【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 氧ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性分析及改造設(shè)計(jì) 第 8 頁(yè) 共 83 頁(yè)化和變質(zhì)。因此控制油液污染，是提高液壓系統(tǒng)可靠性極重要的一環(huán)。步, ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)可靠性研究意義 ZL50 裝載機(jī)的核心技術(shù)就是液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì),由于 ZL50 裝載機(jī)的工作條件惡劣,于是它對(duì)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)提出了很高的要求,因此對(duì) ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的分析研究對(duì)推動(dòng)我國(guó) ZL50 裝載機(jī)發(fā)展具有十分重要的意義。雖然目前我國(guó)ZL50 裝載機(jī)的液壓系統(tǒng)已經(jīng)較為完善，但當(dāng)裝載機(jī)正常使用 12 年后，液壓系統(tǒng)總會(huì)陸續(xù)出現(xiàn)各種故障致使裝載機(jī)無(wú)法正常使用。而工作裝置液壓系統(tǒng)的常見故障有:動(dòng)臂(鏟斗)舉升無(wú)力或動(dòng)作緩慢,動(dòng)臂自動(dòng)下沉, 液壓油溫過(guò)高等。這些故障都會(huì)導(dǎo)致裝載機(jī)工作效率低下，甚至是無(wú)法正常工作，影響正常的生產(chǎn)工作。而今現(xiàn)有液壓故障的查找方法大多是由現(xiàn)場(chǎng)維修工人根據(jù)裝載機(jī)外在故障表現(xiàn)來(lái)尋找故障原因，這種方法雖然有效，但需要維修人員經(jīng)驗(yàn)豐富，而且工作效率也較低。鑒于以上問(wèn)題，我們將分析 ZL50 裝載機(jī)工作原理，對(duì)現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)進(jìn)行可靠性分析，建立其典型故障的故障樹，進(jìn)行定性及定量分析。然后根據(jù)可靠性分析的結(jié)果，對(duì)現(xiàn)有的液壓系統(tǒng)容易發(fā)生故障的部分進(jìn)行改造設(shè)計(jì)，降低裝載機(jī)故障發(fā)生率。華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 9 頁(yè) 共 83 頁(yè)第 2 章 液壓系統(tǒng)可靠性模型的建立 可靠性的理論基礎(chǔ) 常用的可靠性術(shù)語(yǔ)可靠性是伴隨產(chǎn)品而生,又寓于產(chǎn)品之中?？煽啃允钱a(chǎn)品質(zhì)量屬性之一,從定性的發(fā)展到定量的。可靠性： 三要素,定性的引入概率度量后轉(zhuǎn)化成定量的,即可靠度從不同角度,不同目的, 不同場(chǎng)合,演繹出如下可靠性術(shù)語(yǔ) 基本可靠性 任務(wù)可靠性 固有可靠性 任務(wù)剖面 使用可靠性 工作可靠性 可用度 環(huán)境剖面 可靠性特征量可靠性特征量：用于描述產(chǎn)品可靠性大小各種可靠性數(shù)量指標(biāo)的總稱。其特點(diǎn)：? 既簡(jiǎn)單、明確表達(dá),又判定產(chǎn)品可靠性；? 數(shù)學(xué)地表達(dá)可靠性特征量之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,得出結(jié)果方便；? 揭示影響可靠性的因素并描述影響程度。注意： 不同特征量有不同的用途；不同的情況下,產(chǎn)品可靠性用不同的特征量來(lái)表示。目前,有三組：R(t)或 F(t)、λ(t)、MTBF,用以度量產(chǎn)品本身固有的質(zhì)量；M(τ) (維修度)、MTTR(平均修復(fù)時(shí)間),用以度量可修產(chǎn)品或系統(tǒng)是否易于維修,所需維修的時(shí)間代價(jià)；A(可用度),用以度量 MTBF 與 MTTR 之間相對(duì)數(shù)量的比值關(guān)系,即 MTBF 越大, MTTR 越小,A 就越高。? 