工程機械可靠性存在的問題及解決策略

何富其

（綿陽職業技術學院，四川 綿陽 621000）

我國工程機械之所以會缺乏競爭力，主要是因為大修壽命時間短且可靠性低，日前這一問題也受到了社會行業內的熱點關注對象。針對這些問題，我國提出了研究工程機械動態性能的措施，這能夠從根本上解決可靠性問題，并且有益于工程機械節能減排和作業品質等問題的解決，本文將對現場試驗與臺架模擬實驗等對機械動態性能的基本手段的研究，進行舉例說明。筆者經歷了一番實踐與思考，認為加強工程機械動態性能研究，是解決問題的根本途徑與出路。

1 工程機械可靠性的內涵

工程機械的可靠性，其實是指在規定的時間內及工作條件下，產品完成所規定功能用途的能力。但是產品可靠性的保障，仍是一個綜合性問題，提高制造品質以及產品設計，是解決工程機械的可靠性的最為根本的方法。

通常情況下，可靠性設計應該采取袷度法加大關鍵性零部件的安全系數，并確保有些可靠性的儲備。從總的方面來看，提升工程機械可靠性，有利于保障產品的工作能力在比較長的時間內維持不變。但由于故障的發生，在一定程度上可以說是一種隨機發生的事情，因此無法避免故障的發生。在使用周期內，產品要在規定的維修條件下，保證工作性能的能力稱為產品可靠性設計，其以提高產品的耐用性、持久性為重要內容，以提高經濟效益。

2 我國工程機械可靠性的現狀

根據資料顯示，國際工程機械產品1 000 h可靠性試驗和“二包”期內的平均無故障工作時間（MTBF）為500～800 h，而我國水平僅為150～300 h，遠低于國際水平。

倘若不使用進口的發動機的話，我國產品的大修期壽命僅僅為4 000～5 000 h，而國際水平卻能達到8 000～10 000 h。由此可以看出，我國工程機械缺乏競爭力，主要與可靠性低和大修壽命時間短這兩種問題有關。

此外，根據統計數據，我們可以看到，在我國工程機械發生率中，有30%的故障，屬于發動機故障；而大約25%～35%的故障，是液壓系統故障；約20%的故障，是傳動系統故障；剩下的則是結構件焊縫開裂及制動系統故障等。

3 可靠性差的主要原因

對工程機械可靠性造成影響的因素有很多，比如說設計、材料、制造及使用等諸多因素，但是唯獨缺乏機器動態性能研究，這才是其根本性的研究。與其他機械所不同的是，由于大多數工程機械都是在野外作業并且負荷、工況及負荷變化都是多變的，而且也存在機械工程有連續施工之類的許多苛刻要求。這些，都要求工程機械的可靠性與適應性能夠取得進一步發展與提高。而所謂的動態性能，則是指在工作負荷不斷變化的動態條件下，機器所顯示出來的燃料經濟性、動力性和作業性能。

就以雙鋼輪振動壓路機為例來說明，這是一種主要用來壓實路基材料的循環作業式機械。在振動壓路機處于起步階段的時候，從靜止到恒速前進時，整車需要克服機器本身的平動慣性力。此外，無論鋼輪是高速旋轉振動還是從靜止到勻速行駛，都需對慣性力矩進行克服。然而屬于大慣性系統的鋼輪和壓路機機體平動或轉動時，外負載變化大而且程度劇烈。一方面這必然會沖擊到振動液壓系統以及行走驅動，從而使液壓元件的使用壽命及其性能降低；另一方面，鋼輪對地面的力、力矩等作用變化大，致使相當不均勻的地段實度的現象發生，更有甚者，還會形成一種材料推移的現象。但是，起步過程不能花費太多的時間，不然，會使有效壓實時間降低，并造成鋼輪起振越過共振點時產生共振現象，而這些都會大大地損害機器與被壓材料，當然這樣類似的現象，在機器停止時也會存在。

與此同時，在起步階段以及停車階段急劇變化的外載荷，容易造成發動機的功率及轉速的波動變化，尤其是在停車時，機器所產生的巨大慣性致使反托制動發動機，導致發動機的可靠性及使用壽命大大降低，除此之外，還會對發動機的使用性能造成影響。

