盤式制動器可靠性分析

哈爾濱理工大學學士學位論文I盤式制動器可靠性分析汽車制動系統(tǒng)是汽車最重要的安全系統(tǒng)。制動器則是制動系統(tǒng)的執(zhí)行機構，其性能好壞直接影響汽車的安全。重大交通事故往往與制動距離太長、緊急制動時發(fā)生側滑等情況有關，故汽車的制動性是汽車安全行駛的重要保障。盤式制動器作為鼓式制動器的替代產品，具有熱穩(wěn)定性好、反應靈敏等優(yōu)勢，但是盤式制動器本身也存在一些問題，并且鼓式制動器存在的一些問題，雖然盤式制動器有一定程度改善，但并未得到完全解決。本文開篇闡明了制動器的概念、分類以及盤式制動器的結構特點和故障類型，然后又分別介紹了三種可靠性分析方法，包括故障樹分析法、概率分析法及故障模式影響分析。最后分別用這三種可靠性分析方法對盤式制動器存在的各種故障類型進行了分析和研究，得到了盤式制動器的一系列重要可靠性結果，并且提出了相應的改進方案。機械產品可靠性分析是保證機械產品可靠性的基礎和關鍵。而制動器是制動系中直接作用制約汽車運動的一個關鍵裝置，是汽車上最重要的安全部件，所以它的工作性能就顯得尤為重要。制動器是直接作用于制動輪或制動盤上產生制動力矩的機構，按結構可分為塊閘和盤閘，現(xiàn)在礦井提升機用的制動器大部分也是盤式制動器，因此對盤式制動器可靠性進行分析，具有客觀現(xiàn)實的意義。關鍵詞制動系統(tǒng)；盤式制動器；可靠性分析Automobilebrakesystemisthemostimportantsafetysystem.brakeistheenforcerofbrakesystem,whoseperformanceaffectsthevehiclessafetydirectly.Thebigtrafficaccidentsalwaysrelatestothetoolongstoppingdistanceandthesideslipthathappensduringtheemergentstopping.So,thebrakingperformanceistheimportantguaranteeofthesafedriving.Asthesubstitutionofdrumbrake,discbrakehasadvantagesoffinethermalstability,delicatefeedback,andsoon.Butitalsohassomedefects,andthoughtheproblemsofdrumbakehavebeenimproved,theyarenotresolvedcompletely.Thispaperillustratestheconcept,classificationandthestructureofthediscbrakecharacteristicsandfaulttypeatbeginning,thenrespectivelyintroducesthreekindsofreliabilityanalysismethod,includingfaulttreeanalysis,theprobabilityanalysisandfailuremodeandeffectanalysis.Finally,withthethreekindsofreliabilityanalysismethod,analysisandstudiesonthevariousexistingdiscbrakefaulttype,thengetsaseriesofimportantreliabilityresultofthediscbrake,andputsforwardtheimprovementplan.Thereliabilitydesignofmechanicalproductisthefoundationandkeyofensuringmechanicalproductreliability.Thebrakesarethekeydeviceswhichrestrictthemovementofvehiclesdirectly,andthemostimportantsafeparts.So,thebrakingperformanceisparticularlycrucial.Brakeisdirectroleinbrakewheelbrakediscorproducebrakingtorque,accordingtothestructurecanbedividedintopiecesandbrake,nowhoisterofbrakeismostlywithdiscbrakes,thereforethedisc-brakereliabilityanalysis,withtheobjectivereality.KeywordsBrakesystem;DiscBrake;ReliabilityAnalysisU哈爾濱理工大學學士學位論文摘要 I Ⅱ 11.1課題背景 11.2國內外現(xiàn)狀及發(fā)展 21.3本論文的研究意義 41.4本論文的主要研究內容 5第2章制動器的介紹 62.1制動器的概念 62.2制動器的分類 62.3盤式制動器的結構特點 72.4盤式制動器的故障原因及故障類型 第3章可靠性分析方法 3.1故障樹分析法(FTA) 3.1.1FTA概述及分析步驟 3.1.2故障樹的編制 3.1.3故障樹的定性分析 3.1.4故障樹的定量分析 3.2概率分析法 203.2.1系統(tǒng)的主要可靠性數(shù)量指標 3.2.2全概率分解技術及指數(shù)分布 3.2.3串聯(lián)系統(tǒng)和r/n表決系統(tǒng)的可靠度 3.3故障模式影響分析(FMEA) 3.3.1FMEA概述 243.3.2FMEA故障類型及分類 3.3.3FMEA分析步驟 第4章盤式制動器可靠性分析 4.1盤式制動器故障樹分析 294.1.1盤式制動器工作原理 294.1.2盤式制動器故障分析及故障樹的的建立 4.1.3盤式制動器故障樹的定量計算 4.2盤式制動器概率分析 4.2.1制動器的工作可靠度Rw 哈爾濱理工大學學士學位論文4.2.2制動器的固有可靠度R 4.2.3制動器的使用可靠度R? 4.3盤式制動器故障模式影響分析 4.3.1制動系統(tǒng)故障模式及其失效原因 致謝 錯誤!未定義書簽。參考文獻 第1章緒論盤式制動器散熱快、重量輕、構造簡單、調整方便。特別是高負載時耐高溫性能好，制動效果穩(wěn)定，能顯著減少制動距離，為車輛提供可靠的安全保障。同時，能顯著減少制動噪聲，有效解決制動引起噪聲污染。盤式制動器作為鼓式制動器的替代產品，市場需求量大。隨著汽車技術的不斷發(fā)展，基于人性化設計的低底盤車輛；基于乘坐舒適性的空氣彈簧懸架系統(tǒng)；基于使汽車制動時更加可控的電子系統(tǒng)都將逐步應用到各種車輛上，盤式制動器能更好的與這些先進的技術匹配，因此，無論是液壓還是氣壓盤式制動器，前景都很廣闊。發(fā)達國家盤式制動器制造和研發(fā)水平已相當成熟，而我國盤式制動器生產企業(yè)由于可以引進先進的設備，制造工藝相對成熟，但研發(fā)目前都還處于模仿階段，對盤式制動器的可靠性進行深入研究有利于提高我國汽車零配件企業(yè)盤式制動器的研發(fā)水平，縮小與可靠性是為適應產品的高可靠要求而發(fā)展起來的新興學科，是一門綜合了概率統(tǒng)計、系統(tǒng)工程、質量控制、生產管理等眾多學科的邊緣學科。它包括可靠性數(shù)學、可靠性物理、可靠性管理及可靠性工程，其主要研究內容為產品或系統(tǒng)故障發(fā)生的原因、故障的消除和預防措施，主要研究目的為保證產品的可靠性和可用性、延長使用壽命、降低維修費用、提高產品的使用效益?，F(xiàn)代科學技術和工業(yè)以驚人的速度向前發(fā)展，產品產量、參數(shù)的提高，使用條件的苛刻以及大量新技術、新工藝、新材料的應用，使產品可靠性問題日益突出，可靠性已經不僅影響產品的性能，而且關系從狹義可靠性理解，盤式制動器包含不可維修因素，如制動彈簧失效之后，影響制動力矩，需要更換新彈簧才能使制動器可靠性達到原有水平；閘瓦與閘盤之間摩擦系數(shù)衰減，也只能靠更換新閘瓦方能維持原有可靠性水平。