可靠度、可靠性函數(shù) R(t)，按照可靠性的概率度量的定義,有下式：R(t)=P(T＞t) 0≤t≤∞表示了產(chǎn)品的壽命大于某一規(guī)定工作時(shí)間 t 的概率。式中 T 是產(chǎn)品壽命,是一個(gè)隨機(jī)變量。由定義得出 R(t)性質(zhì)：? 是時(shí)間的遞減函數(shù)；? 取值范圍 0≤R(t) ≤1；ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性分析及改造設(shè)計(jì) 第 10 頁(yè) 共 83 頁(yè)? R(0)=1, R(∞)=0。? 不可靠度、不可靠度函數(shù) F(t)，產(chǎn)品的二態(tài)性,即工作/失效,成功/失敗,這是兩個(gè)互逆事件。對(duì)于產(chǎn)品狀態(tài)而言,二者必居其一。與可靠度定義同理有產(chǎn)品在規(guī)定條件下和規(guī)定時(shí)間內(nèi)發(fā)生失效的概率稱不可靠度,又稱(累積)失效概率,有下式： F(t)= P(T＜t) 0≤t≤∞式中 T＜t 表示在時(shí)間 t 以前失效的概率。對(duì)于這兩個(gè)互逆事件,存在互補(bǔ)關(guān)系,有下式 R(t)+ F(t)=1 R(t)=1 F(t)可知 F(t)性質(zhì)：? 是時(shí)間的遞增函數(shù)；? 取值范圍 0≤R(t) ≤1；? R(0)=1, R(∞)=0。? 失效密度函數(shù) f(t)，由不可靠度求導(dǎo)得到： f(t)=d F(t)/dt=d R(t)/ dt? 失效率、失效率函數(shù) λ(t)根據(jù) λ(t)是指產(chǎn)品在某一時(shí)刻 t 尚未發(fā)生故障的可靠度 R(t)在隨后—個(gè)單位時(shí)間內(nèi)可能發(fā)生故障的條件概率。在 R(t)條件下有表達(dá)式 λ(t)= (d F(t)/dt)/ R(t) = (d R(t)/ dt)/ R(t)或 λ(t)= d ln R(t)/dt ……………… (1) 由(1)式得到 R(t)= exp( (t)dt)?t0?R(t)是一個(gè)把 λ(t)從 0 至 t 進(jìn)行積分而抅成的指數(shù)型函數(shù)。當(dāng) λ(t)= λ=const 時(shí) R(t)= exp(λt) 可靠性指標(biāo)體系 對(duì)于服從指數(shù)分布的電子產(chǎn)品, 可靠性指標(biāo)體系—般包括 R,λ,MTBF。它們作為度量產(chǎn)品可靠性指標(biāo)的法定特征量。 R=eλt , MTBF= 1/λ華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 11 頁(yè) 共 83 頁(yè)可靠性指標(biāo)體系、可靠性特征量的應(yīng)用因評(píng)價(jià)的對(duì)象而異,例如彈、飛機(jī)、汽車等后自成一套。國(guó)外對(duì)于計(jì)算機(jī)系統(tǒng)或數(shù)字系統(tǒng),推薦用 RSA 可靠性評(píng)價(jià)系統(tǒng),即可靠度、可用度、可維護(hù)性。 故障(失效)分布規(guī)律電子產(chǎn)品故障(失效)分布規(guī)律,可用形狀似浴盆的典型失效率曲線來(lái)描述。作用： 指導(dǎo)了如何正確使用元器件； 做 ESS 剔除元器件早期失效的理論依據(jù)； 做延壽的理論依據(jù)。電子元器件典型失效率曲線如下圖所示。 可靠性分析技術(shù) 可靠性分配 分析組成系統(tǒng)的各個(gè)單元,將系統(tǒng)可靠性指標(biāo)合理地分配諸單元,確定單元可靠性的定量要求使系統(tǒng)可靠性得以保證。 目的作用：明確產(chǎn)品可靠性可靠性設(shè)計(jì)要求(即分配指標(biāo)作為設(shè)計(jì)依據(jù))；系統(tǒng)、分系統(tǒng)、單機(jī)的可靠性定量要求協(xié)調(diào)—致；指導(dǎo)任務(wù)落實(shí)及其實(shí)現(xiàn)途徑。分配方法：不考慮被分配單元的個(gè)情,有較為簡(jiǎn)單的等分配法,被分配單元的可靠性指標(biāo)為 Ri= ?？