機械結構穩定性設計探討

郎帥

摘 要：本文以機械結構的穩定性為研究對象，從設計方法的角度論述提高機械結構穩定性的措施。通過對機械結構穩定性影響因素的分析，探究機械穩定性模型的計算公式，在數據統計、應用規范、制度管理這三個方面，詳細介紹提高機械穩定性的具體方法，為相關研究提供參考建議。

關鍵詞：機械結構；可靠性設計；模型計算

中圖分類號：TH122 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）05-0095-02

0 引言

社會建設的持續快速發展，使得我國基本實現了機械化的建設目標。在應用機械設備的過程中，機械結構的穩定性，成為了影響其功能發揮的關鍵內容，對此相關技術人員投入了大量的精力與資源進行研究。而為了更加深刻的說明機械結構穩定性的設計方案，必須對其影響因素進行說明，以便更具針對性的完成機械結構的設計工作。

1 機械結構穩定性影響因素

機械設備使用中的穩定性，受到各種條件的影響，可將其中的典型化特征進行整理，并梳理出氣候條件、工況環境、管理方法這三個方面。首先，氣候條件的影響因素最為典型。機械設備的應用中，很多處于露天的外部環境，并長期暴露在自然環境之中，所處地域以及氣候類型，都會對機械設備結構的穩定性產生明顯影響。這種影響條件，不僅會在長期侵蝕與浸染的條件下對機械骨骼結構系統造成危害，對于機械結構中精細電子系統的影響更加明顯，惡劣的氣候天氣與明顯的季節變化，會明顯的加劇設備的老化[1]。例如，在港口的機械結構，會受到潮濕環境的影響，并在海鹽環境的不斷侵蝕中出現功能性故障，這些都會對機械結構的穩定性產生危害。

其次，在工況環境的條件下，機械結構的穩定性減弱，也是不容忽視的問題。在實際生產建設過程中，我國的機械化建設涉及到了各個行業，在提高生產速率的同時，也使機械設備暴露在多種類型的生產領域中。這使得生產材料與操作對象對于機械結構的穩定性條件產生了明顯的影響。同樣以港口的機械設備應用為例，在設備執行生產活動時，會對不同質量、重量、理化性質的物質進行操作，而這些生產對象的不斷變化極為豐富。基本機械結構可以針對某一類型的物體進行專項性的預防，但也無法保證防護的全面性。同時，在實際生產建設活動中，機械設備經常會進行產時間、連續性的生產操作，這無疑會對設備的穩定性造成沖擊，不利于設備的生產安全管理。

最后，機械設備的管理是通過人工行為對設備產生穩定性影響的內容。從理論角度，這種穩定性的負面影響是可以避免的，并在延長機械設備使用壽命上起到積極作用。但在實際操作的過程中，由于各種因素的影響與限制，會在犧牲一定穩定性的條件下滿足生產與建設的需要。同時，從機械設備的管理角度，相關的制度內容并沒有充分的落實。在各個行業的機械化建設中，經常會出現設備管理缺失與運維養護不足的問題。這些都是造成機械設備處于超負荷運轉的客觀條件，加之相關技術人員在保養意識上的缺失，使得大量設備出現了運維管理不足的問題，降低了機械設備結構的穩定性。

2 機械結構穩定性分析模型

通過前面的分析，基本確定了氣候條件、工況環境、管理方法對于機械設備穩定性的影響條件。為了更加精確的完成穩定性變量條件的影響效果，必須在分析穩定性形成條件的同時，建立起完整的數據模型，以更加科學化的方法，準確的描述機械結構的穩定性狀態，以便采取更加針對性的措施，對其進行運維管理。

氣候條件下，對于設備機械設備影響最為典型的條件可以分為空氣濕度、侵蝕物質含量這兩個方面[2]。在構建數學模型的過程中，可以將氣候影響因素設置為未知量a，然后分別將空氣濕度與侵蝕物質含量設置為a1、a2，并產生公式：

而在對工況環境的影響因素（未知量b）進行分析的過程中，可將機械應力設為b1，將化學腐蝕設為b2，將電磁干擾設為b3，然后生成公式：

同樣，在對管理方法影響因素（未知量c）的分析中，也可將運維周期設為c1，人員素養設為c2，操作失誤設為c3，形成公式：

由此，完成影響機械設備結構穩定性的分析統計。在盡可能發揮設備功能作用的同時，對其使用條件與結構穩定性形成量化評估內容，并對實際工作作出明確的指導，不僅可以有效地提高生產建設安全性，也可達到延長設備使用年限的目標。

3 機械結構穩定性優化方法

3.1 強調數據統計，完成影響因素量化分析

機械設備結構的穩定性設計中，分析誘發穩定性下降因素是有效的管理手段，也是進行設備優化的重要途徑。通過量化分析，可以在結合設備實際應用條件的基礎上對運行方法作出調整，放大設備使用中的規范性與科學性，并在指導工業化生產建設時起到積極的推動作用[3]。在當前的管理條件下，對于機械設備使用中的載荷條件，已經形成了完整的量化指標，并在管理應用過程中發揮出了積極的引導作用。但是，從整體的角度，應嘗試擴大量化信息的覆蓋范圍，使更多影響機械結構穩定性的因素得到重視，通過量化的規范，對機械設備的使用方法進行調整與約束，提高設備使用中的穩定性。

方法上，可以結合前文的計算公式，將影響因素的量化指標作為基礎數據，對影響機械結構穩定性的綜合因素作出分析。注意，執行此項計算時，需強調不同設備、不同功能、不同使用條件等內容的差異性，以更符合生產實際的狀態完成影響因素分析，更全面的論證影響因素的作用效果與影響程度。

