起重機的可靠性分析

蔡劍

中船綠洲鎮江船舶輔機有限公司 江蘇鎮江 212006

1 起重機可靠性的內涵包括無故障性、耐久性和保全性

無故障性是表征起重機在一定的使用時間內，保持無故障正常作業的質量特性；耐久性表征起重機在規定的技術保養和修理條件下，保持正常工作能力，直到極限狀態的質量特性；保全性是表征起重機在保存和運輸過程中以及過程之后，保持起重機無故障性、耐久性等能力的質量特性。

2 起重機及其零部件的可靠性指標

起重機及其零部件的可靠性指標如下：

2.1 首次故障前平均工作時間

其中n--投入試驗的起重機臺數

r--出現首次故障時試驗的起重機臺數

ti--第i臺起重機出現首次故障前的累計工作時間

tj--試驗截止時間內未出現故障的第j臺起重機累計工作時間

2.2 平均無故障工作時間

N---起重機在使用期間內的故障數總和

2.3 可靠度

其中f（t）---故障概率概率密度函數

2.4 有效度（作業率）

其中T0---起重機工作時間

T1---起重機不工作時間，包括維修、保養時間

起重機零件可靠度目標值與零件在作業中的安全重要程度有關。起重機零件一般分為兩類，零件失效導致重大事故的屬第一類，零件失效會引發重大事故的屬第二類。

第一類零件（如起升機構中的軸、齒輪以及鋼絲繩、卸扣、吊鉤、油缸等）可靠度目標值為：[R]=0.9999

第二類零件（如運行和回轉機構中的傳動零件）可靠度目標值為：[R]=0.99。

3 起重機可靠性預測、改進

在起重機設計階段，需要預測起重機的可靠性。如果給定起重機可靠度的目標值，必須在設計時對起重機的組成部分進行可靠性分配，以滿足整機可靠性要求。在不能滿足可靠性要求的情況下，必須采取措施，改進和提高起重機的可靠性。

3.1 可靠性預測

起重機可視為由多個相互獨立的部分構成的串聯系統。串聯系統的特點是：系統中任何一個子系統或元件的失效都會導致整個系統失效。串聯系統系統可靠度可表示為：

其中Rs（t）---整機或機構在時間t的可靠度

Ri（t）---第I個子系統或元件在時間t的可靠度

n---子系統或元件數

由于壽命不同、失效的模式可能不同，這樣的子系統或元件組成的系統，其故障概率服從指數分布見下式：

3.2 可靠性的改進

串聯系統可靠度Rs等于各元件可靠度Ri的乘積，由于可靠度是恒小于1的數值，因此系統可靠度恒低于系統中元件可靠最小值，即Rs≤minRi。為了提高整機或機構的可靠度Rs，必須避免在系統中存在最薄弱環節，各部份均需采用優質零部件，提高各元件總體的可靠度。因此起重機的生產過程中，必須采用質量更好、可靠度更高的電氣設備及機械零部件和結構件。

起重機采用并聯系統，僅當并聯的元件全部失效后，系統才會失效，并助系統的可靠度高于并聯元件的可靠度，即Rs＞maxRi，此部份的可靠度可顯著提高，從而使得整個系統的可靠度大幅提高。但采用并聯系統將會增加起重機的成本，因此通常僅在起重機中特別薄弱環節才采用并聯系統。

降低負荷使用，增加安全儲備是降低故障率、提高系統系統可靠性的有效途徑。通常起重機材料許用的安全系數為1.5倍，在進行設計時，可將安全系數提高到2倍，甚至于更高一些。原動機的功率儲備，液壓或電氣元件的容量儲備可適當加大。但這些參數的加大，可能會使成本增加。在具體設計中，二者均需考慮，使起重機的可靠性和經濟性均處于合理的水平上[1]。

起重機通常由人來操縱，起重機作業的可靠性決定于人-機系統的可靠性，也即是人的可靠性和起重機自身的可靠性的乘積。

Rs（t）=Rh（t）·Rm（t）

其中Rs（t）---人-機系統在時間t的可靠度

Rs（t）---人在時間t的操作可靠度

Rs（t）---起重機在時間t的自身可靠度

從上式中可以看出，提高操作者的素質和操作能力，減少操作差錯，同時改進起重機的固有可靠性，才能保證起重機的作業可靠性。

4 起重機零部件可靠性計算

零部件強度可靠度按下式計算：

其中Z---單位時間內載荷過程穿越平均載荷線的平均數

Sl，SS---分別為載荷和的標準差（kN）

t---零部件工作時間，一般情況下，取為壽命目標值

C0---系數

如果計算結果R1（t）≥[R]

則滿足可靠度目標值的設計要求。