起重机的可靠性分析

蔡剑

中船绿洲镇江船舶辅机有限公司 江苏镇江 212006

1 起重机可靠性的内涵包括无故障性、耐久性和保全性

无故障性是表征起重机在一定的使用时间内，保持无故障正常作业的质量特性；耐久性表征起重机在规定的技术保养和修理条件下，保持正常工作能力，直到极限状态的质量特性；保全性是表征起重机在保存和运输过程中以及过程之后，保持起重机无故障性、耐久性等能力的质量特性。

2 起重机及其零部件的可靠性指标

起重机及其零部件的可靠性指标如下：

2.1 首次故障前平均工作时间

其中n--投入试验的起重机台数

r--出现首次故障时试验的起重机台数

ti--第i台起重机出现首次故障前的累计工作时间

tj--试验截止时间内未出现故障的第j台起重机累计工作时间

2.2 平均无故障工作时间

N---起重机在使用期间内的故障数总和

2.3 可靠度

其中f（t）---故障概率概率密度函数

2.4 有效度（作业率）

其中T0---起重机工作时间

T1---起重机不工作时间，包括维修、保养时间

起重机零件可靠度目标值与零件在作业中的安全重要程度有关。起重机零件一般分为两类，零件失效导致重大事故的属第一类，零件失效会引发重大事故的属第二类。

第一类零件（如起升机构中的轴、齿轮以及钢丝绳、卸扣、吊钩、油缸等）可靠度目标值为：[R]=0.9999

第二类零件（如运行和回转机构中的传动零件）可靠度目标值为：[R]=0.99。

3 起重机可靠性预测、改进

在起重机设计阶段，需要预测起重机的可靠性。如果给定起重机可靠度的目标值，必须在设计时对起重机的组成部分进行可靠性分配，以满足整机可靠性要求。在不能满足可靠性要求的情况下，必须采取措施，改进和提高起重机的可靠性。

3.1 可靠性预测

起重机可视为由多个相互独立的部分构成的串联系统。串联系统的特点是：系统中任何一个子系统或元件的失效都会导致整个系统失效。串联系统系统可靠度可表示为：

其中Rs（t）---整机或机构在时间t的可靠度

Ri（t）---第I个子系统或元件在时间t的可靠度

n---子系统或元件数

由于寿命不同、失效的模式可能不同，这样的子系统或元件组成的系统，其故障概率服从指数分布见下式：

3.2 可靠性的改进

串联系统可靠度Rs等于各元件可靠度Ri的乘积，由于可靠度是恒小于1的数值，因此系统可靠度恒低于系统中元件可靠最小值，即Rs≤minRi。为了提高整机或机构的可靠度Rs，必须避免在系统中存在最薄弱环节，各部份均需采用优质零部件，提高各元件总体的可靠度。因此起重机的生产过程中，必须采用质量更好、可靠度更高的电气设备及机械零部件和结构件。

起重机采用并联系统，仅当并联的元件全部失效后，系统才会失效，并助系统的可靠度高于并联元件的可靠度，即Rs＞maxRi，此部份的可靠度可显著提高，从而使得整个系统的可靠度大幅提高。但采用并联系统将会增加起重机的成本，因此通常仅在起重机中特别薄弱环节才采用并联系统。

降低负荷使用，增加安全储备是降低故障率、提高系统系统可靠性的有效途径。通常起重机材料许用的安全系数为1.5倍，在进行设计时，可将安全系数提高到2倍，甚至于更高一些。原动机的功率储备，液压或电气元件的容量储备可适当加大。但这些参数的加大，可能会使成本增加。在具体设计中，二者均需考虑，使起重机的可靠性和经济性均处于合理的水平上[1]。

起重机通常由人来操纵，起重机作业的可靠性决定于人-机系统的可靠性，也即是人的可靠性和起重机自身的可靠性的乘积。

Rs（t）=Rh（t）·Rm（t）

其中Rs（t）---人-机系统在时间t的可靠度

Rs（t）---人在时间t的操作可靠度

Rs（t）---起重机在时间t的自身可靠度

从上式中可以看出，提高操作者的素质和操作能力，减少操作差错，同时改进起重机的固有可靠性，才能保证起重机的作业可靠性。

4 起重机零部件可靠性计算

零部件强度可靠度按下式计算：

其中Z---单位时间内载荷过程穿越平均载荷线的平均数

Sl，SS---分别为载荷和的标准差（kN）

t---零部件工作时间，一般情况下，取为寿命目标值

C0---系数

如果计算结果R1（t）≥[R]

则满足可靠度目标值的设计要求。