為了進一步的細化計算內容，可以將機械設備的使用時間設置為t，將發生設備失效故障的時間設定為x。由此，可以得出設備結構穩定性的計算公式：R（t）=P（x>t），設備發生故障的概率定義為：F（t）=1-R（t），故障發生密度表示為：f（T）=dx（t）′dt，機械設備的平均壽命表示為：，然后，將以上公式帶入，就可形成更加細化的計算模型：

將這一數學模型下的量化指標S作為分析機械結構穩定性的基礎，可以在維持正常生產條件的同時，優化結果穩定性與經濟效益之間的關系，并在建立平衡系統的同時，形成更加穩定、持久的管理模式。通過數字化模型的建立，能夠針對性的提出具體優化措施，使得機械設備結構的穩定性得到保障。而在此系統下，又可針對多種變量模型作出論證，在時間軸線的生產建設過程中，連續的完成優化調整工作，使實用性、隨機性、模塊化的管理原則充分落實。

3.2 優化使用措施，完善機械結構技術規范

機械設備在使用過程中，不斷對技術內容進行調整，通過規范化的技術約束，可以實現機械結構的調整與控制[4]。而為實現技術規范化管理，必須對原有的工作模式進行調整，通過整理模塊化的結構，使各單一影響因素的內容受到限制。通過不斷深入技術管理的約束內容，保證技術條件的合理性。在這種規范化的管理措施中，不僅可以降低機械設備發生結構故障的條件，也能在進行運行與發展的過程中呈現出有利的技術基礎。

進行規范化的管理工作，設備零部件規格與參數的標準化，也是保證結構穩定性的重點。在零部件結構的選擇上，必須采購正規廠商生產的設備，在對生產、出廠等許可證件進行核對的同時，還應當在市場環境中，考察該廠家的風評與信譽水平。在確定其技術條件與行業影響力的基礎上，再對具體部件的質量參數進行核對，挑選適合現有機械結構的部件，降低故障發生的概率，縮小結構穩定性威脅。尤其在對現有機械結構進行部件更換的過程中，應盡可能的選擇機械設備的原始廠家備件，在保證適應性條件的基礎上，對新進替換的部件進行一定時間的磨合，經過保養與確認后，再展開機械設備的連續化生產。

機械設備的結構調整，必須對新加入零件的實用性進行分析。當前的技術環境下，對于機械設備零件的合理性分析，通常會采用實際測量法與仿真模擬法相結合措施完成運載荷譜的計算。由此，不僅可以提高引進零件的穩定性，還能在得到優質測量數據的同時，完成應用準確性分析，為提高機械結構穩定性創造條件。

3.3 規范團隊建設，落實機械設備管理制度

優化管理制度，是調整機械結構穩定性的基礎內容，可以通過管理水平的提升，達到優化結構穩定性的目標。而執行這一方法，能夠以更加直觀的方式，直接降低機械結構的穩定性缺陷，達到預期管理效果。而執行制度優化內容，必須從以下兩個方面入手。

第一，必須制定完整且全面的管理制度。從企業與部門的角度出發，確立詳細的機械設備管理制度，并在制度內容中形成完整的監督考核機制，補全機械結構管理的基礎條件。通過制度內容的說明，可以將管理、操作、技術、運維等多項內容整合起來，以書面文件的形式，機械結構的管理地位，并在強調約束性的同時，為提高結構穩定性創造基礎條件。例如，某企業在設計機械結構穩定性管理制度的過程中，明確的賦予了技術監管部門權利，在對其穩定性全權負責的條件下，按照預先制定的“操作管理規范”指導并監督一線操作人員，使其技術處理符合控制標準的實際要求。當出現技術風險時，直接由管理部門問責技術監管，并通過績效獎金的管理，對其失職問題進行懲處。以此刺激技術監管對于機械結構穩定性管理的責任感與積極性，更好地落實制度內容。

第二，在管理制度的執行過程中，應當對崗位人員進行培訓，從思想認識與能力塑造兩個方面，完成培訓內容。使機械設備的操作人員在能力水平與職業素養上得到全面提升，適應整體管理工作的要求，并在不斷提高技術綜合能力的同時，提高機械設備的運維管理水平。例如，在對崗位技術人員的日常工作項目中，經常涉及到機械故障的處理、老化零件的更新等工作內容。但在穩定性模型分析、機械疲勞度計算等內容中，存在著明顯不足。因此對于工作人員的培訓，可以從穩定性影響因素入手，組織技術人員學習分析方法的同時，通過對穩定性影響因素的信息記錄進行實踐鍛煉。將數據內容的統計與分析作為基礎課程，提高對于穩定性影響因素的認識，并不斷調整工作重心，實現風險問題由事后處理到事前預防的轉化，提高機械結構穩定性的維護水平。

4 結語

綜上，機械結構的穩定性條件，是影響其應用價值的關鍵，也是提高生產、建設活動的經濟效益的重要內容。對機械結構穩定性的優化，必須立足于影響因素的分析統計，在建立完整數學模型的基礎上，對機械使用過程中的各項內容進行全面管理。通過量化分析、技術規范、管理強化的綜合作用，為機械設備使用創造更加穩定的條件，達到提高機械設備實用價值的效果。

參考文獻

[1] 杜寶江，唐強，林來帥，等.機械結構PLC控制虛擬實驗技術[J].中國水運（下半月），2017，17（11）：107-109+113.

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[3] 方芳.機械結構誤差分析中有限元法的運用[J].黑龍江科學，2017，8（04）：124-125.

[4] 杜冬，王士瑋，劉利剛.基于機械結構的動態物體設計的研究進展[J].中國科學技術大學學報，2017，47（02）：99-116.