機械可靠性維修性優(yōu)化設(shè)計方法及其在工程機械中的應(yīng)用.pdf

1、產(chǎn)品可靠性維修性是產(chǎn)品固有屬性，二者共同作用決定了產(chǎn)品的可用性。產(chǎn)品可靠性維修性在設(shè)計時即已經(jīng)賦予，并通過制造、使用、維護來保證?？煽啃跃S修性設(shè)計方法研究主要集中在軍工、電氣電子、發(fā)電站等領(lǐng)域。而隨著工程機械在國民經(jīng)濟發(fā)展中地位日益提高，對工程機械可靠性維修性要求也越來越高，國內(nèi)工程機械產(chǎn)品與國外同類產(chǎn)品相比，甚至與國內(nèi)其它行業(yè)產(chǎn)品相比還相差很遠。針對國內(nèi)工程機械產(chǎn)品可靠性維修性較低的現(xiàn)狀，在重點研究機械產(chǎn)品可靠性維修性設(shè)計方法的同時，

2、對研究成果在工程機械設(shè)計中的應(yīng)用進行了研究。 通過對產(chǎn)品全生命周期費用與產(chǎn)品可靠性維修性之間關(guān)系的研究，提出基于可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計方法。首先，對產(chǎn)品生命周期費用的組成進行了分析研究，給出了生命周期各項費用與可靠性之間的函數(shù)關(guān)系，結(jié)果表明，產(chǎn)品成本隨可靠度的提高而提高，當產(chǎn)品失效時造成的直接損失和間接損失也隨成本的增加而提高，通過對各項費用之間關(guān)系的研究，以及產(chǎn)品可靠性維修性對產(chǎn)品使用性能的作用，提出了基于全生命周期投資．效

3、益準則可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計方法，建立了可靠性維修性綜合優(yōu)化分配模型，通過該優(yōu)化模型，可以確定最優(yōu)的可靠度和維修度。 對適合產(chǎn)品不同設(shè)計階段的可靠性維修性具體分配方法進行了研究，為可靠性維修性設(shè)計目標的制定提供了依據(jù)。 可靠性維修性分配是進行產(chǎn)品可靠性維修性開發(fā)過程中的一個重要工作，目的是將優(yōu)化確定的系統(tǒng)的可靠性維修性總指標，轉(zhuǎn)換為每一個分系統(tǒng)的可靠性維修性指標，用以指導分系統(tǒng)的開發(fā)。在進行分配方法研究之前，首先對工程

4、機械的可靠性定性、定量指標和維修性定性、定量指標進行了研究，在此基礎(chǔ)上對分配方法開展了研究。 提出了模糊層次分析法進行可靠度分配，層次分析法是進行模糊決策的有效方法，將模糊數(shù)學與層次分析相結(jié)合，形成了模糊層次分析方法，主要用來分析模糊決策問題。而可靠性分配模糊性較強，因此，將模糊三角數(shù)應(yīng)用到可靠度分配中的專家評判中，體現(xiàn)了專家評判的模糊性，通過建立層次結(jié)構(gòu)模型和模糊評判矩陣，采用概率方法計算權(quán)重，最終以裝載機車橋為例進行可靠性分

5、配驗證，結(jié)果表明該方法是有效的。該分配方法適合于對產(chǎn)品進行創(chuàng)新設(shè)計時的可靠性分配，主要體現(xiàn)專家的設(shè)計意圖。比例組合進行可靠度分配適用于產(chǎn)品的再設(shè)計，主要目的對舊的產(chǎn)品進行可靠性提高，基于以上兩種方法提出了復合法進行可靠性分配，該方法將以上兩種方法按權(quán)重復合，擁有以上兩種方法的優(yōu)點，面向產(chǎn)品的全生命周期。對維修性分配方法進行了研究，對適合產(chǎn)品創(chuàng)新設(shè)計加權(quán)因子分配法進行了研究，提出了適合工程機械的加權(quán)因子分配模型，確定了因子的組成和權(quán)重，加

6、權(quán)因子越大，維修性越差。從全生命周期費用角度出發(fā)，提出了維修費用最少的維修度分配方法，通過對維修費用與單元維修性的關(guān)系研究，建立了優(yōu)化分配模型，提出目標函數(shù)和約束條件，采用外點懲罰函數(shù)法，將約束條件和目標函數(shù)構(gòu)造新懲罰函數(shù)，從而將約束優(yōu)化問題轉(zhuǎn)化為無約束優(yōu)化問題求解。 建立了適合工程機械構(gòu)件壽命預估的疲勞失效和磨損失效的壽命計算模型，通過該模型可以方便的進行壽命估計。 通過分析工程機械的主要失效形式，研究其失效機理，以裝

