系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析技術(shù)是系統(tǒng)可靠性工程的關(guān)鍵,，它在系統(tǒng)的設(shè)計及改進(jìn)過程中有著重要意義［1］。近些年來,，隨著現(xiàn)代質(zhì)量觀念不斷深入,、設(shè)計思想不斷轉(zhuǎn)變，系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析技術(shù)逐漸得到廣泛應(yīng)用［2］,。LGT2001 型公鐵兩用牽引車的核心系統(tǒng)即液壓系統(tǒng)，利用系統(tǒng)可靠性設(shè)計分析技術(shù)對其進(jìn)行可靠性分析,，從而增加整車可靠性,、降低產(chǎn)品壽命周期費用，實現(xiàn)全壽命周期設(shè)計及良好的經(jīng)濟(jì)效益,。

1,、系統(tǒng)的功能
文中以蘭州交通大學(xué)測控技術(shù)研究所與蘭州立盛達(dá)鐵路新技術(shù)有限公司共同開發(fā)的LGT2001 型公鐵兩用牽引車的液壓系統(tǒng)為可靠性分析對象。該牽引車可在平坦地面和嵌入式軌道之間靈活轉(zhuǎn)換,，進(jìn)行各項牽引作業(yè),，主要用于鐵路站段調(diào)車作業(yè)、公共交通服務(wù)及工礦企業(yè)的調(diào)車和對位場合,，尤其適合于地鐵車輛維修基地內(nèi)的調(diào)車作業(yè),，以及作為不落輪鏇床的配套設(shè)備，用于車輛鏇輪時牽引列車,，并在不落輪鏇床上準(zhǔn)確對位,。其液壓系統(tǒng)可完成驅(qū)動、導(dǎo)輪升降轉(zhuǎn)換及方向轉(zhuǎn)換3 大功能,。

2,、系統(tǒng)的組成及結(jié)構(gòu)
LGT2001 型公鐵兩用牽引車的液壓系統(tǒng)由3 大模塊構(gòu)成,，分別是驅(qū)動馬達(dá)模塊、導(dǎo)輪升降模塊和轉(zhuǎn)向擺動模塊,。液壓系統(tǒng)由動力元件,、控制元件、執(zhí)行元件,、輔助元件和工作介質(zhì)組成,。下面分別對動力元件、控制元件,、執(zhí)行元件做簡單介紹:

( 1) 動力元件( 液壓泵) 將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能,，向整個液壓系統(tǒng)提供動力。LGT2001型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)中的動力元件選用的是GP 外嚙合齒輪泵,。

( 2) 控制元件( 控制閥) 在液壓系統(tǒng)中控制和調(diào)節(jié)液體的壓力,、流量和方向。LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)中的控制元件有安全溢流閥,、截止閥,、單向閥、換向閥,、減壓閥,、流量控制閥等。

( 3) 執(zhí)行元件( 液壓缸或液壓馬達(dá)) 的作用是將液體的壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,，驅(qū)動負(fù)載作直線往復(fù)運動或回轉(zhuǎn)運動,。LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)中的執(zhí)行元件選用的是HC2 型液壓缸及ZJM 型液壓馬達(dá)。

3,、系統(tǒng)的工作原理
LGT2001 型公鐵兩用牽引車的液壓系統(tǒng)以液壓油為工作介質(zhì),，通過動力元件( 液壓泵) 將原動機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換為液壓油的壓力能，以壓力,、流量的形式輸送到系統(tǒng)中去,，向整個系統(tǒng)提供動力，再由控制元件( 控制閥) 利用閥芯在閥體內(nèi)的相對運動來控制閥口的通斷及開口的大小,，以實現(xiàn)壓力,、流量和方向控制，最后,，借助執(zhí)行元件( 油缸或馬達(dá)) 將壓力能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能,，驅(qū)動負(fù)載實現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運動［5 － 6］。

4 產(chǎn)品的可靠性
模型選取LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)中的導(dǎo)輪升降模塊作為對象,，建立基本可靠性模型,。由于該導(dǎo)輪升降模塊中任一單元的故障都會導(dǎo)致整個系統(tǒng)故障，所以，其基本可靠性模型是一個串聯(lián)模型,。據(jù)此,，建立LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)導(dǎo)輪升降模塊的基本可靠性框圖，如圖1 所示,。

假設(shè)串聯(lián)結(jié)構(gòu)模型的各單元是相互獨立且壽命服從指數(shù)分布,，則其數(shù)學(xué)模型為:



5、系統(tǒng)的可靠性預(yù)計
5． 1 故障率預(yù)計法
故障率預(yù)計法主要用于非電子產(chǎn)品的可靠性預(yù)計,，其原理與電子元器件的應(yīng)力分析法基本相同,，而且對基本故障率的修正更簡單。

