武汉公路桥梁建设集团有限公司 李晓军
摘要:本文首先对机械可靠性的研究内容进行简要介绍,对公路施工机械管理中机械可靠性进行分析,对机械可靠性工程管理的意义和机械设备的使用和管理进行总结,并对机械设备可靠性在公路施工机械管理工作中的应用,提出一些看法。
关键词:机械可靠性;公路施工;机械管理;
1、引言
机械可靠性是公路施工机械管理的重要内容,也是衡量机械产品质量的标准之一,机械可靠性工程即是和机械产品的研发、设计、生产、使用等有关联的系统工程。公路施工单位进行机械管理工作时要确保每一台工程机械都具备一定的可靠稳定性,使之能够满足公路施工单位的具体要求。本文对机械可靠性在公路施工机械管理工作中的应用进行分析和谈,不足之处,敬请指正。
2、机械可靠性研究概述
机械可靠性是公路施工机械管理工作的重要内容,是衡量公路施工机械管理水平的重要指标,而衡量机械可靠性的标准有两个,一个是机械可靠度、累计失效概率以及失效率;另外一个是机械寿命,包括机械评价寿命、寿命方差、可靠性寿命、中位寿命以及特征寿命等。我们给机械设备的可靠性下一个准确的定义,是指机械设备在一定条件下,并且在规定时间内,能够完成一定使用功能的概率。机械的平均寿命是指机械产品能够提供使用功能的数学期望值。不可修复的设备,即是失效,可以报废,那么其平均寿命是指机械设备失效之前的平均工作时间,我们可以用MTTF来记录,而对于可修复的机械设备,其平均寿命是指相邻的两次故障之间的平均工作时间,又称之为平均无故障工作时间,我们可以用MTBF来记录。任何一台较为复杂的工程机械,在可靠稳定的工作时期内,偶然失效的时间会发生随机变量一般且服从指数分布,在耗损期则服从正态分布,机械零件的疲劳寿命则服从对数正态分布,或者是服从威布尔分布,威布尔分布一般是在对机械零件的寿命方面进行描述。因此,对工程机械设备,可以将其失效时间进行分类,服从某个分布,即可以推断出其工作到什么时刻,并且给出机械设备的可靠度和失效率。反之,则可求出机械设备的使用寿命和可靠性。
比如,某个机械设备的寿命服从正态分布,给定的条件中包括平均寿命和寿命标差,分别为10000h和1600h,求该机械产品工作到8000h的可靠度和失效率,以及当可靠度等于0.95时机械设备的可靠寿命。
解:求可靠度R(8000)
Z=8000-10000/1600=-1.25
查阅正态分布积分表,可得
3、公路施工机械管理中机械可靠性分析
公路施工机械管理工作中对机械可靠性进行分析,首先要明白任何一台机械设备是由众多零件构成的,要想对机械设备的可靠性进行研究,先要研究其可靠度和失效率,即是不仅要对机械设备的零部件的失效问题进行考虑,而且要对整个机械设备的可靠度和失效率进行综合考虑。
机械可靠性工作中,对于机械“系统”的意义是:众多机械单元,包括零部件和子系统,相互组合,成为一个复杂的综合体。因此,系统的可靠性不仅和机械单元的可靠程度有关,还取决于其组合方式。简单的讲,单元组合方式只有两种:串联和并联,串联即是系统单元的失效时间是随机变量,且相互独立,如果某一处发生故障,则导致整个系统的失效。比如说,一台挖掘机中的发动机失效,则整个挖掘机失效,或者挖掘机发动机中的某个泵失效则整个挖掘机失效。并联系统又称之为并联冗余系统,即是为达到某一工作目的,满足运行要求之外,还存在一定冗余的系统,比如说飞机采用的多个发动机设计系统就是并联系统。总体来说,公路工程机械中大部分是采用串联系统,比如挖掘机、推土机、装载机、压路机等的动力系统、燃油供给系统、制动系统、液压系统以及电子电路系统等。串联系统的可靠度可以用以下公式进行表达:
(1)
对机械系统的可靠性进行分析,一般是采用故障树分析法。首先建立“顶事件”,也就是系统的故障,树底的事件称之为基本事件,二者之间的则叫过渡事件,其间用转移符号和逻辑符号等建立故障树,比如一台单缸汽油机无法正常启动的故障树,如下图所示。
图 故障树