從廣義可靠性理解，盤式制動器含有可維修因素，如閘瓦磨損后產生的間隙增大，經調整便可達到原有可靠性；液壓站零件發(fā)生故障，修理后也能使制動器可靠性達到設計水平。由此可知，制動器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的綜合反映。固有可靠性是由制動器設計制造及材料等因素決定的，在制動器產品出廠時便已明確，使用可靠性則是安裝、維護及操作等因素決定的，它反映了制動器固有可靠性在實際運行中的發(fā)揮程度，因此，固有可靠性的體現(xiàn)，受使用可靠性的限制，固有可哈爾濱理工大學學士學位論文2因此，研究盤式制動器的可靠性對于提高盤式制動器的質量和工作性能，推動制動事業(yè)的發(fā)展，提高企業(yè)的經濟效益，都具有重要的現(xiàn)實意義和應隨著公路交通系統(tǒng)的迅速發(fā)展，車輛速度的提高以及車輛密度的日益增加，為了保證行車的安全性，制動系統(tǒng)的性能以及可靠性就顯得更加重要了。提高制動器的可靠性和制造水平，改善汽車的制動性能，減少制動時振動和噪聲，成為汽車領域的越來越重要的課題。對我們來說盤式制動器并不陌生，上個世紀20年代初，盤式制動器就已經問世，但直到30年代后期才開始逐步應用于列車、坦克及飛機的制動上。由于制造技術的進步和人們認識的不斷提高，盤式制動器的優(yōu)點逐漸被汽車設計師們所認識。它于60年代初就已廣泛應用于轎車上，到80年代中期開始批量應用于輕型載貨車上，但是真正在重型載貨車上的應用則是最近幾年的事。歐洲的載貨車生產廠家對盤式制動器在載貨車，尤其是在重型載貨車上的推廣應用起了決定性的作用。1992年MAN公司在其載貨車系列產品全面更新開發(fā)時，除了在L2000中型載貨車上體現(xiàn)盤式制動器外，還在M2000中重和F2000重型系列載貨車以及大客車底盤上加以廣泛的應用[4]。60年代以來，盤式制器已經風靡美、日、歐等西方發(fā)達國家，廣泛應用于轎車和輕，中型車輛的前輪上，一些高級轎車前后輪均采用了盤式制動器。在一些大客車和重型汽車上也得到了廣泛應用。目前，西方發(fā)達國家轎車配置盤式制動器的比例幾乎達到100%。在一些中重型車輛上面，2000年左右，氣壓盤式制動器就已經成為歐美國家城市公交車輛的標配，載重車輛的后橋安裝率也超過了50%。目前歐美國家生產盤式制動器比較著名的有Bosch,我國汽車工業(yè)起步較晚，故應用盤式制動器的時間較晚，上世紀80年代雖在一些轎車上開始應用，但大多數(shù)是引進國外成品或散件。近些年來，由于我國汽車行業(yè)發(fā)展迅猛，尤其是轎車等乘用車輛通過與外國公司的合作發(fā)展非常之快，也帶動了液壓盤式制動器的發(fā)展，目前國內生產液壓盤式制動器的技術及工藝相對較為成熟，也具備了自主研發(fā)能力，規(guī)模相對較大的一些公司有武漢元豐，浙江亞太，浙江萬安等。氣壓盤式制動器在我國應用則更晚，國內最大的氣壓盤式制動器供應商武漢元豐才成立于1998年。目前氣壓盤式制動器形成量產規(guī)模的也只有武漢元豐和浙江萬安兩家。上述幾家公司雖然都有一定規(guī)模，但是與歐美發(fā)達國家公司相可靠性是度量產品質量的重要指標，機械產品的可靠性問題不僅影響產品的性能，而且影響一個國家的國計民生和社會的安全與穩(wěn)定?？煽啃?作為一門邊緣學科，它是由故障分類學、統(tǒng)計學、失效物理學、環(huán)境科學和系統(tǒng)工程等學科的綜合而發(fā)展起來的新興學科。從學科的性質來看，可靠性是系統(tǒng)工程的重要分支，它的任務是研究系統(tǒng)或設備在設計、生產和使用的各個階段，定性與定量的分析、控制、評估和改善系統(tǒng)或設備的可靠性，并在設計中達到可靠性與經濟性綜合平衡。它源起于在美國的國防、航空、航天、電子等工業(yè)部門的應用，因此在其發(fā)展過程中，軍用系統(tǒng)的研制是其積極的和主要的推動力。雖然對于可靠性問題的研究起源于20世紀30年代，但是對機械產品的可靠性進行深入的分析研究則是從20世紀40年代開始的，并在近30多年來日趨成熟，成為一門綜合性和邊緣性的應用學科。同時，隨著科學技術的發(fā)展，系統(tǒng)尤其是大型機械產品越來越復雜，可靠性特別是機械產品的可靠性也越來越受到人們的重視。其原因一方面是機械產品越復雜，可靠性越難以達到理想的指標；另一方面是機械產品越復雜，由于機械產品而發(fā)生故障所造成的損失也越大。因此，為了減少投資，減輕風險，提高機械產品的可靠性，對機械產品的可靠性進行分析研究具有非常重要的現(xiàn)實意義[7]。西北工業(yè)大學的李艷敏和吳立言在《機械可靠性分析方法評述》一文中對目前機械可靠性分析方法進行了全面評述，以求更為合理地對現(xiàn)有的各類可靠性分析方法進行分類，并指出各類分析方法的特點、局限性以及適用范圍。為可靠性工作者機械產品可靠性分析是保證機械產品可靠性的基礎和關鍵。機械產品可靠性分析的重要任務是保證所設計的機械零件能夠在規(guī)定的工作時間內、在給定的載荷條件下安全地工作，目前可靠性分析方法已滲透到機械設計各個領域，并且已取得了一些重大成果，包括：1)發(fā)展了故障樹分析法(FTA)、故障模式及后果分析法(FMEA、FMECA)的內容、方法和步驟；2)對應力—強度干涉模型進行了深入的研究，發(fā)展了應力、強度均為二維分布的模型和應力、強度隨時間變化的模型；3)發(fā)展了疲勞可靠性的分析和設計方法，即載荷譜的計數(shù)法、累積損傷理論和概率斷裂力學；4)對磨損可靠性進行了深入研究，將其轉化為極限允許磨損量和實際磨損量的干涉；5)仿真方法得到廣泛的應用，特別是運用蒙特卡羅模擬技術可以確定應力分布、強度分布，計算可靠度及其置信區(qū)間，可以模擬疲勞裂紋的形成、發(fā)展，從而預測壽命[9]。提高機械產品的可靠性，對于我國社會主義建設有著重要的意義，這不但可使各種機械設備保持較高的完好率、充分發(fā)揮其效能，而且還可以減少維修費用，減輕操作者的勞動強度，并能為國家節(jié)約大量原材料和資金，加速施工與建設的速度。南京電子技術研究所的潘爽在《淺談機械產品可靠性設計》一文中介紹了機械產品可靠性的特點及其可靠性參數(shù)、機械可靠性設計與傳統(tǒng)機械設計之間的關系[10];在此基礎上結合了工程研制的實際經驗，對機械產品的可靠性設計方法和步驟做了初步的探討。4制動器作為安全和工作裝置，是機械設備的重要組成部分，其質量顯著影響整個設備的可靠性、安全行和生產率。從78年代起，國外對制動器這類重要部件的可靠性問題就開始予以重視。太原重型機械學院的華小洋在《起重運輸機械制動器的可靠性分析》一文中就如何用可靠性理論來評價制動器的質量作一分析和探索，文中給出了制動器的可靠性指標及其求法，為制動器產品質量的可靠性評價和它的預防性維修提供了依據[11]。礦井提升機盤式制動器的工作可靠性可分為固有可靠性和使用可靠性。曲江煤炭開發(fā)有限責任公司的王國華在《礦井提升機盤式制動器工作可靠性淺析》通過對盤式制動器進行分析可確定影響盤式制動器工作可靠性的主制動器是汽車制動系統(tǒng)中最重要的安全部件，對汽車制動器的工作過程進行深入的分析、研究具有十分重要的意義。制動器的工作環(huán)境復雜，影響因素很多，有些現(xiàn)象具有不可重復性，試驗研究雖然是最好的方法，但這要消耗大量的人力和物力，尤其是在產品的開發(fā)階段更是非常困難。而且所得到的結果只能告訴我們產品是否被破壞及其破壞時的一些現(xiàn)象，并不能分辨出為何破壞，是哪些外力因素直接導致的產品的破壞，要將各個外力因素逐個的隔離也很困難。但是隨著科學技術的發(fā)展，各種可靠性分析發(fā)法的應用，使得制動器的可靠性分析更加準確、直觀，也更加能反映出機械產品的實際情況，日益完善的算法也更加能保證計算結果的可信可靠性工程的誕生已近半個世紀的歷史，以電子產品可靠性分析為先導的可靠性工程迄今發(fā)展得比較成熟，已形成一門獨立的學科。相比之下，機械產品的可靠性分析與研究則起步較晚。上世紀60年代，對機械可靠性問題引起了廣泛的重視并開始對其進行了系統(tǒng)研究。雖然國內外都投入了研究力量，取得了一定的進展，但終因機械產品可靠性涉及的領域太多、可靠性研究的范圍大、基礎性數(shù)據缺乏等原因，機械可靠性設計在工程實際中應用得并不廣泛[14]。