7、載機工作裝置為例，進行了工作裝置各主要構(gòu)件主要失效形式的確定，最終得出工作裝置各構(gòu)件的主要失效形式為疲勞失效和磨損失效。 針對疲勞失效，建立了構(gòu)件疲勞壽命計算模型。通過多體動力學軟件ADAMS建立了裝載機工作裝置虛擬樣機模型，運用該模型進行載荷的計算，確定載荷的大小和作用方向，將得到的載荷結(jié)果加載到結(jié)構(gòu)有限元模型上，通過有限元分析得到構(gòu)件隨時間變化的應(yīng)力結(jié)果，結(jié)果表明該隨機應(yīng)力并不是標準的分布，傳統(tǒng)的疲勞理論并不適合，由此建立了

8、等效疲勞累積方法，進行構(gòu)件疲勞壽命預估。 針對磨損失效，建立了基于磨損量的磨損壽命計算模型?；诮⒌匿N軸磨損模型，分別通過ADAMS軟件進行了磨損行程和銷軸最大受力的計算，然后建立了接觸壓力計算模型，根據(jù)此模型，進行了磨損強度的確定，從而根據(jù)磨損壽命計算模型，估計出基于磨損量的使用壽命。 提出了工程機械維修性評估模型。通過研究國家軍用標準和美軍軍用標準，分析了影響工程機械維修性的組成因素，確定了各因素對維修性的影響權(quán)重

9、。重點進行了維修單元拆卸性評定，建立了拆卸順序生成模型，由此模型生成了零部件的拆卸順序，并計算出拆卸時間，得到拆卸效率，最終根據(jù)影響維修性的各因素及權(quán)重，得到構(gòu)件的維修性度量。通過對可靠性維修性定義的研究，提出了可靠度維修度計算模型，運用該模型可以準確計算產(chǎn)品的使用可靠度和維修度。 提出并建立了工程機械數(shù)據(jù)流通網(wǎng)絡(luò)，通過該網(wǎng)絡(luò)，可以收集到完整的產(chǎn)品可靠性維修性數(shù)據(jù)，基于完整的可靠性維修性數(shù)據(jù)，采用優(yōu)度擬合法和似然比較法，進行數(shù)據(jù)

10、分布的確定，為可靠度維修度的計算，奠定了基礎(chǔ)。 由可靠度定義，根據(jù)不同的分布，給出了相應(yīng)的可靠度計算模型。根據(jù)維修度的全概率定義，研究出故障服從威布爾分布和正態(tài)分布的維修度計算模型，得出該兩種故障分布形式的產(chǎn)品維修度不僅與維修時間有關(guān)，還與產(chǎn)品工作時間有關(guān)。 為保證產(chǎn)品的使用可靠性達到設(shè)計目標，對工程機械的修復策略進行了研究，建立了以產(chǎn)品利潤為準則的各故障時期分界點的劃分模型，由此模型可以清楚地求出各時期的分界點，從而針

11、對不同故障時期確定維修策略，提出了預防維修策略中最佳維修周期優(yōu)化模型，為理想預防維修周期的確定提供理論依據(jù)。 進行了工程機械可靠性維修性綜合優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)的總體框架研究，制定了系統(tǒng)設(shè)計結(jié)構(gòu)和組成模塊，并研究了各模塊功能。依據(jù)可靠度、維修度綜合優(yōu)化分配理論和方法開發(fā)了綜合優(yōu)化模塊，該模塊主要完成可靠性、維修性優(yōu)化問題。 針對工程機械中典型零件的壽命預估理論和方法，開發(fā)了以構(gòu)件結(jié)構(gòu)尺寸為依據(jù)的可靠度和維修度分析模塊，完成產(chǎn)品或

12、零部件的可靠性、維修性預測功能。 建立了可靠性、維修性數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析模塊，開發(fā)了數(shù)據(jù)分布分析算法，為后續(xù)的實際可靠性、維修性測算奠定了基礎(chǔ)。根據(jù)統(tǒng)計的產(chǎn)品實際可靠性、維修性數(shù)據(jù)，開發(fā)了使用可靠性、維修性估算模塊，可靠性估算能夠進行構(gòu)件疲勞壽命和磨損壽命的估算，結(jié)果表示產(chǎn)品的實際可靠性和維修性水平。整個設(shè)計系統(tǒng)中信息、數(shù)據(jù)多而復雜，通過研究開發(fā)的信息管理模塊，實現(xiàn)了對設(shè)計系統(tǒng)信息綜合管理。 本課題由企業(yè)博士后科研工作站項目：