當(dāng)系統(tǒng)研制進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計階段時,，已有了產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計圖,，選定了零件，且已知它們的類型,、數(shù)量,、環(huán)境及使用應(yīng)力，因此,，在得到實驗室常溫條件下測得的故障率后,，可采用故障率預(yù)計法，這種方法對電子和非電子產(chǎn)品均適用,。

在實驗室常溫條件測得的故障率為“基本故障率”λb( h－1 ) ,，實際故障率為“工作故障率”λ( h－1 ) 。對于非電子產(chǎn)品可考慮降額因子D 和環(huán)境因子K 對λ 的影響,。非電子產(chǎn)品的工作故障率為:λ = λb·K·D

目前尚無正式可供查閱的數(shù)據(jù)手冊,，此處預(yù)計對象為液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥，在工程實際中,，電磁換向閥的故障絕大部分為電磁故障,，機(jī)械故障較少，故其中環(huán)境因子K 可參考《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》GJB /Z299B—98 中所列的環(huán)境系數(shù)πE,。

用故障率預(yù)計法預(yù)計液壓控制系統(tǒng)中換向閥2 的故障率。

( 1) 確定環(huán)境因子: 根據(jù)《電子設(shè)備可靠性預(yù)計手冊》的環(huán)境分類,，考慮到該液壓系統(tǒng)工作在比較平穩(wěn)的移動狀態(tài),，查得該液壓系統(tǒng)的環(huán)境類別為平穩(wěn)地面移動，對應(yīng)環(huán)境代號為GM1,，參考機(jī)電繼電器的環(huán)境系數(shù)表( 如表1 所示) ,，得在GM1條件下環(huán)境系數(shù)πE = 4． 0［7］。


( 2) 確定降額因子: 結(jié)合相關(guān)文獻(xiàn)及工程經(jīng)驗確定電磁閥的降額因子為0． 9,。

( 3) 確定基本故障率: 查得電磁閥中的關(guān)鍵失效部件電磁鐵約可用106 次,，經(jīng)計算換向閥2 的基本故障率為1. 25 × 10 －6 h－1。

( 4) 計算工作故障率:λ = λb·K·D = 4. 5 × 10 －6 h－1 ( 3)

5． 2 評分預(yù)計法
評分預(yù)計法是在可靠性數(shù)據(jù)非常缺乏的情況下( 可以得到個別單元的可靠性數(shù)據(jù)) ,，通過有經(jīng)驗的設(shè)計人員或?qū)＜覍τ绊懣煽啃缘膸追N因素進(jìn)行評分,，對評分結(jié)果進(jìn)行綜合分析以獲得各單元之間的可靠性相對比值,，再以某一個已知可靠性數(shù)據(jù)單元的可靠性數(shù)據(jù)為基準(zhǔn)［8］，預(yù)計其他單元的可靠性,。在此,，以已求得的換向閥2 的故障率λ 為基準(zhǔn)λ* ，采用評分預(yù)計法預(yù)計導(dǎo)輪升降模塊中其他單元故障率,，其過程如下,。( 1) 依據(jù)評分結(jié)果，確定各單元評分?jǐn)?shù):


計算結(jié)果如表2 所示,，各單元可靠度與時間的函數(shù)關(guān)系如圖2 所示,。


5． 3 基本可靠性預(yù)計
一般方法以組成系統(tǒng)各單元的預(yù)計值為基礎(chǔ),，根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型,，對系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計，選用基本可靠性預(yù)計的一般方法,。由于該液壓系統(tǒng)導(dǎo)輪升降模塊是串聯(lián)模型,，其系統(tǒng)的故障率等于各單元故障率之和，即:




6,、結(jié)語
通過對LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)導(dǎo)輪升降模塊可靠性的預(yù)計,，得到系統(tǒng)及系統(tǒng)各單元可靠度與系統(tǒng)工作時間的函數(shù)關(guān)系。預(yù)計過程中,，先采用故障率預(yù)計法,，對其中一個系統(tǒng)單元( 換向閥2) 進(jìn)行了預(yù)計，然后采用評分估計法對其他單元進(jìn)行預(yù)計,，最后以組成系統(tǒng)各單元的預(yù)計值為基礎(chǔ),，根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型，采用基本可靠性預(yù)計一般方法對系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計,。通過對該系統(tǒng)可靠性的預(yù)計,，由圖3 可知，5000 h時,，R ≥85%,，其可靠度符合設(shè)計要求。但由圖2 可知,，隨著系統(tǒng)工作時間的增加,，液壓泵的可靠度下降最快，而液壓泵是整個系統(tǒng)的動力元件,，又是該液壓系統(tǒng)的2012 年3 月 馬琳,，等: LGT2001 型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)的可靠性分析 95關(guān)鍵部分，因此，要進(jìn)一步提高系統(tǒng)可靠性,、優(yōu)化系統(tǒng)及設(shè)計整車的全壽命周期,，應(yīng)選擇性能更好的液壓泵，其次安全溢流閥,、換向閥2 的可靠度下降較快,，對這兩個元件也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化。

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