因此以研究制動器可靠性，更加擴展機械產品可靠性的研究范圍和廣泛應用。目前大部分制動系統(tǒng)采用的是盤形制動器，由于盤式制動器成對使用，機械制動時主軸不承受軸向附加力。但是在機械使用過程中，由于使用維護不當和制動系統(tǒng)本身存在的一些缺陷，致使盤形制動器失效而造成的事故時有發(fā)生[15]。由此可見，盤形制動器的可靠性直接關系到整機的正常運行，有必要對其進行可靠性分析，探討提高制動器工作可靠性的途徑和措施，進而加強機械的運行安全性。這對提高生產工作效益、延長設備使用壽命及安全生產，都具有較強的現(xiàn)實意義和經濟價值。因此，無論是5從提高機械性能增加生產效益，還是減少事故發(fā)生以求更大的經濟效應的角度來看，研究盤式制動器可靠性都是十分有必要的。1.4本論文的主要研究內容本文以分析盤式制動器的可靠性為核心，擴展研究了與之相關的一些(1)簡要介紹了制動器的一些基礎知識。包括制動器的概念及其分類，重點是講述了盤式制動器的結構特點，以幾種具有代表性的制動器為例子，列出了盤式制動器的故障原因及故障類型；(2)闡述了三種具體的可靠性分析方法。包括兩種定性分析方法：故障樹分析法(FTA)以及故障模式影響分析(FMEA),雖將其定義為定性分析法，但真正分析過程中也包含有部分定量計算，還有一種定量分析方法為概率分析法，較為詳細的介紹了這三種方法的應用和分析步驟；(3)用上述介紹的三種可靠性分析方法分別對盤式制動器進行了可靠性分析。根據盤式制動器的工作原理、故障分類及其結構分析圖，最終分析出各種典型制動器的可靠性，包括故障樹、通過一些公式的定量計算和故障模式分析表格。6第2章制動器的介紹2.1制動器的概念制動器是具有使運動部件(或運動機械)減速、停止或保持停止狀態(tài)等功能的裝置，是使機械中的運動件停止或減速的機械零件，俗稱剎車、閘。制動器主要由制架、制動件和操縱裝置等組成。有些制動器還裝有制動件間隙的自動調整裝置。為了減小制動力矩和結構寸制動器通常裝在設備的高速軸上，但對安全性要求較高的大型設備(如礦井提升機、電梯等)則應裝在靠近設備工作部分的低速軸上[16]。制動器是用來吸收汽車的動能，使之轉變?yōu)闊崮苌⑹У酱髿庵?，迫使汽車車速迅速降低，直至停車的機構，是制動系中用以產生阻礙車輛的運動或運動趨勢的力的部件。1998年，制動器已被我國列為國家安全認證產品。很多機械產品上采用的制動器已發(fā)展成制動系統(tǒng)，即完成具有制動過程中的操縱或控制部分、制動裝置以及其他一些輔助設備等，組成一個完整獨立的制動工作系統(tǒng)[17]。例如：氣動制動系統(tǒng)，包括氣動制動器和氣動操縱、控制和輔助裝置；液壓制動系統(tǒng)，包括液壓制動器和液壓操縱、控制和輔助裝置。制動技術的發(fā)展，是制動系統(tǒng)成為集機械、電、液、材料、計算機技術于一體的現(xiàn)代化裝置。制動器的設計，應考慮制動器的類型、性能如何滿足配套主機的要求，以及可靠性和經濟性[18]。例如：起重運輸機械用的制動器要求制動力矩隨外載荷變化而變化、有制動襯墊磨損的自動補償裝置以及遙控系統(tǒng)等；飛機的制動系統(tǒng)要求能適應各種跑道路面的條件，改變制動力矩大小，保證飛機輪胎不被跑道擦傷而導致爆破；礦井巷道內下運帶式輸送機的制動，為防止爆炸，采用液壓制動原理，成為機、電、液聯(lián)合制動系統(tǒng)等。2.2制動器的分類(1)按驅動部件(類別)分類：有機械制動器、氣壓制動器、液壓制動器、電制動器、人力制動器。(2)按制動部件(組別)分類：有外抱塊式制動器、內脹蹄式制動器、帶式制動器、盤式制動器、磁粉制動器、磁渦流制動器。(3)按功能(雙功能)分類：有離合制動器、防爆制動器、防風制動(4)按制動系統(tǒng)的作用：制動系統(tǒng)可分為行車制動系統(tǒng)、駐車制動系7統(tǒng)、應急制動系統(tǒng)及輔助制動系統(tǒng)等。上述各制動系統(tǒng)中，行車制動系統(tǒng)和駐車制動系統(tǒng)是每一輛汽車都必須具備的。(5)按制動操縱能源：制動系統(tǒng)可分為人力制動系統(tǒng)、動力制動系統(tǒng)和伺服制動系統(tǒng)等。以駕駛員的肌體作為唯一制動能源的制動系統(tǒng)稱為人力制動系統(tǒng)；完全靠由發(fā)動機的動力轉化而成的氣壓或液壓形式的勢能進行制動的系統(tǒng)稱為動力制動系統(tǒng)；兼用人力和發(fā)動機動力進行制動的制動系統(tǒng)稱為伺服制動系統(tǒng)或助力制動系統(tǒng)。(6)按工作狀態(tài)分類：有常閉式和常開式制動器。常閉式制動器(驅動部件停止工作時具有制動功能的制動器)即靠彈簧或重力使其經常處于抱閘狀態(tài)，機械設備工作時松閘，如卷揚機、起重機的起升和變幅機構等。常開式制動器(驅動部件停止工作時不具有制動功能的制動器)常處于松閘狀態(tài)，抱閘時需施加外力，如運輸車輛和起重機的運行機構、旋轉機構等，此類機械需控制制動力矩的大小，以便減速、停車[19]。(7)按摩擦副中固定摩擦元件的結構來分類：液壓盤式制動器分為鉗盤式和全盤式制動器兩大類，鉗盤式制動器由旋轉元件(制動盤)和固定元件(制動鉗)組成。制動盤是由裝在橫跨制動盤兩側的夾鉗形支架中的摩擦塊和促動裝置組成。摩擦塊是由工作面積不大的摩擦材料和金屬背板組成。每個制動器中一般有2~4個摩擦塊。兩摩擦塊之間裝有作為旋轉元件的制動盤。摩擦塊與制動盤的接觸面積較小，在盤上所占的中心角一般也較小，故這種盤式制動器又稱為點盤式制動器。其結構較簡單，質量小，散熱性較好，且借助于制動盤的離心力作用易將泥水、污物等甩掉，維修也方便。但摩擦塊的面積較小，制動時其單位壓力很高，摩擦面的溫度較高，因此，對摩擦材料的要求也較高。鉗盤式制動器過去只作中央制動器，現(xiàn)在則廣泛被各級轎車和貨車作為車輪制動器。(8)按制動鉗的結構型式分類：鉗盤式制動器又可分為浮動鉗式和固定鉗式兩種。目前應用最為廣泛的是浮動鉗盤式制動器。(9)全盤式制動器的旋轉元件也是以端面工作的金屬圓盤(制動盤),其固定元件是呈圓盤形的金屬背板和摩擦塊，工作時制動盤和摩擦塊之間的摩擦面完全接觸。全盤式制動器只在少數(shù)汽車(主要是重型汽車)上作2.3盤式制動器的結構特點制動器結構類型眾多，盤式制動器是常見的制動器形式之一。工業(yè)動力傳動的場合都需要制動器，它是具有使運動部件(或運動機械)減速、停止或保持停止狀態(tài)功能的裝置，集工作裝置和安全裝置于一體，是保證機器安全正常工作的重要部件。廣泛應用于港口、冶金、建筑、電力、礦山起重機、皮帶運輸機、升船機、電梯等物料運輸設備，因而對其安全可哈爾濱理工大學學士學位論文8靠性能、操作頻率、動作準確性、使用壽命等要求都很高。盤式制動器的制動效能因數(shù)雖不是很高，但其因穩(wěn)定性最好、制動盤容易散熱、熱膨脹后使摩擦片與制動盤壓得更緊、涉水后水恢復性能好等優(yōu)點越來越引起人們的重視，此外其還有在輸出制動力矩相同的條件下，尺寸、重量一般較鼓式制動器小、襯片更換容易等優(yōu)點，因此國外摩托車的前制器較多地采用液壓盤式制動器。為了改善制動器的使用性能和范圍，盤式制動器是繼鼓式制動器后發(fā)展起來的又一種新型制動器，主要由底座、制動臂、瓦塊總成、制動彈簧總成、三角板總成、連鎖退距均等裝置和電力液壓推動器組成[21]。盤式制動器結構圖如圖2-1所示。圖2-1盤式制動器結構圖5:三角板總成6:制動彈簧總成7:制動盤盤式制動器同樣設計了襯墊極限磨損限位裝置，制動器開、閉閘指示裝置，襯墊磨損補償裝置和手動釋放裝置等，在使用過程中基本上可做到免維護，同時還可增加各種機構動作限位開關，給主機PLC(可編程控制)提供所需要的連鎖保護信號。由于盤式制動器制動性能優(yōu)越，安全可靠，所以在港口起重機械中常用于岸橋起升機構和輪臺吊起升機構中，而鼓塊制動器常用于大車行走機構；在鋼廠起重機械的起升機構中常見于塊式制動器，而盤式制動器正在逐步推廣中。盤式制動器的一般結構主要式由帶輪轂的制動盤和制動鉗總成。目前使用的基本上都是浮動鉗盤式制動器。制動鉗總成由座體、可浮動鉗、雙活塞組件、摩擦片及底板、減震板及防噪片等組成。