27m3礦用挖掘機斗桿結(jié)構(gòu)有限元分析21設(shè)計

1、裝載機系統(tǒng)可靠性分析與優(yōu)化的意義裝載機是為我國十五和 2015 年長期規(guī)劃中基礎(chǔ)工業(yè)和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)服務的一種技 術(shù)裝備，它廣泛應用于國民經(jīng)濟的眾多領(lǐng)域，推動國家建設(shè)事業(yè)的發(fā)展。 經(jīng)過 近 四 十年的努力，我國裝載機行業(yè)已有較大發(fā)展，但產(chǎn)品水平、規(guī)模和企業(yè)素質(zhì)與發(fā)達 國家相比，從整體上分析要差十五年左右，特別是大型裝載機差距更大，與國民經(jīng)濟發(fā)展目 標和世界科學技術(shù)飛速發(fā)展相比，遠未改變的局面，相反在技術(shù)上有進一步拉大的趨勢。 國產(chǎn)裝載機以價格低，能滿足一般土石方工程鏟業(yè)要求的特點，在國內(nèi)市場的占有率約為 90%1,1.國產(chǎn)裝載機的價格僅為卡特彼勒、小松同類機型的 1/3，故在普通工有較強的競爭短

2、,JL 乎沒有一力，但在國內(nèi)重點土石方 1席之地，均被國外產(chǎn)品所因可靠性差、。近幾年由于國產(chǎn)裝載機的價格優(yōu)勢，每年約有近加 0 臺出口，約占總產(chǎn)量的 1.5%。因此可以說，國內(nèi)市 場的特點是廈點工國產(chǎn)機進不去，搬工進口機賣不動。 上述說明，在結(jié)構(gòu)性能和結(jié)構(gòu) 件加工能力方面，國產(chǎn)裝載機行業(yè)進步較快，已接近國外先進水平，但在發(fā)、主要傳動件方面， 因故障率高制約了產(chǎn)品總體質(zhì)量和技術(shù)水平的提高。 盡管每年有不少新產(chǎn)品問世，但它們的傳動部 分大同小異，因而質(zhì)量水平也大同小異。 因此，選用技術(shù)性能先進的傳動系統(tǒng)，淘汰不符合國家有關(guān) 標準的、落后的傳動件將是提高裝載機產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵。 裝 載 機 系統(tǒng)的模糊

3、可靠性分析是將裝載機作為一個系統(tǒng)進行研究，用系統(tǒng)的觀點和方法 對各子系統(tǒng)的可靠性進行分析，合理分配可靠度，使系統(tǒng)的可靠度得以優(yōu)化配置，從而提高整機 的可靠性。 輪邊器的可靠性優(yōu)化設(shè)計是采用可靠性優(yōu)化設(shè)計這一現(xiàn)代設(shè)計方法，使裝載 機輪邊器這一關(guān)鍵的可靠性得以保證，使傳統(tǒng)設(shè)計方法的固有缺陷得以克服。 由于 可 靠 性對裝載機市場競爭力的重要性，國內(nèi)外學術(shù)界和工業(yè)界都很重視這方面的研究。 發(fā)達國家在理論上不斷推陳出新，在實踐中，積累了豐富的經(jīng)驗，打下了堅實的基礎(chǔ)，使其產(chǎn)品 可靠性大大領(lǐng)先其他國外。 同時，我國在該領(lǐng)域，理論上還不完善，實踐中缺乏大量基礎(chǔ)性 工作的支持，產(chǎn)品可靠性。1-2 可靠性研究的

4、發(fā)展和研究內(nèi)容 、可靠性學科的產(chǎn)生與發(fā)展概況 第二 次期呵，德國在改進其 v- I 和 v-I t 火箭性能時就提出了可靠性的概念。的海、陸、等部門，由于其技術(shù)裝備經(jīng)常發(fā)生故障而不能有效利用，于 1945 年至 1950 年 進行了大量的關(guān)于可靠性方面的研究。派往前線的飛機有 B0%不能起飛，電子儀 廣西大器使用時 50%發(fā)生故障，轟炸機上電子裝置的正當時，學常工作時間平均只有 20 小時，艦艇上的電子 裝置在使用初期有 70%發(fā)生故障。電子裝置的高故障率引起了人們的高度重視，從而促進了可靠 性研究首先在電子學領(lǐng)域得到快速發(fā)展。195 4 年在 紐約成立了第一個國家可靠性，英國、前、等國家相繼

