B o ，L I U J i a S h i j i a z h u a n g I n s t i t u t e o f R a i l w a y T e c h n o l o g y ，S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 4 1 ，C h i n a Ab s t r a c t 9 MN g a n t r y c r an e i s a n i mp o r t a n t e q u i p me n t f o r r a i l w a y c o n s t r u c t i o n ． Hy d r a u l i c w i n c h c o n t r o l s y s t e m i s t h e mo s t c r i t i c a l p a r t o f t h e w h o l e g a n t ry- c r a n e ． I t i s s i g n i f i c a n t t o i mp r o v e t h e s y s t e m r e l i a b i l i t y ． T h e all o c a t i o n o f t h e s y s t e m r e l i a b i l i t y wa s d o n e a c c o r d i n g t o d e s i gn r e l i a b i l i t y ． Th e a c t u a l o p e r a t i o n s i t u a t i o n s h o ws t h e s y s t e m f a i l u r e r e d u c e s s i g n i f i c a n t l y ， ma c h i n e p e r f o r ma n c e i s i mp r o v e d a n d t h e r e l i a b i l i t y o f t h e wh o l e s y s t e m i s i n c r e a s e d a f t e r a l l o c a t i n g t h e r e l i abi l i t y o f t h e h y d r a u l i c wi n c h c o n tro l s y s t e m． Ke y wo r d s Ga n t r y c r ane ；Hy d r a u l i c w i n c h c o n t r o l s y s t e m；Re l i a b i l i t y a l l o c a t i o n 9 MN轮胎式提梁机的研制成功是我国高速铁路 桥梁施工技术与装备水平跃居世界前列的标志性成果 之一。可靠性分配在提梁机液压系统的设计过程中的 应用，对于保证整个系统的可靠性运行尤其是液压卷 扬系统的安全可靠工作起到了很大的作用。 1 可靠性分配概述 系统是 由零部件、子系统组成，系统的可靠性不 仅取决于组成系统零部件的可靠性 ，而且还取决于各 组成零部件的相互组合关系。在进行系统设计或改进 某一系统时，要求达到一定的可靠性指标 ，当系统的 可靠性指标确定以后 ，就存在一个如何把系统规定的 可靠度 或有效度指标合理地分配给各个单元 的 问题 ，这就是可靠性的分配⋯。 相对失效率法与相对失效概率法是一种常用的可 靠度分配法。相对失效率法是使系统中各单元的容许 失效率正比于该单元的预计失效率值，并根据这一原 则来分配系统中各单元的可靠度；相对失效概率法是 根据使系统中各单元的容许失效概率正比于该单元的 预计失效概率的原则来分配系统中各单元的不可靠度。 1 串联系统可靠度分配。串联系统的任一单 元失效都将导致系统的失效。