氣壓盤式制動器的制動動力源為氣壓泵提供的壓縮空氣，基本工作原理是由空氣驅動活塞將與活塞同一側的摩擦片壓向制動盤，同時，活塞的反向力推動滑鉗將另一側的摩擦片拉向制動盤，實現(xiàn)制哈爾濱理工大學學士學位論文9與鼓式制動器相比，傳統(tǒng)的液壓盤式制動器具有很多優(yōu)點：制動效能穩(wěn)定，無增勢作用，不會產生自鎖現(xiàn)象；具有良好的抗熱衰退和水衰退性能；制動間隙穩(wěn)定，制動反應時間短；輸出制動力矩相同的情況下，盤式制動器的尺寸可以做得更小；制動間隙自動調節(jié)更容易實現(xiàn)。其缺點是：效能較低，致使其要求的促動壓力高，而且難以滿足較大的制動力矩要求；當過熱時液壓管路中的制動液可能氣化而形成氣阻現(xiàn)象；駐車制動裝置較為復雜。氣壓盤式制動器除了其原有的缺點，其性能和可靠性相對于鼓式制動器來說具有無可比擬的優(yōu)勢。第一，由于自身的結構特點鼓式制動器在工作時產生的熱量難以散發(fā)，其摩擦對制動鼓熱變形較大，受熱后制動間隙也隨之增大，因而引起氣室推桿行程的增加，延長反應時間甚至引起氣室推力下降從而降低制動能力；此外由于鼓式制動器受熱后壓力分布變化較大，還會帶來制動效能下降，磨損加快的一系列的問題。而氣壓盤式制動器由于制動盤大部分都暴露于空氣中，熱交換容易，工作時溫升較低；且制動盤受熱時變形不會引起壓力分布變化，對制動間隙的影響是負向的，因而盤式制動器的制動效能非常穩(wěn)定，制動可靠性高；且制動反應時間較短，這一點對于匹配較大的意義。第二，由于氣壓盤式制動器的促動力來源于壓縮空氣，通過杠桿作用的轉換，相對于液壓盤式制動器能夠產生較大的制動輸入力，駐車制動的形式也可以做得和鼓式制動器一樣簡單；由于不存在氣阻現(xiàn)象，因而克服了傳統(tǒng)的液壓盤式制動器的缺陷；同時由于制動間隙較小(0.050.15mm)且傳動效率較高，再加上制動間隙自動調節(jié)機構的作用，使盤式制動器所消耗的空氣量比鼓式制動器小得多，制動反應時間也相應縮短，制動氣室也可以始終工作在最佳推桿行程內。第三，使用氣壓盤式制動器在所需制動力矩相同的情況下，其外形尺寸比鼓式制動器小得多，因此給整車布置帶來了方便；而且由于其質量特別是旋轉部分的質量小得多，失衡量也小得多，使非簧載質量大為減輕，加上失衡量減小，可以明顯改善汽車的舒適性、平順性和操縱穩(wěn)定性。第四，由于氣壓盤式制動器的摩擦襯片可磨損厚度達20mm,而鼓式制動器的可磨損厚度摩擦片不到10mm,因此在同等使用條件下，盤式制動器摩擦襯片的更換周期較鼓式制動器長得多；如果考慮到兩種制動器散熱能力的差別，它們的更換周期差別能達到3倍以上；此外，盤式制動器更換摩擦襯片時只需要扒掉輪胎即可，而鼓式制動器更換摩擦片則復雜得多，工時及材料消耗也大大超過盤式制動器；并且盤式制動器的制動間隙不需要通過手工調整，摩擦片磨損到規(guī)定厚度時，還會自動報警；這些優(yōu)點可以使用戶節(jié)約日常維護的時間；制動器散熱能力的提高也可以降低輪轂及輪輞的溫升，從而大大延長輪胎的使用壽命。所以對用戶來說，使用氣壓盤式制動器所帶來的效益要大于增加的成本。哈爾濱理工大學學士學位論文第五，結構緊湊、體積小、重量輕。以一輛總重量為18t的重型汽車為例，若用鼓式制動器，前橋質量為89.5kg,后橋為118kg;若用盤式制動器，前橋為84.5kg,后橋為94kg。這意味著對于兩軸車輛，盤式制動器的總質量比鼓式制動器輕58kg,即14%f23]。2.4盤式制動器的故障原因及故障類型制動系統(tǒng)失效引發(fā)事故的技術分析：行車中由于制動系統(tǒng)失效或故障，將造成極大的危害，在一般道路上，制動系統(tǒng)失效會造成追尾、碰撞行人或其他障礙，甚至造成兩車相撞，從而造成人員傷亡、貨物損壞。在高速公路上行駛，由于制動失效，將造成追尾碰撞或沖撞護欄，由于在高速公路上行駛時一般車速均較高，追尾或沖撞護欄的結果只能是車毀人亡。根據德國汽車檢查協(xié)會人士把因零部件故障引起的交通事故形態(tài)做成了圖示，如圖2-2所示。據此可以看出，制動器故障引發(fā)的事故最多241。了圖示，如圖2-2所示。據此可以看出，制動器故障引發(fā)的事故最多241。1事故百分比(%)圖2-2零部件故障引發(fā)事故的統(tǒng)計汽車制動裝置由兩部分組成：即制動力傳遞系統(tǒng)和制動器。制動裝置的故障主要是由這兩部分產生問題所引起的。(1)制動力傳遞系統(tǒng)的故障技術分析制動力傳遞系統(tǒng)，通過踩制動踏板而產生的制動力，借助于液壓(氣壓)傳遞給裝在4個輪子上的制動器的機構。其故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：①雖然腳踏下制動踏板，而制動力并未(或較少)傳遞給制動器的故障。其主要原因是制動踏板踩踏行程不足，制動摩擦片磨損過多，使制動蹄與制動鼓之間間隙增大，從而使踏板自由行程加大所致。②氣阻。制動軟管產生龜裂，或液壓制動油管斷裂，使液壓回路中泄漏出制動液，一旦制動液蓄液杯中備用制動液用空，液壓回路內將進入空氣，從而無法傳遞動力。因此在事故現(xiàn)場，如果發(fā)現(xiàn)制動裝置故障的可能性較大時，必須檢查蓄油杯內制動液的殘留狀態(tài)，同時認真檢查制動軟管和制動油管接口部位是否有龜裂、斷裂和滲漏制動液現(xiàn)象，同時檢查制動鼓是否有制動液流出的痕跡。③助力(伺服)裝置的故障。由于轎車已廣泛應用了利用發(fā)動機的真空來增大制動力的真空助力裝置。大型貨車、客車上也廣泛采用了氣壓助力方式，這些助力裝置的故障將使制動效能大大下降。根據實驗，桑塔納轎車在無真空助力情況下，制動效能將下降60%,從而也會引發(fā)交通事故。對真空助力或氣壓助力的車輛，在發(fā)生事故時，還應檢查助力裝置是否有破損痕跡或其他不工作現(xiàn)象。④氣滯。由于使用質量低劣的制動液，制動液壓產生過程中，由于溫度的升高，從制動液中將分離出蒸氣，這時將引發(fā)與氣阻一樣的故障現(xiàn)(2)制動器的故障技術分析制動器約束車輪控制旋轉，使輪胎滑動，用摩擦力使汽車減速的制動機構。其故障現(xiàn)象主要表現(xiàn)在：①制動效能衰減。在長距離的下坡道上，頻繁踏踩制動器，使制動摩擦片因摩擦面過熱，摩擦片的摩擦系數(shù)急劇下降，造成制動失效，這就是制動效能衰退。對于載質量大的貨車和載客的客車，行駛在長距離的下坡道時必須特別注意。為防止制動效能衰退，靈活使用發(fā)動機制動是非常重要的手段之一。當然，不少載貨、載客汽車下長坡時，對制動鼓淋水，以增加制動鼓的散熱效能，也是減少制動效能衰退的方法之一。②浸水。車輛經過水浸地區(qū)或雨水進入制動器內后，摩擦片的摩擦面會變得濕滑，摩擦系數(shù)下降，制動力會暫時性減退，一旦離開水浸地區(qū)后，此時應連續(xù)輕微制動，使附著在摩擦片上的水因摩擦熱而蒸發(fā)掉，讓制動力逐漸恢復。這種現(xiàn)象稱為水恢復現(xiàn)象。盤式制動器由于通過制動盤的旋轉，把附著的水甩出去，所以水恢復性能優(yōu)良，而鼓式制動器的水恢復性能則相對較差。③單輪失效。當左右車輪制動力不平衡時(如單邊摩擦片磨損較大或制動分泵失效)或一側車輪浸水時，此時急速踏下制動踏板會造成把航不穩(wěn)，嚴重的甚至會發(fā)生跑偏和掉頭等現(xiàn)象。在潮濕路面、積雪路面、冰④清晨制動異常現(xiàn)象。這種現(xiàn)象主要發(fā)生在潮濕地區(qū)，夜間停放在野外(室外)的汽車，其制動鼓或制動盤被雨露打濕而生銹，由于表面生裝置故障的統(tǒng)計，見圖2-3。制動故障百分率(%)圖2-3制動器故障率的零部件分析由于車輛的性能與行駛速度與日劇增，為增加車輛在高速行駛時制動的穩(wěn)定性，盤式制動器已成為當前制動系統(tǒng)的主流。由于盤式制動器的制動盤暴露在空氣中，使得盤式制動器有優(yōu)良的散熱性，當車輛在高速狀態(tài)做急制動或在短時間內多次制動，制動的性能較不易衰退，可以讓車輛獲得較佳的制動效果，以增進車輛的安全性。并且由于盤式制動器的反應快速，有能力做高頻率的制動動作。盤式制動器以靜止的制動碟片，夾住隨車輪轉動的制動碟盤以產生摩擦力，使車輪轉動速度降低的制動裝置。當踩下制動踏板時，制動總泵內的活塞會被推動，而在制動油路中建立壓力。