因此,任何一台公路工程施工机械,可以用故障树的方法对其某个部件、某个总成,或者整个机械系统,进行关于有效度的计算和分析,可以得到机械系统的可靠度、失效率以及有效度等,可以对工程机械在一定时间t之内可靠性进行判断,甚至得到某一个部件、某个子系统、整个系统的可靠性、有效度以及故障发生概率等,可以为机械故障的预防、维护提供了科学技术参数,公路施工机械管理部门可以根据这些参数进行科学合理的机械设备维修管理,以降低公路工程施工机械设备的维修费用。
4、机械可靠性在公路施工机械管理工作中的意义和应用
4.1机械可靠性工程管理的意义
公路施工机械管理工作中对机械可靠性进行管理最大的优点是,对机械可靠性由模糊的定性概念转变为清晰的定量指标,对于工程机械来说,机械可靠性工程管理应用到机械设备使用方面,包含机械可靠性评估、预测以及可利用性评价等,在具体的工程实践中具有重要的意义,具体可以归结为三个方面的内容:首先,可以对任何一台机械运行到某一时刻的可靠程度和失效概率进行确定;其次,能够有效减低机械设备各个时期的维修费用,并且追求机械设备周期费用的经济性;最后,解决了机械设备维护和更新的矛盾。总而言之,可以对机械设备的最佳使用寿命进行把握,对机械设备的维护进行管理,恰当时机进行机械设备的更新。
4.2 机械设备的使用和管理
(1)公路施工机械管理工作的对象大多是大型特种机械,其功能形式较为单一,但是价值颇高。比如工程用挖掘机、推土机、平地机、装载机、摊铺机以及拌和机等。
(2)每一台工程机械应该形成相互配合,进行流水线作业,每一台都要参与进来。关键设备的失效有可能导致整个施工作业失效。
(3)公路施工机械大多在野外露天场地进行作业,施工环境比较差,劳动强度不低,而且连续作业时间较长。
(4)公路施工机械维修的困难高,维修费用也不低。
(5)机械设备管理机构的设置,目前为省市县“三级”管理模式。
现阶段,公路施工机械管理广泛采用的管理模式为“全员参与对设备的一生管理”,其实质是对一台设备从出厂到报废的终生管理,此管理同样暴露出诸多问题,比如机械设备可靠性的掌握、某个零部件的疲劳程度、机械的最佳使用寿命的判定等,都无法进行准确预测。因此将机械可靠性应用到公路施工机械管理工作中来是非常有必要的。
4.3 机械设备可靠性在公路施工机械管理工作中的应用
(1)省市县“三级”公路管理部门建立机械可靠性工程管理组织,并且进行可靠性管理专职或者兼职人员的设定,无论专职还是兼职人员,在从事可靠性工程管理工作之前要先经过专业培训,完全掌握机械测试技术和相关知识之后才可入岗。
(2)对于机械可靠性工程管理工作,要制定相关的工作方针、工作目标、规章制度、管理标准、机械可靠性计划以及考核指标等,对可靠性的应用进行研究,除此之外还包括机械设备的验收、评审、质量认定、试验监督、寿命周期费用分析、情报收集以及维修测试等内容。
(3)对相关地区和部门的专职可靠性工程技术人员,进行机械可靠性专业培训,以满足机械可靠性工作要求。
(4)相关单位的工程机械设备进行分类登记,确定机械可靠性管理的重点,包括公路施工中具有重要功能的而且价值较高的大型机械设备,比如大型摊铺、拌合设备,以及大型路面施工机械等,把这类机械的种种参数和使用情况进行记录,便于集中管理。
(5)采用先进仪器、技术和方法对机械设备进行检测,检测内容包括速度、振动、噪声、流量、油耗、温度、压力、载荷、疲劳程度等,不仅要对整个系统进行检测,还可以只针对某个零部件进行。
(6)机械可靠性分析需要真实可靠的数据和参数,运用同一类机械零部件工作资料,对机械的使用寿命、标准差、平均值等进行计算,以确定零部件的可靠度,还可以用系统串联、并联的方法反推出系统的可靠性和有效度,或者是用故障树法对系统的失效率进行计算,结合计划预期检修制度和全面质量管理的实际内容,以确定某一台工程机械运行到某一时刻的工作状态。除此之外,还可以得出机械设备的可靠度、故障率曲线、运行状态曲线以及维修费用曲线等。
(7)开展机械可靠性工程研究会议,比如交流会议、评比总结会议以及专题报告会议等,以便于机械可靠性在公路施工机械管理工作中可以得到更好的应用。
参考文献
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