假定各单元的工作时间 与系统的工作时间相同并取为 t ，A 为第 i 个单元 的 预计失效率 i 1 ，2 ，⋯，n ，A为由单元的预计 失效率算得的系统的失效率，则有 R e J 1 Re ‘ R 1 R 2 ⋯R 2 式中 为各单元的可靠度；R为系统的总可靠度。 由以上两式 可知 A A l A 2 ⋯ A _∑A 3 即在串联系统中，系统的失效率为各单元的失效率之 和。因此，在分配串联系统各单元的可靠度时，往往 不是直接对可靠度进行分配，而是把系统允许的失效 率或不可靠度 失效概率 合理地分配给各单元。 各单元的相对失效率为 t O A ／l∑A i 1 ， 2 ， ⋯， n 4 各单元的相对失效概率亦可表示为 n c EJ ／ 三 5 式中F 为各单元的预计失效概率 ，即不可靠度。 若系统的可靠度设计指标为 R 则系统失效率 设计指标 即容许失效率 A d 一l n R。 d／ t 6 系统的失效概率设计指标 即容许失效概率 Fs d 1 一 R 。 d 7 则系统各单元 的容许失效 率和容许 失效概率 即分配给他们的指标分别为 A d A A ／ A d 8 , A F F d F ／三F F 9 从而求得各单元分配的可靠度 为 按相对失效率法 R e x p 一 A i d t 1 0 收稿日期2 0 0 91 01 6 作者简介王军峰 1 9 8 3 一 ，男 ，硕士，助教 ，研究方向为机电控制、网络控制。E ma i l w j f 5 0 2 0 2 0 9 y a h o o ． C O n L c n 。 1 5 2- 机床与液压 第 3 9卷 按相对失效概率法 R 1 一 F 1 1 2 冗余系统可靠度分配。对于具有冗余部分 的串并联系统，通常是将每组并联单元适当组合成单 个单元 ，并将此单个单元看成是串联系统中并联部分 的一个等效单元 ，这样就用上述串联系统可靠度分配 方法，将系统容许失效率或失效概率分配给各个串联 单元和等效单元，然后再确定并联部分中每个单元的 容许失效率或失效概率。 在并联系统中，若系统的预计失效概率为F ，各 个单元的预计失效为 F i 1 ，2 ，⋯，n ，则有 F F F 2 ⋯F 1 2 如果作为代替 n个并联单元的等效单元在串联系 统中分到的容许失效概率为 F ，根据上式有 F B F l B F 2 B ⋯F B n B ,F 1 3 式中F 为第 i 个并联单元的容许失效概率。 若已知个并联单元 的预计失效概率 F i 1 ， 2 ，⋯，n ，则可以取 n 一1 个相对关系式 f F 2 B ／ F 2 Fl B ／ Fl 』 F 3B／ F 3 F 1B／ F l 1 4 l L F 相／ F Fl B ／ Fl 求解上面两式，就可求得各并联单元应该分配到的容 许失效概率 。 2 提梁机液压卷扬系统的可靠性分配 卷扬马达系统是整个提梁机液压系统中最关键的 部分，它的可靠性的高低直接关系到整个系统的可靠 性。因此，要求该系统具有很高的设计可靠度。由于 马达系统 中的元件的组成结 构 比较 复杂 ，对每一个部 件的可靠度要求也不同，因此采用相对失效率法和相 对失效概率法对马达系统进行可靠度分配。 2 ． 1 系统预计可靠度的计算 根据9 MN提梁机的动作要求，液压卷扬系统的 工作原理图设计如图 1 所示。 图 1 卷扬系统原理图 阀 第 1 3期 王军峰 等9 MN提梁机液压卷扬系统的可靠性分配 1 5 3 由提梁机液压系统图可以看出，卷扬马达系统主 要由油泵、单 向阀、多路阀、平衡阀、马达等组成 ， 它们的逻辑图如图2所示。 图2 马达系统逻辑图 该系统的设计可靠度 尺 为 0 ． 9 ，系统的大修周 期大约为 3 2 0 h 。 首先要确定的是各组成单元的预计失效率 ，为了 计算方便把相同元件取同一预计失效率 。根据实验数 据及现场运行情况口 ] ，确定各单元 的预计失效率分 别为油泵的预计失效率 A 4 ． 01 0 一；单向阀的 预计失效率 A A A 2 ． 01 0 一；多路 阀的预计 失效率 A 7 ． 51 0一；平衡 阀的预计失效率 A 3 ． 51 0 ～。