壓力經由制動油傳送到制動卡鉗上之制動分泵的活塞，制動分泵的活塞在受到壓力后，會向外移動并推動摩擦片去夾緊制動盤，使得摩擦片與制動盤發(fā)生磨擦，以降低車輪轉速，好讓汽車減速或是停止。制動時的感覺非常重要。正常的制動系統(tǒng)在制動時，會感覺踏板堅實，車子應立即平滑地沿直線停住。當車輛出現(xiàn)嚴重的抖動或者朝一側斜行，或者感覺踏板反應不靈敏、軟綿綿的時候，就應該引起車主的重視了。有些尖叫是由于摩擦片與它背面的墊片相互作用產生的。在低速行駛沒有使用制動的情況下發(fā)出輕微尖叫是因為制動盤或摩擦片邊緣磨損。另外，如果制動溫度過高，超過400攝氏度時會出現(xiàn)煙霧并發(fā)出氣味，且會明顯感覺到制動軟，礦井提升機對制動器的基本要求是能在規(guī)定的制動距離內，保證提升機按設計要求的減速度進行減速、準確停車及各種事故狀態(tài)下的緊急制動。是提升機安全運行的最后一道防線。提升機的安全運行，很大程度上取決于制動裝置的工作可靠性。采用液壓制動方式的提升機，無論其控制系統(tǒng)如何先進、檢測手段如何完善，要使提升機實現(xiàn)安全可靠地制動，最終還要由盤式制動器來完成。通過對盤式制動系統(tǒng)可靠性資料分析，發(fā)現(xiàn)提升機制動器平均無故障工作時間及閘瓦的壽命都是比較低的。盤式制動器靠油壓松閘，靠碟形簧壓力制動。碟形彈簧失效，閘瓦與閘盤間的摩擦系數(shù)減小，閘瓦與閘盤間的間隙大，系統(tǒng)殘壓高，制動盤偏擺度等多種因(1)制動效果不良(制動偏軟):汽車行駛中制動時，制動減速度小，制動距離長。原因：分泵或總泵滲油，不能保證足夠的油壓；制動器有故可根據制動踏板行程、踏制動踏板時的軟硬感覺、踏下制動踏板后的穩(wěn)定性來判斷。維持制動時，踏板的高度若緩慢下降，說明制動管路某處破裂、接頭密閉不良、總泵或分泵活塞密封不良、回油閥及出油閥不良?？墒紫忍は轮苿犹ぐ?，觀察有無制動液滲漏部位。若外部正常，則應檢查分泵或總泵故障。連續(xù)幾腳制動時踏板高度稍有增高，說明制動管路中滲入(2)制動突然失靈：汽車在行駛中，一腳或連續(xù)幾腳制動，制動踏板均被踏到底，制動突然失靈。原因：制動總泵或分泵漏油嚴重；制動總泵或分泵活塞密封圈破損，或制動油路中有過多的空氣。如發(fā)生此情況，司機應迅速連續(xù)兩腳制動。發(fā)生制動失靈的故障，應立即停車檢查。首先觀察制動液罐中的制動液有無虧損，然后觀察制動總泵、分泵、油管有無泄(3)制動跑偏：制動時，方向跑偏，特別是沒有裝制動防抱死裝置的汽車，方向控制不了。其原因為制動磨損不均，總泵一個活塞油封膨脹、(4)制動抖動：制動時擺振，轉向盤彈手。原因為制動盤擺差超限，(6)制動不回：踏下制動踏板時感到既高又硬或沒有自由行程，汽車(7)踩制動踏板，踏板不升高，無阻力：需判斷制動液是否缺失；制第3章可靠性分析方法FTA(故障樹分析法)是安全系統(tǒng)工程中重要的分析方法，該方法是由美國貝爾電話實驗室的維森提出的，它是可靠性的分析方法，又稱為事故樹分析和失效樹分析。美國波音飛機公司的哈斯爾采用計算機輔助方法進行分析，1974年美國原子能委員會應用FTA對核電站進行了風險評價，目前已應用到眾多領域。在安全管理和安全性分析與評價方面，多稱為事故樹分析。故障樹分析是一種表示災害事故的各種因素之間的因果及邏輯關系圖，并通過系統(tǒng)概率計算，提出相應的措施，以提高系統(tǒng)的安全希望發(fā)生的事件為頂，向下逐層找出導致該事件發(fā)生的全部原因(材料缺陷、環(huán)境、人為因素等),然后以一種特殊的倒立樹狀邏輯因果圖(即故障樹)來表示其間的邏輯關系，并進行定性、定量的安全性和可靠性分找造成在故障樹中，把最關心并需要探明其發(fā)生原因的故障事件叫做頂事件，而把無需探明其發(fā)生原因的故障事件，叫做底事件，既非頂又非底的③調查系統(tǒng)發(fā)生的事故：廣泛了解系統(tǒng)的事故，搜集國內外的資(2)故障樹的編制①確定頂上事件：系統(tǒng)失效事件，可事先進行預先危險性分析(PHA)、故障類型和影響分析(FMEA)。③建造故障樹：這是故障樹分析的核心部分之一。(3)故障樹定性分析：求出故障樹的最小割集或最小徑集，確定各基本事件的結構重要度大小。根據定性分析的結果，確定預防事故的安全保(4)故障樹定量分析：定量分析應根據需要和條件來確定。根據各基本事件的發(fā)生概率，計算頂事件發(fā)生的概率；計算各基本事件的概率重要(5)制定安全對策：在對事故樹全面分析之后，必須制定安全對策，對設備進行故障樹分析時首先要熟悉系統(tǒng)，通過對系統(tǒng)設計、運行及工藝情況進行詳盡的分析找出影響系統(tǒng)正常運行的各種因素進行詳盡的分析才可以建立起完善的故障樹。其次將系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障事件確定為頂事件，選擇好頂事件有利于整個系統(tǒng)故障的分析及可靠性的改善，頂事件可以是通過借鑒其它系統(tǒng)所發(fā)生過的故障事件，也可以是指定的事件，任何感興趣的要分析的故障事件都可以作為頂事件。頂事件可以是大系統(tǒng)中的，也可以是局部子系統(tǒng)中的故障事件。然后由頂事件出發(fā)進行分析，逐級分解中間事件的起因直到基本事件為止。最后對故障樹進行定性和定量分析，求出復雜系統(tǒng)的失效概率和其他可靠性參量，為改善和評估系統(tǒng)或門(或門(OR)3.1.2故障樹的編制一切失效都是故障，但不是所有的故障都是失效。故障事件是指系統(tǒng)或系統(tǒng)中的部件發(fā)生狀態(tài)改變的過程，故障事件發(fā)生指的是系統(tǒng)、部件處于故障狀態(tài)。部件故障事件：1)一次故障：部件所受應力小于等于設計應力，如自然、老化和變質等；2)二次故障：部件所受應力大于設計應力，如相鄰部件、環(huán)境和人為因素等；3)受控故障：不正確的控制訊號或噪音，如環(huán)境和人為因素。系統(tǒng)故障事件是指發(fā)生原因無法從單個部件的故障引起，而可能是一個以上的部件或分系統(tǒng)的某種故障狀態(tài)。例如，“電動機偶然開動”。靜態(tài)部件是以靜態(tài)方式參加系統(tǒng)工作，相當于一個能量傳送器，如管道、導線、軸承等，其失效概率較低。動態(tài)部件是以動態(tài)方式參加系統(tǒng)工作，相當于一個“信號”發(fā)生器，如繼電器、電阻器、哈爾濱理工大學學士學位論文故障樹的編制是一個嚴密的邏輯推理過程，編制故障樹的規(guī)則為：(1)確定頂事件應優(yōu)先考慮風險大的事故事件。(2)合理確定邊界條件。避免故障樹過于煩瑣、龐大。(3)保持門的完整性，不允許門與門直接相連。(4)確切描述頂事件，定義明確。(5)編制過程中或編制后，需及時進行合理的簡化。(1)熟悉系統(tǒng)：包括系統(tǒng)的功能、原理、故障狀態(tài)、故障因素及其響(2)確定頂事件：通常是指系統(tǒng)不希望發(fā)生的故障事件。頂事件必須有明確的定義，能夠定量評定。(3)構造發(fā)展故障樹：頂事件--中間事件--底事件，并用邏輯符號連故障樹定性分析的目的是尋找導致頂事件發(fā)生的原因和原因組合，識別導致頂事件發(fā)生的所有模式，判明潛在的故障。故障樹定性分析實質上就是尋找最小割集。割集是故障樹中一些底事件的集合，當?shù)资录l(fā)生時，頂事件必然發(fā)生。若割集中所含的底事件中可任意去掉的，就不再成為割集，直至不能再去掉任意一個時，此時它就是最小割集。系統(tǒng)的全部正常工作模式就是系統(tǒng)的全部最小徑集，故障樹中某些基本事件不發(fā)生時，頂上事件必然不發(fā)生，這些基本事件的集合稱為徑集。若徑集中所含的底事件中可任意去掉的，就不再成為徑集，直至不能再去掉任意一個(1)布爾代數(shù)法求解最小割集任何一個故障樹都可以用布爾代數(shù)來描述。化簡布爾代數(shù)，其最簡析取標準式中每個最小項所屬變元構成的集合，便是最小割集。若最簡析取標準式中含有m個最小項，則該故障樹有m個最小割集。根據布爾代數(shù)用布爾代數(shù)法計算最小割集，通常分為三個步驟進行。用下一層事件代替上一層事件，直至頂事件被所有基本事件代替為止。