5、從 20 世紀 50 年代末開始了可靠性研究工作。 第一 階 段 (1943 至 1958 年)，主要描述了建立在指數(shù)分布規(guī)律基礎(chǔ)上的平均的概率統(tǒng)計 特性。 研究認為，產(chǎn)品故障的發(fā)生及其原因是隨機事件，具有不可避免性。 第二 階 段 (1958 至 1968 年)，可靠性研究的特點是，大力開展了實際可靠性的試驗評估，以 及可靠性信息的收集和處理工作。 經(jīng)過這一階段的研究，使可靠性研究工作從電子領(lǐng)域擴展到了 機械領(lǐng)域，從軍事部門擴展到了民用部門。 196 8 年 以 后是可靠性發(fā)展的第三階段。 在這一階段，可靠性數(shù)學理論得到了進一步的發(fā)展， 并使其與技術(shù)學科緊密結(jié)合，形成了可靠性試驗方法與數(shù)據(jù)處

6、理方法;頒布了有關(guān)可靠性標準。 建立了預防維修體系和可靠性管理機構(gòu)，并使可靠性的教育更加普及。我國 自 1950 年以來，原機械工業(yè)部有關(guān)對可靠性進行了研究，了可靠性與環(huán)境 試驗和國外電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗兩種。 以后又在廣州設(shè)立了環(huán)境試驗。自 1978 年開放以來，我國的可靠性研究得到了大力發(fā)展，許多行業(yè)相繼設(shè)立了可靠性專業(yè) 組織，制定了相應的可靠性標準，加強了產(chǎn)品可靠性考核與管理工作。 經(jīng)過 20 多年的努力，我國工程機械領(lǐng)域在產(chǎn)品可靠性研究方面取得了較大的成績。 對批量生產(chǎn)的工程機械產(chǎn)品制定相應的可靠性指標和可靠性試驗標準，高等院校的相關(guān)專業(yè)開設(shè)了可靠 性課程并進行專題研究，從而促進了

7、工程機械產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高。 二 、 可 靠性研究的內(nèi)容可靠 性 學 科研究領(lǐng)域十分廣闊，分為三個基本方面，即:可靠性基礎(chǔ)理論、可靠性工程和可 靠性管理。 可靠 性 基 礎(chǔ)理論包括可靠性數(shù)學和失效學兩個領(lǐng)域。 概率論與數(shù)理統(tǒng)計是可靠性研究的理論 基礎(chǔ)。 可靠 性 工 程和可靠性管理包括:1.可靠性指標的確定與分配;2.可靠性:3.可靠性設(shè)計; 4 制造可靠性;5.可靠性試驗:6.可靠性鑒定;7.使用可靠性;8.可靠性管理。 隨著 科 學 技術(shù)的發(fā)展，工程機械產(chǎn)品的技術(shù)水平不斷提高，用戶對產(chǎn)品的可靠性要求也越來 越高，產(chǎn)品的可靠性水平直接影響著用戶的經(jīng)濟效益，并成為產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵。 因此，工

8、程機械可靠性理論研究將受到越來越高的重視，可靠性研究也將更加深入。機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計 與傳 統(tǒng) 設(shè) 計方法相比，可靠性設(shè)計有其自身的特點。 在傳統(tǒng)設(shè)計中，認為應力、強度、安全 系數(shù)等是確定性的單值變量:而在可靠性設(shè)計中，將相應的變量處理成量，并服從 廣西大學器使用時50%多值的隨發(fā)生故障，轟炸機上電子裝置的正常工作時間平均只有 20 小時，艦艇上的電子 裝置在使用初期有 70%發(fā)生故障。電子裝置的高故障率引起了人們的高度重視，從而促進了可靠 性研究首先在電子學領(lǐng)域得到快速發(fā)展z 195 4 年在 紐約成立了第一個、等國家相繼從 20 世紀國家可靠性，英國、前50 年代末開始了可靠性研究工作。第

9、一 階 段 (1943 至 1958 年)，主要描述了建立在指數(shù)分布規(guī)律基礎(chǔ)上的平均的概率統(tǒng)計特性。 研究認為，產(chǎn)品故障的發(fā)生及其原因是隨機事件，具有不可避免性。 第二 階 段 (1958 至 1968 年)，可靠性研究的特點是，大力開展了實際可靠性的試驗評估，以 及可靠性信息的收集和處理工作。 經(jīng)過這一階段的研究，使可靠性研究工作從電子領(lǐng)域擴展到了 機械領(lǐng)域，從軍事部門擴展到了民用部門。196 8 年 以 后是可靠性發(fā)展的第三階段。 在這一階段，可靠性數(shù)學理論得到了進一步的發(fā)展， 并使其與技術(shù)學科緊密結(jié)合，形成了可靠性試驗方法與數(shù)據(jù)處理方法;頒布了有關(guān)可靠性標準。 建立了預防維修體系和可靠性