根据式 1 得出各个单元的预计可靠度 分别为 ． e 一 e 一 。 。 瑚 0． 8 8 0 ，尺 尺 e- 3 ． t e一 。 。 加 0．9 3 8 e -A 3 te 一 。 瑚 0． 7 8 7 见e～4 t e一 瑚 0 ．8 9 4 然后由式 1 、 7 、 1 2 计算出系统的预计 可靠度为R0 ． 6 4 1 0 ． 9 0 R 因此该系统需要 提高单元可靠度并重新进行分配。 2 ． 2 卷扬马达系统的可靠性分配 对图2分析可知，此系统是一个具有冗余部分的 串并联系统，先要对它进行简化 ，其简化的过程如图 3所示 。 图 3 马达系统的简化逻辑图 已知系统的设计可靠度为 0 ． 9 ，则 由式 1 得 系统的容许失效率 A 。 3 ． 31 0 一。首先对图 3 C 中4个串联单元进行可靠性分配。由F t R t 1 和式 1 可知F 。 d 0 ． 1 ，F 1 0 ． 1 2 ， 0 ． 0 6 2 ， F 3 0 ． 2 1 3 ，F , 5 6 0 ． 0 1 3 ，由式 5 、 9 可求 F 1 d 0． 0 2 9 4， F2 d 0 ． 01 5 2， F3 d 0 ． 0 5 2 2， F4 5 6 d 0 ． 0 0 3 2 ，所以可以得到这 4个 串联单元 的设计可靠 度和容许失效率分别为 R d 0 ． 9 7 0 6 ，A ， 9 ． 2 3 1 0～；R2 d0 ． 9 8 4 8，A2 d4 ． 7 91 0～； R 0 ． 9 4 7 8， A3 d1 ． 6 81 0一 ；R4 5 6 d0 ． 9 9 6 8，A4 5 6 d1 ． 01 0一 。 第二步对图3 b 中的并联子系统进行可靠性分 配 ，由式 1 3 、 1 4 可得方程组 『 I F 4 F t F 4 5 6 d F 4 d F 5 6 d 解方程组得 f F 4 d 0 。 ． ． 所以这两个并联单元的设计可靠度和容许失效率 为 R 4 d 0 ． 9 4 6 8 ，A 4 d 1 ． 7 1 1 0 一；R 5 6 d 0 ． 9 3 9 8 ， A5 6 d1 ． 9 41 0一 。 第三步对图3 a 中5 ，6组成的串联系统进行可 靠性分配 ，由串联系统等分配法可得这两个串联单元 的设计可靠度和容许失效率为R R 0 ． 9 6 9 4， A5 dA 6 d9 ． 71 0一 。 到这里为止 ，已经将系统的设计可靠度全部分配 到各单元中。 将各个单元的预计失效率、预计可靠度 、容许失 效率和设计可靠度列在表 1中进行对比。 表 1 各单元的失效率、可靠度预计值和分配值对比表 预计失效率 容许失效率 预计可靠度 设计可靠度 从表 1中可以看出，要达到系统的设计可靠度必 须提高系统的各个组成单元的可靠度。为了达到这个 目的，必须从以下两个方面人手 1 选择高质量 的元件以确保具有较高的固有可靠度； 2 在元件 的使用过程中，应注意准确使用，定期保养，改善工 作环境，以保证元件具有较高的使用可靠度。这样， 才能综合提高元件的工作可靠度 ，达到系统的设计要 求 。 对卷扬马达系统中的元件采用上面两种方法改进 以后，根据后面几台提梁机的运行情况 ，发现系统的 故障明显减少 ，整机性能得到很大的改善。 3小结 在分析提梁机液压卷扬系统原理的基础上，找出 了系统的薄弱环节为卷扬马达系统，并根据设计可靠 度对该部分进行了可靠性分配，从而提高了整个液压 卷扬系统的可靠性。 参考文献 【 1 】 赵静一， 陈卓如， 王益群， 等． 1 0 0 0 0 k N液压机主缸液压 系统可靠度分配[ J ] ． 燕山大学学报 ， 1 9 9 9 ， 2 3 1 7 1 0 ． 【 2 】许耀铭． 液压可靠性工程基础[ M] ． 哈尔滨 哈尔滨工业 大学出版社， 1 9 9 1 1 4 1 1 9 6 ． 【 3 】李文杰， 张光函． 风挡玻璃成型加工电液加载控制系统 的可靠性[ J ] ． 机床与液压， 1 9 9 7 6 4 3 4 5 ．