第二，將布爾表達式化為析取標準式。第三，化析取標準式為最簡析取標準式。最小割集在故障樹分析中起著非常重要的作用，具體為：①表示系統(tǒng)的危險性。最小割集數(shù)目越多，說明系統(tǒng)的危險性越②表示頂事件發(fā)生的原因組合，掌握了最小割集，對于掌握事故的發(fā)生規(guī)律，調查事故發(fā)生的原因有很大的幫助。③為降低系統(tǒng)的危險性提出控制方向和預防措施。④利用最小割集可以方便的計算頂事件發(fā)生的概率。(2)對偶樹法求解最小徑集根據對偶原理，成功樹頂事件發(fā)生，就是其對偶樹(故障樹)頂事件不發(fā)生。因此，求故障樹最小徑集的方法是，首先將故障樹變換成其對偶的成功樹，然后求出成功樹的最小割集，即是所求故障樹的最小徑集。將故障樹變?yōu)槌晒涞姆椒ㄊ?，將原故障樹的邏輯或門改為邏輯與門，將邏輯與門改為邏輯或門，并將全部事件符號加上“’”,變?yōu)槭录a的形式，這樣便可得到與原故障樹對偶的成功樹[31]。3.1.4故障樹的定量分析故障樹的定量分析首先是確定基本事件的發(fā)生概率，然后求出故障樹頂事件的發(fā)生概率。求出頂事件發(fā)生概率之后，可與系統(tǒng)安全目標值進行比較和評價，當計算值超過目標值時，就需要采取預防措施，使其降至安全目標值以下。①基本事件之間相互獨立；②基本事件和頂事件都只考慮兩種狀態(tài)；③假定故障分布為指數(shù)函數(shù)分布。故障樹定量分析，是在已知基本事件發(fā)生概率的前提條件下，定量的計算出在一定時間內發(fā)生故障的可能性大小。如果故障樹中不含有重復的或者是相同的基本事件，各基本事件又都是相互獨立的，頂事件發(fā)生概率可根據故障樹的結構，用以下公式求得。式中，q——第i個基本事件的發(fā)生概率(i=1,2,△,n)但是，當故障樹中含有重復出現(xiàn)的基本事件時，或基本事件可能在幾個最小割集中重復出現(xiàn)時，最小割集之間是相交的，這時通?？梢杂米钚」枮I理工大學學士學位論文(1)最小割集法計算頂事件發(fā)生概率頂事件發(fā)生的概率為：根據容斥定理得到并事件的概率公式為：故頂事件的發(fā)生概率為：i——基本事件的序數(shù)，X;∈E,;k——最小割集數(shù)；1≤r<s≤k——k個最小割集中第r、s兩個最小割集的組合順序；X;∈E,——屬于第r個最小割集的第i個基本事件；X;∈E,UE——屬于第r個或第s個最小割集的第i個基本事件。(2)最小徑集法計算頂事件發(fā)生概率根據最小徑集與最小割集的對偶性，利用最小徑集同樣可求出頂事件的發(fā)生概率。2,….,k)表示最小徑集不發(fā)生的事件，用T'表示頂事件不發(fā)生。由最小徑集的定義可知，只要k個最小徑集中有一個不發(fā)生，頂事件就不會發(fā)即根據容斥定理得并事件的概率公式：故頂事件的發(fā)生概率為：式中P,——最小徑集(r=1,2,…,k);k——最小徑集數(shù)；(1-qi)——第i個基本事件不發(fā)生的概率；X;∈P,——屬于第r個最小徑集的第i個基本事件；X;∈P,UE——屬于第r個或第s個最小徑集的第i個基本事件。概率分析理論是一門正在迅速發(fā)展的新科學，自70年代初應用于可靠性工程以來，受到國內外可靠性工程界的普遍重視，可靠性概率分析方法的理論在實踐應用中逐漸完善?？煽啃愿怕史治鼍褪茄芯吭诟鞣N確定和不確定因素作用下的安全問題，其目的就是要把特定的工程性質和工作狀態(tài)的不確定性定量化，進而把這些不確定性納入到設計中去。可靠性理論所采用的概率分析方法以隨機事件和隨機過程為研究對象的，在可靠性工程中得到了廣泛的重視和應用?？煽啃愿怕史治龇ǔ浞挚紤]到了影響穩(wěn)定性的各種因素，其結果更為可靠，并具有更強的適用性[33]。3.2.1系統(tǒng)的主要可靠性數(shù)量指標研究可靠性特征量，必須首先明確“壽命”的含義。在日常生活中，產品的壽命往往是指產品總的可使用時間。在可靠性工程中，不可修復產品的壽命是指發(fā)生失效前的實際工作時間；可修復產品的壽命是指相鄰兩次故障間的工作時間，此時也稱為無故障工作時間。很明顯，每一個產品都有自己固定的壽命，但只有在使用后(包括有關試驗后)才能確定。故產品的壽命是一個隨機變量，一般用T表示。從數(shù)字上看，研究產品的可靠性主要是研究產品壽命的概率分布；而可靠性特征量則是隨機變量壽命的一些描述量。壽命的單位多數(shù)為時間，如：小時、千小時、年等，也可以是其他非時間單位，如：動作次數(shù)、工作周期、運動距離等。可靠度定義為產品在規(guī)定的條件下，在規(guī)定的時間內，完成規(guī)定功能的概率。用R(t)表示產品的可靠度或可靠度函數(shù)，即產品在時間(0,t)內不失效的概率，也即產品在時刻t的生存概率，非負隨機變量X表示產品的壽命；累積失效概率是產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內失效的概率，其值等于1減可靠度。也可以說產品在規(guī)定條件和規(guī)定時間內完不成規(guī)定功能的概率，故也稱為不可靠度，它同樣是時間的函數(shù)，記作F(t)。有時也稱為累積失效分布函數(shù)(簡稱失效分布函數(shù))。則有：記符號。失效概率密度是累積失效概率對時間的變化率，記作f(t)。它表示產品壽命落在包含t的單位時間內的概率，即產品在單位時間內失效的概率，其表達式為：即失效率是工作到某時刻尚未失效的產品，在該時刻后單位時間內發(fā)生失效的概率。記作λ(t)。稱為失效率函數(shù)，也稱為故障率函數(shù)。按定義失效率是在時刻t尚未失效的產品在(t,t+△t)的單位時間內失效的條件概率，即：上式反映t時刻失效的概率，故也稱為瞬時失效率。在可靠性工程中，規(guī)定了一系列與壽命有關的指標：平均壽命、可靠壽命、特征壽命和中位壽命等。這些指標總稱為可靠性壽命特征，它們也都是衡量產品可靠性的尺度。在壽命特征中最重要的是產品的平均壽命，它定義為壽命的平均值。平均壽命的數(shù)學意義就是壽命的數(shù)學期望，記為由于可維修產品與不可維修產品的壽命有不同的意義，故平均壽命也有不同的意義。一般用MTBF表示可維修產品的平均壽命，稱“平均無故障工作時間”;用MTTF表示不可維修產品的平均壽命，稱為“失效前的全概率分解技術及指數(shù)分布全概率分解法，即對于可靠度不易確定的一般網絡系統(tǒng)，可采用概率論中的全概率公式將它化簡為一般串、并聯(lián)系統(tǒng)進行計算其成功概率的方法。應用全概率分解法首先是選擇系統(tǒng)中的任意一個單元，然后按這個單元處于正常與失效兩種狀態(tài)，用全概率公式計算系統(tǒng)的可靠度。設被選出單元Ax的可靠度為Rx(t),不可靠度Fx(t)=1-Rx(t),則系統(tǒng)的可靠R(t)=R(t)R(S/R(I))+F(t)R(S/F,(t))產品的失效分布是指其失效概率密度函數(shù)或累積失效概率函數(shù)。它與可靠性特征量有著密切的關系。如已知產品的失效分布函數(shù)，則可求出可靠度函數(shù)、失效率函數(shù)和壽命特征量。即使不知道具體的分布函數(shù)，但如果已知失效分布的類型，也可以通過對分布的參數(shù)估計求得某些可靠性特征量的估計值。因此在可靠性理論中，研究產品的失效分布類型是一個十分重要的問題。在可靠性理論中，指數(shù)分布是最基本最常用的分布，適合于失效率λ(t)為常數(shù)的情況，它不但在電子元器件偶然失效期普遍使用，而且在復雜系統(tǒng)和整機方面以及機械技術的可靠性領域也得到使用。下面介紹服從(1)失效概率密度函數(shù)f(t)=λe“(t≥0)式中λ——指數(shù)分布的失效率，為一常數(shù)。R(I)=1-F(I)=e(t≥0)(4)失效率函數(shù)λ(t)=λ=常數(shù)因此，當產品壽命服從指數(shù)分布時，其平均壽命θ與失效率λ互為倒數(shù)。串聯(lián)系統(tǒng)是最常見的和最簡單的，許多實際工程系統(tǒng)是可靠性串聯(lián)系統(tǒng)。一個系統(tǒng)由n個單元A?,A?,…,An組成，當每個單元都正常工作時，系統(tǒng)才能正常工作；或者說當其中任何一個單元失效時，系統(tǒng)就失效。