紤]因素較多,也較復(fù)雜的常用方法介紹如下。ns1）無(wú)約束條件的可靠性分配方法a) AGREE 方法 是美國(guó)國(guó)防部研究開發(fā)局“電子設(shè)備可靠性顧問(wèn)團(tuán)”(AGREE)提出的一種方法,是考慮了被分配單元的重要度、復(fù)雜度、工作時(shí)間以及這些單元與系統(tǒng)間的ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性分析及改造設(shè)計(jì) 第 12 頁(yè) 共 83 頁(yè)失效關(guān)系的一種較完善的綜合方法,因此,又稱為按單元重要度、復(fù)雜度的分配法。 復(fù)雜度 Ni …n??niiii1,21?i N 是系統(tǒng)總元件數(shù),i 是單元,N i是第 i 個(gè)單元元件數(shù)。 重要度定義為該單元失效引起系統(tǒng)失效的概率。AGREE 方法,系統(tǒng)中第 i 個(gè)單元分配的失效率 λi,分配的可靠得度 Ri(t)分別為： λi=Ni[lnRs(T)]/NE iti i=1,2,…,n Ri=1{1[Rs(T)]Ni/N/Ei} i=1,2,…,n式中： Rs(t)系統(tǒng)在工作時(shí)間 T 的可靠度； Ei單元的重要度； ti T 時(shí)間內(nèi)單元 i 的工作時(shí)間,0﹤t i﹤T。b) (專家)評(píng)分分配法據(jù)以往経驗(yàn),由設(shè)計(jì)員獨(dú)自地或由專家對(duì)可靠分配有影響的各種因素進(jìn)行綜合評(píng)分, 以得分多少把系統(tǒng)可靠性指標(biāo)分配到各單元的一種方法。介紹—個(gè)示例(見 QJ223492 飛航導(dǎo)彈武器系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì))。分配因子有復(fù)雜性、技術(shù)成熟性、工作時(shí)間以及環(huán)境條件。這些分配因子各有 10 個(gè)等級(jí)值或 10 分。復(fù)雜性：最復(fù)雜評(píng) 10 分,最簡(jiǎn)單評(píng) 1 分 (越復(fù)雜,分配 R 越低) ；成熟性：最不成熟評(píng) 1 分, 最成熟評(píng) 10 分(越成熟,分配 R 越高)；工作時(shí)間：任務(wù)階段工作時(shí)間,都工作的評(píng) 10 分, 工作時(shí)間最少的評(píng) 1 分(工作時(shí)間越長(zhǎng),分配 R 越低)；環(huán)境條件：最惡劣的評(píng) 10 分,最好的評(píng) 1 分(越惡劣,分配 R 越低)。分配因子 Ck計(jì)算式： Ck=Wk∕W Wk= ??41ir W= ??Nk1式中： Wk第 k 個(gè)系統(tǒng)各因素的等級(jí)值或評(píng)分之積； W各分系統(tǒng)各因素等級(jí)值或評(píng)分之積的和； rik第 k 個(gè)系統(tǒng)第 i 個(gè)因素等級(jí)值或評(píng)分。i=1 表示復(fù)雜性；i=2 表示成熟性；i=3 表示工作時(shí)間；i= 4 表示環(huán)境條件。 2）有約束條件的可靠性分配a) 動(dòng)態(tài)規(guī)劃法(略)華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) 共 83 頁(yè)b) 拉格郎日乘子法(略) 系統(tǒng)可靠性建模及可靠度計(jì)算 系統(tǒng)可靠性模型是表示系統(tǒng)可靠性與其組成單元可靠性之間的邏輯關(guān)系。系統(tǒng)可靠性模型分為可靠性框圖(RBD)模型和可靠性數(shù)學(xué)模型。系統(tǒng)可靠性框圖模型是從系統(tǒng)功能框圖轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的—種可靠性邏輯框圖,是用框圖表示系統(tǒng)單元之間可靠性邏輯關(guān)系圖形模型。系統(tǒng)可靠性數(shù)學(xué)模型是系統(tǒng)可靠性與其組成單元可靠性之間的數(shù)學(xué)關(guān)系式,也是可靠性框圖的一種數(shù)學(xué)描述。目的作用：對(duì)系統(tǒng)可靠性進(jìn)行分析和設(shè)計(jì)。