10、管理機構(gòu)，并使可靠性的教育更加普及。 我國 自1950 年以來，原機械工業(yè)部有關(guān)對可靠性進行了研究，了可靠性與環(huán)境 試驗和國外電子產(chǎn)品可靠性與環(huán)境試驗兩種。 以后又在廣州設(shè)立了環(huán)境試驗。 自 1978 年改革開放以來，我國的可靠性研究得到了大力發(fā)展，許多行業(yè)相繼設(shè)立了可靠性專業(yè) 組織，制定了相應的可靠性標準，加強了產(chǎn)品可靠性考核與管理工作。經(jīng)過 20 多年的努力，我國工程機械領(lǐng)域在產(chǎn)品可靠性研究方面取得了較大的成績。 對批量 生產(chǎn)的工程機械產(chǎn)品制定相應的可靠性指標和可靠性試驗標準，高等院校的相關(guān)專業(yè)開設(shè)了可靠 性課程并進行專題研究，從而促進了工程機械產(chǎn)品質(zhì)量的不斷提高。 二 、 可 靠性研究的

11、內(nèi)容 可靠 性 學 科研究領(lǐng)域十分廣闊，分為三個基本方面，即:可靠性基礎(chǔ)理論、可靠性工程和可 靠性管理。 可靠 性 基 礎(chǔ)理論包括可靠性數(shù)學和失效學兩個領(lǐng)域。概率論與數(shù)理統(tǒng)計是可靠性研究的理論 基礎(chǔ)。 可靠 性 工 程和可靠性管理包括:1.可靠性指標的確定與分配;2.可靠性:3.可靠性設(shè)計; 4 制造可靠性;5.可靠性試驗:6.可靠性鑒定;7.使用可靠性;8.可靠性管理。 隨著 科 學 技術(shù)的發(fā)展，工程機械產(chǎn)品的技術(shù)水平不斷提高，用戶對產(chǎn)品的可靠性要求也越來 越高，產(chǎn)品的可靠性水平直接影響著用戶的經(jīng)濟效益，并成為產(chǎn)品競爭力的關(guān)鍵因素。 因此，工 程機械可靠性理論研究將受到越來越高的重視，可靠性

12、研究也將更加深入。機械系統(tǒng)可靠性設(shè)計 與傳 統(tǒng) 設(shè) 計方法相比，可靠性設(shè)計有其自身的特點。 在傳統(tǒng)設(shè)計中，認為應力、強度、安全 系數(shù)等是確定性的單值變量:而在可靠性設(shè)計中，將相應的變量處理成多值的隨量，并服從 廣西大學一定的概率統(tǒng)計分布。 在計算方法上，傳統(tǒng)設(shè)計采用確定性的計算公式，而可靠性設(shè)計采用非確 定性的計算公式。 在設(shè)計準則方面，傳統(tǒng)設(shè)計以確定的許用應力和安全系數(shù)為準則;而在可靠性 設(shè)計中，是以強度大于應力的概率為準則。 即，傳統(tǒng)設(shè)計是一種確定性的，以靜態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的 經(jīng)驗設(shè)計;可靠性設(shè)計則是一種非確定性的，以統(tǒng)計數(shù)據(jù)和概率論為基礎(chǔ)的合理設(shè)計。 系統(tǒng) 可 靠 性設(shè)計，指的是整機系統(tǒng)可靠

13、性的總體設(shè)計。 設(shè)計奠定可靠性，說明整機系統(tǒng)的可 靠性設(shè)計，是決定整機系統(tǒng)能否優(yōu)生，能否保證可靠性水平的關(guān)鍵。 整機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計是以 現(xiàn)場實際使用條件和使用要求為依據(jù)，以保證和提高整機系統(tǒng)在現(xiàn)場使用條件下順利完成規(guī)定功 能的能力為目的。 然而，可靠性設(shè)計的出發(fā)點是從如何滿足經(jīng)過論證的可靠性指標開始。 整機 系 統(tǒng) 的可靠性設(shè)計是整機系統(tǒng)總體工程設(shè)計的組成部分，它與整機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計緊密 相連相互交錯。 可靠性設(shè)計指標是一個獨立的要求，是保證整機系統(tǒng)質(zhì)量與可靠性水平的重要的 技術(shù)指標。 然而，對整機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方案與可靠性設(shè)計的各項要求，又是寓于整機系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)中的。 因此，要設(shè)計一個先

14、進的裝備，不僅要有先進的功能與性能的總體方案，還要有一個 完善的可靠性設(shè)計總體方案。 事實證明，整機系統(tǒng)有無可靠性設(shè)計總體方案，以及可靠性方案成 功與否，是決定整機系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，無論是從節(jié)省人力、物力、降低成本方面看，還是從 加速試制進度，保證產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性水平方面看，都有特別重要的意義。機械系統(tǒng)模糊可靠性設(shè)計 以概 率 論 與數(shù)理統(tǒng)計為數(shù)學基礎(chǔ)的可靠性設(shè)計，一般稱之為常規(guī)可靠性設(shè)計或普通可靠性設(shè)計，它研究工程設(shè)計中存在的隨機現(xiàn)象，本質(zhì)上把工程設(shè)計中的設(shè)計變量處理成多值隨量， 從而對系統(tǒng)的有關(guān)參數(shù)和指標予以概率意義上的設(shè)計，把傳統(tǒng)的設(shè)計擴展到一個新水平。 然而，可靠性設(shè)計存在隨機現(xiàn)象的同時