我們稱這種系統(tǒng)為串聯(lián)系統(tǒng)，設R,R?,…,Rn分別為n個單元的可在串聯(lián)系統(tǒng)中假設各單元相互獨立的情況下，其系統(tǒng)可靠性為：式中R?(t)——系統(tǒng)在t時正常工作的概率，即系統(tǒng)在t時的可靠度；R;(t)——第i個單元在t時正常工作的概率，即單元A;在t時的R(t)=e(t>0),個單元的失效率，于是系統(tǒng)的可靠度為：上式表明系統(tǒng)的壽命仍服從指數(shù)分布，其失效率為各單元的失效率之和，而系統(tǒng)的平均壽命為：n中取k的表決系統(tǒng)有兩類：一類稱為n中取k好系統(tǒng)，要求組成系統(tǒng)的n個單元中有k個或k個以上完好，系統(tǒng)才能正常工作，記為k/n(G)。另一類稱為n中取k壞系統(tǒng)，其含義是組成系統(tǒng)的n個單元中有k個或k個以上是失效，系統(tǒng)就不能正常工作，記為kn(F)。(G)系統(tǒng)即是(n-k+1)/n(F)系統(tǒng)，而串聯(lián)系統(tǒng)是nn(G)聯(lián)系統(tǒng)是1n〔G〕。當n個單元的可靠度都為R(t)時，系統(tǒng)可靠度為：系統(tǒng)，并當單元壽命分布服從指數(shù)分布，其失效率均為常數(shù)λ時，則：系統(tǒng)的平均壽命為：FMEA是安全系統(tǒng)工程中重要的分析方法之一，它是由可靠性工程發(fā)展起來的，主要分析系統(tǒng)、產品的可靠性和安全性。基本內容：對系統(tǒng)或產品的各個組成部分，按一定的順序進行系統(tǒng)分析和考察，查出系統(tǒng)中各子系統(tǒng)或元件可能發(fā)生的各種故障類型，并分析它們對系統(tǒng)或產品的功能造成的影響，提出可能采取的預防改進措施，以提高系統(tǒng)或產品的可靠性3.3.1FMEA概述FMEA是設計人員必須掌握的技術，分析資料為不可缺少的設計文是找出設計上潛在缺陷的手段，是設計審查中必須重視的資料之一。FMEA方法是一種按結構層次自下而上的歸納分析法，是一項容易為廣大工程技術人員接受并便于掌握的實用分析技術。由于是在產品設計早期開始，并且隨著設計進程的深入，可利用的分析信息不斷豐富，衛(wèi)在產品研制過程中反復進行，從而有效地保證和提高了其可靠性水平，是一項花錢少，收益大的可靠性分析方法。FMEA分析方法的特點：(1)通過原因分析系統(tǒng)故障(結果)。系統(tǒng)工程的方法：自下而上、逐層分析、表格形式、初始原因事件。鉆機井架倒塌，原因為穩(wěn)定性、強度、載荷過大等。(2)系統(tǒng)發(fā)生故障便可能喪失其功能。FMEA是以功能為中心，以邏輯推理為重點的分析方法。例如，鉆井泥漿泵泵閥系統(tǒng)。(3)是一種定性分析方法。只需要理論知識和過去故障的經驗即可，不需要具體數(shù)據。例如，抽油桿折短的原因分析。(4)適用于產品設計、工藝設計、裝備設計和預防維修等環(huán)節(jié)。FMEA的目的和要求：(1)要搞清楚所有故障類型對系統(tǒng)或產品的影響。(2)對可能發(fā)生的故障類型提出可行的控制方法和手段，并提出改進設計的意見。(3)對產品提出特殊要求，包括設計、性能、可靠性和安全性的要(5)在產品使用時，要制定保護性措施或監(jiān)測裝置。舉例，抽油桿、3.3.2FMEA故障類型及分類所謂故障，一般是指元件、子系統(tǒng)、系統(tǒng)在規(guī)定的運行時間、條件內，達不到設計規(guī)定的功能。發(fā)生故障的原因是多方面的，討論故障離不開“功能、時間和條件”。故障類型相當于醫(yī)學上的疾病癥狀，產品不同，故障模式也不同，類型主要有：損壞型、退化型、松脫型、失調型、滲漏型和功能型等。例如，機械產品有：磨損、疲勞、折斷、沖擊、變形、破裂等。故障原因是指系統(tǒng)、產品的故障原因，主要來自兩個方面，即固有可靠性(80%)和使用可靠性(20%),對機電產品而言。固有可靠性：1)硬件設計不合理或存在潛在的缺陷；2)零、部件有缺陷；3)制造質量低；4)運輸、保管、安裝不善。使用可靠性：包括環(huán)境條件和使用條件，如濕度、溫度、振動、噪聲、沖擊、灰塵和有害氣體等。潛在故障在一定條件下可以產生一定模式表3-1一般機電產品、設備常見故障類型結構破損外漏不能開機無輸入機械性卡住超出允許上限不能關機無輸出振動超出允許下限不能切換電短路不能保持在指定位置上間斷運行提前運行電開路不能開啟運行不穩(wěn)定滯后運行漏電不能關閉意外運行輸入量過大其他誤開錯誤指示輸入量過小誤關流動不暢輸出量過大內漏假運行輸出量過小故障機理指引起故障的物理、化學變化等內在原因，也可以說是形成故障源的原因。主要考慮：1)對象，發(fā)生故障實體的內部狀態(tài)；2)外部原因，外部環(huán)境應力、時間因素、人為差錯；3)結果，內部變化超過限③斷裂：低溫脆斷、氫脆(內部氫脆、環(huán)境氫脆)、應力腐蝕；⑤磨損：粘著磨損、微動磨損、腐蝕磨損、沖蝕和氣蝕、接觸疲勞故障影響指的是某一故障發(fā)生后，對系統(tǒng)、子系統(tǒng)、部件有什么效應，效應程度有多大。故障類型、機理和原因的關系：故障原因孕育著故障機理，故障類型反映著故障機理的差別。故障類型相同，機理不一定相同，如機械零件變形，可以是沖擊、溫度、破壞等。故障機理相同，類型不一定相同，例如，疲勞機理可以表現(xiàn)為耗損、裂紋或斷裂。故障類型分表3-2故障類型分類表故障類型元件發(fā)生故障的原因各類故障粗分：1.運行過程中的故障2.過早的啟動3.規(guī)定的時間內不能啟動4.規(guī)定的時間內不能停車5.運行能力降級、超量或受阻各類故障細分：1.構造方面的故障、物理性咬緊、振動、不能定位、不能打開、不能關閉2.打開時故障、關閉時故障3.內部泄露、外部泄露4.高于允許偏、低于允許偏差5.反向動作、間歇動作、誤動作、誤指示6.流向偏向一側、傳動不良、停不下來7.不能啟動、不能切換、過早啟動、動作滯后8.輸入量過大、輸入量過小9.電路短路、電路開路10.漏電、其他1.設計上的缺陷(由于設計上的技術上的先天的不足，或者圖紙不完善2.制造上的缺點(加工方法不當或組裝方面的失誤)3.質量管理上的缺點(檢驗不夠或失誤，以及管理不當)4.使用上的缺點(誤操作或未設計操縱條5.維修方面的缺點(維修操作失誤或檢修程序不當)故障類型和影響分析的思路是，從設計功能上，按照系統(tǒng)—子系統(tǒng)—元件順序分解研究故障類型，再按逆過程，即元件—子系統(tǒng)—系統(tǒng)順序研(1)明確系統(tǒng)本身的情況：分析時首先要熟悉有關資料，從設計說明書等資料中了解系統(tǒng)的組成、任務等，查出系統(tǒng)含有多少子系統(tǒng)，各子系統(tǒng)含有多少單元或元件，了解它們之間如何接合，熟悉它們之間的相互關析到什么水平，這是一個很重要的問題。如果分析程度太淺，就會漏掉重元件甚至零部件，則會造成分析程序復雜，措施很難實施。通常，經過對系統(tǒng)的初步，就會知道哪些子系統(tǒng)關鍵，哪些子系統(tǒng)次要。對關鍵的子系統(tǒng)可以分析得深一些，不重要的分析得淺一些，甚至可以不進行分析。對一些功能像繼電器、開關、閥門、貯罐、泵等，都可當做元件對待，不必系統(tǒng)組成，如動力、設備、結構、燃料供應、控制儀表、信息網絡系統(tǒng)等，其中還有各種接合面。為了便于分析，對復雜系統(tǒng)可以繪制各功能子系統(tǒng)相結合的系統(tǒng)圖，以表示各子系統(tǒng)間的關系。對簡單系統(tǒng)可以用流程圖代替系統(tǒng)圖。從系統(tǒng)圖可以繼續(xù)畫出可靠性框圖，它表示各元件是串聯(lián)的或并聯(lián)的以及輸入和輸出情況。由幾個元件共同完成一項功能時用串聯(lián)連接，元件有備品時則用并聯(lián)連接?？煽啃钥驁D內容應和相應的系統(tǒng)圖一(4)列出所有故障類型，并選出對系統(tǒng)有影響的故障類型：按照可靠性框圖，根據過去的經驗和有關的故障資料，列舉出所有的故障類型，填入FMEA表1、表2或表3中，分別如表3-3、表3-4、表3-5所示。