大型升船機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性分析與建模.pdf

1、升船機(jī)是典型的重大裝備，是水利工程最重要的大型設(shè)備之一。由于技術(shù)復(fù)雜且缺乏實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，在設(shè)計(jì)過程中必須引入壽命和可靠性評價技術(shù)，以保證升船機(jī)的使用壽命與服役安全。本文研究的升船機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)采用齒輪、齒條爬升式結(jié)構(gòu)，為船廂升降提供動力。驅(qū)動系統(tǒng)的可靠性是整個升船機(jī)可靠性分析與評價的重要組成部分。
　　本文以升船機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)為研究對象，重點(diǎn)針對其子系統(tǒng)及關(guān)鍵部件的功能、失效模式及影響、壽命、可靠性指標(biāo)進(jìn)行分析與建模。同時，應(yīng)用必要的數(shù)字仿

2、真技術(shù)，提出先進(jìn)、適用的壽命與可靠性建模方法，為升船機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)可靠性分析提供理論基礎(chǔ)與技術(shù)支持。這些理論及方法對其它大型裝備的可靠性分析與評價也具有應(yīng)用價值。
　　本文主要從以下幾個方面展開:
　　(1)對升船機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行詳盡分析。應(yīng)用FMECA方法對驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行故障模式和失效機(jī)理分析，編制驅(qū)動系統(tǒng)的FMECA報(bào)告，針對各故障模式提出相應(yīng)的對策。應(yīng)用Petri網(wǎng)模型構(gòu)建升船機(jī)驅(qū)動系統(tǒng)故障邏輯關(guān)系圖，根據(jù)Petr

3、i網(wǎng)模型的關(guān)聯(lián)矩陣求最小割集。同時，利用Petri網(wǎng)的可達(dá)性和狀態(tài)方程分析故障信息，解決故障診斷和故障傳播問題。
　　(2)大型機(jī)械設(shè)備中的關(guān)鍵件在進(jìn)行試驗(yàn)時子樣數(shù)量一般都非常有限，應(yīng)用傳統(tǒng)參數(shù)估計(jì)方法不能滿足精度要求。應(yīng)用Bayes方法進(jìn)行小子樣可靠性試驗(yàn)的參數(shù)估計(jì)，推導(dǎo)疲勞壽命服從對數(shù)正態(tài)分布時參數(shù)的貝葉斯估計(jì)式。運(yùn)用性能-壽命概率映射原理，設(shè)計(jì)了兩種小樣本P-S-N曲線試驗(yàn)方案，能夠用較少的試樣試驗(yàn)得出精度較高的P-S-N曲

4、線。
　　(3)詳細(xì)分析升船機(jī)齒輪受到的各種載荷，編制升船機(jī)啟動階段、勻速運(yùn)行階段和制動階段齒輪的工作載荷譜。提出齒輪接觸疲勞P-S-N曲線和彎曲疲勞P-S-N曲線的確定方法，分析齒輪的接觸疲勞壽命和彎曲疲勞壽命。
　　(4)基于損傷等效原則，建立隨機(jī)載荷作用下的剩余強(qiáng)度模型，研究剩余強(qiáng)度分布的數(shù)字特征隨載荷循環(huán)次數(shù)增加的變化規(guī)律。提出多個載荷工況下齒輪接觸強(qiáng)度、彎曲強(qiáng)度疲勞可靠性模型，反映了載荷與強(qiáng)度之間的相關(guān)性，用于計(jì)算

5、隨機(jī)載荷作用下的疲勞可靠度。
　　(5)以系統(tǒng)級應(yīng)力-強(qiáng)度干涉模型為出發(fā)點(diǎn)，將驅(qū)動機(jī)構(gòu)的齒輪、齒條作為串聯(lián)系統(tǒng)進(jìn)行分析，根據(jù)系統(tǒng)失效的統(tǒng)計(jì)學(xué)意義以及次序統(tǒng)計(jì)量的性質(zhì)，建立共因失效下的截尾次序統(tǒng)計(jì)量可靠性模型?？紤]載荷作用次數(shù)，基于提出的可靠性模型，對升船機(jī)齒輪齒條系統(tǒng)的可靠度進(jìn)行計(jì)算。
　　(6)為分析升船機(jī)的驅(qū)動系統(tǒng)（串聯(lián)-表決-并聯(lián)系統(tǒng)）的可靠性，首先建立系統(tǒng)級的串聯(lián)-表決、串聯(lián)-并聯(lián)、并聯(lián)-串聯(lián)系統(tǒng)可靠性模型，并運(yùn)用M