注意：從可靠性角度,系統(tǒng)有可修復(fù)(即可修系統(tǒng))和不可修復(fù)(即不可修系統(tǒng))之別,但建模是一樣的；從可靠性特征量, 從分析方法比較一下可修系統(tǒng)與不可修系統(tǒng)。不可修系統(tǒng) 可修系統(tǒng)*壽命周期過(guò)程 正常至故障發(fā)生過(guò)程 修復(fù)至故障發(fā)生過(guò)程 記過(guò)程 1 與 t 指壽命時(shí)間可靠性特征量 R(t),F(t),f(t) ,MTTF R(t),F(t),f(t),λ(t),MTBF故障至維修好過(guò)程 記過(guò)程 2t 指維修時(shí)間 MTTR,A(t) 分析方法 馬爾可夫過(guò)程 馬爾可夫模型 注：*必須對(duì)可靠性、維修性、可用性進(jìn)行綜合討論。有時(shí)引用首次故障前平均時(shí)間MTTFF、平均持續(xù)工作時(shí)間 MUT、平均持續(xù)停工時(shí)間 MDT。文中未加注的是指不可修的可靠性建模步驟：ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性分析及改造設(shè)計(jì) 第 14 頁(yè) 共 83 頁(yè) 典型可靠性模型a) 串聯(lián)模型組成系統(tǒng)的所有單元中,任何一個(gè)單元故障都會(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障稱串聯(lián)系統(tǒng)。特點(diǎn)： ⅰ系統(tǒng)可靠度低于系統(tǒng)中任一單元的可靠度；ⅱ系統(tǒng)失效率大于系統(tǒng)中任一單元的失效率；ⅲ 各單元壽命服從指數(shù)分布,則系統(tǒng)服從指數(shù)分布；ⅳ 系統(tǒng)可靠度等于各單元可靠度之積,這種結(jié)構(gòu)稱最弱環(huán)結(jié)構(gòu)或鏈條(式)結(jié)構(gòu),因此系統(tǒng)可靠度決定于最低可靠度的單元；系統(tǒng)平均壽命決定于最低壽命的單元。b) 并聯(lián)模型組成系統(tǒng)的所有單元都發(fā)生故障時(shí)系統(tǒng)才喪失功能的系統(tǒng)稱并聯(lián)系統(tǒng)。Rs (t) =1???NiitR1)]([華北科技學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 15 頁(yè) 共 83 頁(yè)失效率為 λ,n 個(gè)相同單元并聯(lián),可靠性指標(biāo)： Rs=1(1eλt )n MTTF= …+??312 )1321(n??? λ(t)= ntte)(1?如果兩個(gè)單元并聯(lián) MTTF= 2121????特點(diǎn)：ⅰ系統(tǒng)失效率低于各單元的失效率；ⅱ系統(tǒng)可靠度高于任一單元的可靠度；ⅲ系統(tǒng)平均壽命高于各單元的平均壽命；ⅳ即使各單元壽命服從指數(shù)分布,系統(tǒng)壽命也不再服從指數(shù)分布。并聯(lián)系統(tǒng)的突出優(yōu)點(diǎn),決定了它成為提高單元可靠性的一種方法即添加并聯(lián)單元,這種方法在設(shè)計(jì)中稱冗余。c) 貯備(或旁待)類模型模型由工作單元和貯備單元組成, 貯備單元又分為冷貯備(無(wú)載貯備)、溫貯備(半載貯備)和熱貯備(滿載貯備)。ⅰ (有切換的)冷貯備模型 n 個(gè)單元組成,一個(gè)單元工作,n1 個(gè)單元冷貯備,開關(guān) SW 可靠。求 t 時(shí)刻的可靠度ZL50 裝載機(jī)液壓系統(tǒng)的可靠性分析及改造設(shè)計(jì) 第 16 頁(yè) 共 83 頁(yè)允許 n1 次單元故障。n1 個(gè)單元發(fā)生一次失效與—個(gè)單元發(fā)生 n1 次失效完全等價(jià)。因此 RS(t)= tnkke?????1)( MTTF= ⅱ(有切換的)熱貯備模型 工作單元失效率 λ 1,對(duì)貯備單元, 貯備期間失效率 λ ’2 ,投入工作后失效率 λ 2。 RS(t)= (λ 1+λ ,2)t]eett ???22,1[?? MTTF= )(2,121 還有一種溫貯備模型(略)。d) 表決類模型 一般指 n 中取 k 表決系統(tǒng)(VS),其特點(diǎn)：n 個(gè)單元中至關(guān)少有 k 個(gè)單元正