然后從其中選出對子系統(tǒng)以至系統(tǒng)有影響的故障類型，深入分析其影響后果、故障等級及應采取的措施。如果經驗不足，考慮得不周到，將會給分析帶來影響。因此，這是一件技術性較強的工作，最好由安全技術人員、生產表3-3FMEA表1系統(tǒng)子系統(tǒng)故障類型影響分析制表主管框圖號子系統(tǒng)項目故障類型推斷原因對子系統(tǒng)影響對系統(tǒng)影響故障等級表3-4FMEA表2系統(tǒng)子系統(tǒng)組件故障類型影響分析分析項目功能故障類型及造成原因任務階段故障影響故障檢測方法改正處理所需時間故障等級修改項目號圖紙?zhí)柨驁D號組件子系統(tǒng)系統(tǒng)(任表3-5FMEA表3系統(tǒng)子系統(tǒng)故障類型影響分析制表審核號分析功能故障類型推斷原因(6)影響故障檢測方法故障等級備注子系統(tǒng)系統(tǒng)(5)列出造成故障的原因，確定故障等級：故障等級是衡量對系統(tǒng)任務、人員安全造成影響的尺度，因此，有必要對故障的等級進行劃分。將第4章盤式制動器可靠性分析通過對盤形制動器可靠性分析，探討提高其可靠性的途徑，進而提高提升機的工作可靠性。運用故障樹方法對其進行定性與定量分析，得到制動器失效的概率以及各底事件的重要度，分析結果也為盤形制動器的維護和檢修提供了依據。通過對現(xiàn)場使用的防爆液壓提升機進行故障調查和查閱相關的文獻，建立了盤形制動器故障樹，并針對因環(huán)境的模糊性以及數(shù)據的不精確而導致事件發(fā)生概率的模糊性，采取故障樹法進行可靠性分析，探討提高制動器運行安全性的方法，為盤形制動器的保養(yǎng)、故障診動盤、制動鉗、固定器，制動輪缸等組成。盤式制動器分為兩類：浮鉗盤式和定鉗盤式。定鉗盤式制動器的制動鉗固定安裝在車橋上，既不能旋轉，也不能沿著制動盤軸線方向移動，因此必須在制動盤的兩側都安裝制動塊的促動裝置，以便于將兩側的制動塊分別壓向制動盤。由于定鉗盤式趨勢，也逐漸的在70年代以后讓位于浮鉗盤式制動器。制動鉗可作平行滑動，另一種的制動鉗體可繞一支承銷擺動。故有滑動鉗盤式制動器和擺動鉗盤式制動器之分。浮鉗盤式制動器的制動鉗可以沿著制動盤的軸向方向移動，只在制動盤的內側設置液壓缸，而外側的制動塊浮動鉗盤式制動器的工作原理：制動器的制動油缸是單側的，內摩擦塊為活動的，外摩擦塊則置于支架上。制動時在油液壓力P?作用下，活塞壓向制動盤的另一側，直到兩摩擦塊的受力相等為止。當制動結束以后，由于密封圈要恢復原形，對活塞有回位力的作用，活塞得以回位，密封圈既密封又作為回位彈簧。浮動鉗盤式制動器只在制動盤的一側裝油缸，其結構簡單，造價低廉，易于布置，結構尺寸緊湊，可將制動器進一步移近輪毅，同一組摩擦塊可兼用于行車制動和駐車制動，浮動鉗盤式制動器工原理如圖4-1所示。圖4-1浮鉗盤式制動器工作原理圖浮鉗盤式制動器的單側液壓缸結構不需要跨越制動盤的油道，故不僅軸向和徑向的尺寸較小，又可能布置的更加接近輪轂，而且制動液受熱氣化的可能性也大大降低了。此外，浮鉗盤式制動器在兼行車和駐車制動的情況下不需要加設駐車制動鉗，只需要在行車制動鉗液壓缸的附近加裝一些用于推動液壓缸活塞的駐車制動機械傳動零件即可。盤式制動器的制動效能相對穩(wěn)定一些，而且在浸水后制動效能降低較少，間隙的自動調整機受熱機會，單側油缸又位于盤的內側，受車輪遮蔽較少，使冷卻條件較好。另外，單側油缸的活塞比兩側油缸的活塞要長，也增大了油缸的散熱面積，汽化的可能性較小，但由于制動鉗體為浮動的，必須設法減少滑動盤式制動器的工作原理圖如圖4-2所示，若要實現(xiàn)松閘，應滿足工作液壓油作用在活塞上的推力F大于彈簧的預壓縮力F?,即：pA>F?圖4-2盤式制動器工作原理圖當工作油壓由0增大到某一值F,時，F(xiàn)?=F?+C,此時閘瓦與制動盤剛剛貼上，但無正壓力，制動器處于臨界狀態(tài)，若要實現(xiàn)完全松閘狀態(tài)應使油壓值p>pn。反之，當油壓力p=0時，即F?=0,閘瓦與制動盤之間的間隙A=0,這時為全制動狀態(tài)。由于存在活塞運動阻力和殘壓的作用，全制N=(K△?-C)-p?A盤形制動器的故障是指制動器未能達到設計規(guī)定的要求，因而完不成規(guī)定的制動任務或完成得不好。一般來說，盤形制動器的故障模式有3種：摩擦系數(shù)降低引起的制動力矩不足，從而導致制動器抱閘失效，正壓(1)磨擦系數(shù)降低引起的制動力矩不足制動力矩是靠閘瓦沿軸向從兩側壓向制動盤產生的，其大小決定制動M?=2NμRn式中μ——閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)；由于閘盤表面被油污染和接觸面改變將導致閘瓦與制動盤之間的摩擦系數(shù)的降低，進而引起的制動力矩不足，造成制動失效。在生產實際中以下個方面的因素對摩擦系數(shù)減小有很大的影響：②油管漏油，特別是閘盤附近的油管，偶爾會有開焊、裂紋、管接頭松動等漏油情況。出油量越大，對閘盤污染嚴重，而且大多是在設備運③制動器液壓缸內活塞的密封圈破損而沒有及時更換，導致制動器工作溫度超過閘瓦的最大允許工作溫度而使得閘瓦過熱而燒流或變焦制動力矩的大小還與正壓力有關系，正壓力不足將引起制動失效。影響正壓力大小有4個方面的因素即碟形彈簧剛度，閘瓦間隙、綜合阻力及工作腔殘壓。①施加于制動盤上的正壓力是依靠碟形彈簧儲積的壓力能產生的，碟形彈簧在反復使用中機械彈性會不同程度地降低，引起彈簧剛度急劇下安全規(guī)程》中規(guī)定，閘瓦間隙不能超過2mm,正常為1mm。制動器在運③因油質差或被污染等因素使油路不暢或堵塞，將出現(xiàn)制動器中油液不能完全回到油箱，從而使制動器工作腔內的殘壓較大。由于盤形閘是靠油液壓力松閘和碟形彈簧力制動的，殘壓的增大將使制動力矩降低。若出現(xiàn)油路堵塞，制動器中油液不能回油，使碟形彈簧儲存的能量無法釋放，從而導致制動器正壓力不足。另外，制動活塞工作中由于密封圈過緊、老化變質、壓力油較臟含有雜質，使一些金屬顆粒粘在油缸表面而引造成制動器開閘失效主要有以下幾個原因：回油緩慢；液壓缸配合過TG,X,X?X?X?X?X?X?X?T:盤形制動器故障G:盤形制動器抱閘失效G?:盤形制動器的摩擦系數(shù)降低G?:正壓力不足X:制動器油缸不動作X?:閘瓦燒流或變焦X?:油管漏油X?:液壓缸內活塞的密封圈破損Xs:彈簧疲勞、斷裂X?:閘瓦間隙過大X:綜合阻力過大Xg:工作腔殘壓盤式制動器故障樹的定量計算(1)布爾代數(shù)法求最小割集寫出故障樹的布爾代數(shù)式為：=X?+X?+X?+X?+X?+X?+X?+X?即該故障樹有八個最小割集：{X?},{X?},{X3},{X4},{Xs},{X?}:(2)對偶數(shù)法求最小徑集將圖4-3故障樹變換為如圖4-4所示的成功樹：X?G’X?圖4-4盤式制動器成功樹=X|·X?·X?·X?·X?·X?·X?'·X?即該成功樹只有一個最小割集為：{X?’,Xz',X3',X?',Xs',X?',X7',P={X,X,X?,X?,Xs,X?,X,X?}已知qi=0.05,q?=0.03,q?=0.01,g?=0.06,gs=0.04,g?=0.02,q?=0.08,qg=0.07。解：將qi,q?,…,q?代入式41可得P(T)=1-(1-q?)(1-q?)(1-q?)(1-q?)(1-q?)(1-q?)(1-q?)(1-q?)=1-(1-0.05)(1-0.03)(1-0.01)(1-0.06)(1-0.04)(1-0.02)(1-0.08)(1-0.07)綜上，應用故障樹分析法對盤式制動器進行可靠性分析，最終求得盤4.2盤式制動器概率分析可靠性概率分析方法，以概率論和數(shù)理統(tǒng)計學、可靠性分析理論為基礎，把影響盤式制動器可靠性的各個基本變量看作隨機變量，或把制動器工作狀態(tài)看作隨機過程來研究。這樣制動器可靠性研究工作才可能有新的突破和具有真正的工程實際意義?？煽啃愿怕史治龇椒ㄋ媒Y果是可靠性指標。因此，可靠性概率分析方法以概率論和數(shù)理統(tǒng)計學為工具，它所得制動器的工作可靠性是固有可靠性和使用可靠性的綜合反映。固有可靠性是由制動器設計制造及材料等因素決定的，在制動器產品出廠時便已明確，是