4 大力提升可靠性的策略

為了提升產品的自動化程度，以及增加一些新的功能和作用，機電一體化被廣泛的應用于工程機械中，并伴隨著機電一體化的發展，得到更大范圍的應用。因此在產品的設計階段，憑借診斷技術和冗余技術，充分應用發揮機電一體化技術的優勢，調整并診斷自動修復產品，使其與工作條件相適應，完成規定任務的能力，以及長時間內能夠保持水準。

4.1 診斷技術

診斷技術的實施，主要是依靠暴露故障的手段，以使產品的可靠性得到提高。其中有一種方式是監測故障，它是憑借對正處于工作狀態中的診斷對象進行試驗，然后對產品中的相關器件所處的程度進行確定，以查明產品品質及能力不斷下降的因素，從而找到故障的種類和具體的位置。比如柴油機上所配備的壓力表、風冷柴油機的風扇、燃油表、機油油溫表、水冷柴油機的水溫表、皮帶報警器、空濾器負壓顯示器等器件。

為了預測抑或是及時發現并且解決故障，應該監測柴油機的關鍵部位，以防發生永久性故障，比如說產品失效故障。另外一種方式，則是故障發生之后，試驗性測試診斷正處于非工作狀態的診斷對象，在不拆卸的前提下，對產品的工作能力進行評價，以對故障的位置及其種類進行迅速的確定，并對產品的設計規定功能進行進一步恢復。

4.2 診斷技術的分類

診斷技術可以分為工作冗余與備件冗余兩種。其應用有利于充分利用冗余技術。并聯工程液壓系統中的兩個單元，讓其同步工作，以保障系統的可靠性，即不管任何一個單元失效，另一單元仍能進行工作。但如此一來，會造成單元的升溫不符合系統的升溫，因此系統還應設置冷卻器，但也有其可行性，有利于設計制造成本以及系統的可靠性的提高。

因此，可以采取備件冗余的方法，去對失效檢測與轉換裝置進行設置。但倘若有一個工作單元失效，譬如說柴油機不能啟動低溫，可以并聯另外一套低溫預熱起動裝置，依靠這去代替失效單元，從而在根本上提升柴油機在冬季使用時的可靠性。經過以上一系列的分析，工程機械應在設計產品的可靠性時，充分考慮到安全系數法，即裕度法，大力應用機電一體化的優點，大力宣傳冗余技術和診斷技術的應用，站在更換器件、診斷故障及修復的角度上，進行可靠性設計。

隨著全液壓工程機械液壓系統日趨復雜化及液壓元件與日劇增的精密化，液壓油的要求也變得越來越高。設計液壓系統時，采取編制產品維修手冊的方式，設置液壓油油溫和濾清器的負壓的工作狀態的元件進行檢測，并且設置測壓口在液壓系統中，以快捷地排除故障和隱患，為用戶提供了方便，從而提高產品的可靠性使永久性故障得到減少；除此之外，還有利于產品使用壽命的延長。

4.3 機械可靠性的優化

采用常規優化設計方法，之所以很難反映產品運行的真實狀況，是因為可靠性指標以及體積、總質量和成本等因素未能被考慮。但是在設計時，如若僅僅采取可靠性設計與優化設計方法，是很難得到理想化的結果的；而如果使優化技術與可靠性設計理論相結合，就可以彌補前兩者的不足之處，從而達到目標。

除此之外，為了使機器的各種零件的可靠性水平達到最佳，以及整機及其部件的最佳設計方案得到確定，就應該優化分配工程機械的可靠度。同時，優化設計工程機械產品參數，有利于產品合理可靠，技術性能指標優良，價格成本低廉。在工程機械產品設計的過程中，可靠性優化設計，也隨著日趨大型化、復雜化的工程機械產品的發展，而逐漸被廣泛應用。

5 結束語

綜上所述，我國工程機械缺乏競爭力的主要問題，就是可靠性低與大修時間壽命短。而通過一系列的實踐也表明，研究工程機械動態性能，是我國機械可靠性問題得到解決的根本途徑之一，同時也有利于工程機械作業品質與節能減排等問題的解決，而現場試驗與臺架模擬試驗，是研究工程機械動態性能的基本手段。

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