15、，還存在大量的模糊現(xiàn)象。 例如經(jīng)抽象簡化的基本支座模型有三 類:固定端、簡支端和端，自由端有明確的定義，容易識別，但對固定端、簡支端就沒有明 顯的界限，對滑動軸承而言，軸承較寬則假設(shè)為固定端，軸承較窄則假設(shè)為簡支端，這里的較 寬和較窄都是模糊概念。八十年代后期，國內(nèi)外有關(guān)認識到常規(guī)可靠性設(shè)計理論的局 限性。 常規(guī) 可 靠 性設(shè)計理論的局限性主要表現(xiàn)在以下幾個方面: 首先 ， 常 規(guī)可靠性設(shè)計理論是建立在普通集合論和二值邏輯基礎(chǔ)上的。 其次 ， 常 規(guī)可靠性設(shè)計理論事物的復雜化與梢確描述事物性質(zhì)和狀態(tài)的。 最后 ， 常 規(guī)可靠性設(shè)計理論缺乏必要的數(shù)據(jù)。 隨著 各 種 新型復雜系統(tǒng)的建立與工程項目

16、的實施，常規(guī)可靠性設(shè)計理論與工程實踐的日 益突出。 由于常規(guī)可靠性設(shè)計理論對處理模糊現(xiàn)象 為力，迫使人們將模糊數(shù)學和常規(guī)可靠性 設(shè)計結(jié)合起來。 模糊 隨 機 可靠性設(shè)計是以模糊數(shù)學、常規(guī)可靠性設(shè)計理論為基礎(chǔ)，同時考慮系統(tǒng)中的模糊現(xiàn) 象和隨機現(xiàn)象而設(shè)計理論和方法。 模糊隨機可靠性設(shè)計可簡稱為模糊可靠性設(shè)計。廣西大學一定的概率統(tǒng)計分布。 在計算方法上，傳統(tǒng)設(shè)計采用確定性的計算公式，而可靠性設(shè)計采用非確 定性的計算公式。 在設(shè)計準則方面，傳統(tǒng)設(shè)計以確定的許用應力和安全系數(shù)為準則;而在可靠性 設(shè)計中，是以強度大于應力的概率為準則。 即，傳統(tǒng)設(shè)計是一種確定性的，以靜態(tài)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)的 經(jīng)驗設(shè)計;可靠性設(shè)計則

17、是一種非確定性的，以統(tǒng)計數(shù)據(jù)和概率論為基礎(chǔ)的合理設(shè)計。 系統(tǒng) 可 靠 性設(shè)計，指的是整機系統(tǒng)可靠性的總體設(shè)計。 設(shè)計奠定可靠性，說明整機系統(tǒng)的可 靠性設(shè)計，是決定整機系統(tǒng)能否優(yōu)生，能否保證可靠性水平的關(guān)鍵。 整機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計是以 現(xiàn)場實際使用條件和使用要求為依據(jù)，以保證和提高整機系統(tǒng)在現(xiàn)場使用條件下順利完成規(guī)定功 能的能力為目的。 然而，可靠性設(shè)計的出發(fā)點是從如何滿足經(jīng)過論證的可靠性指標開始。 整機 系 統(tǒng) 的可靠性設(shè)計是整機系統(tǒng)總體工程設(shè)計的組成部分，它與整機系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)設(shè)計緊密 相連相互交錯?？煽啃栽O(shè)計指標是一個獨立的要求，是保證整機系統(tǒng)質(zhì)量與可靠性水平的重要的 技術(shù)指標。 然而，對整機系統(tǒng)的可靠性設(shè)計方案與可靠性設(shè)計的各項要求，又是寓于整機系統(tǒng)的 結(jié)構(gòu)中的。 因此，要設(shè)計一個先進的裝備，不僅要有先進的功能與性能的總體方案，還要有一個 完善的可靠性設(shè)計總體方案。 事實證明，整機系統(tǒng)有無可靠性設(shè)計總體方案，以及可靠性方案成 功與否，是決定整機系統(tǒng)成敗的關(guān)鍵，無論是從節(jié)省人力、物力、降低成本方面看，還是從 加速試制進度，保證產(chǎn)品質(zhì)量與可靠性水平方面看，都有特別重要的意義