系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)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(jì)及改進(jìn)過(guò)程中有著重要意義［1］,。近些年來(lái)，隨著現(xiàn)代質(zhì)量觀念不斷深入,、設(shè)計(jì)思想不斷轉(zhuǎn)變,，系統(tǒng)可靠性設(shè)計(jì)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(jì)分析技術(shù)對(duì)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(fèi)用,，實(shí)現(xiàn)全壽命周期設(shè)計(jì)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(cè)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(duì)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(xiàng)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(duì)位場(chǎng)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(shí)牽引列車,，并在不落輪鏇床上準(zhǔn)確對(duì)位,。其液壓系統(tǒng)可完成驅(qū)動(dòng)、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(dòng)馬達(dá)模塊,、導(dǎo)輪升降模塊和轉(zhuǎn)向擺動(dòng)模塊,。液壓系統(tǒng)由動(dòng)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(duì)動(dòng)力元件,、控制元件,、執(zhí)行元件做簡(jiǎn)單介紹:

( 1) 動(dòng)力元件( 液壓泵) 將原動(dòng)機(jī)的機(jī)械能轉(zhuǎn)換成液體的壓力能，向整個(gè)液壓系統(tǒng)提供動(dòng)力,。LGT2001型公鐵兩用牽引車液壓系統(tǒng)中的動(dòng)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(dòng)負(fù)載作直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。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(guò)動(dòng)力元件( 液壓泵) 將原動(dòng)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(gè)系統(tǒng)提供動(dòng)力，再由控制元件( 控制閥) 利用閥芯在閥體內(nèi)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)來(lái)控制閥口的通斷及開口的大小,，以實(shí)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(dòng)負(fù)載實(shí)現(xiàn)直線或回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)［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(duì)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(huì)導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)故障，所以,，其基本可靠性模型是一個(gè)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(dú)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(jì)
5． 1 故障率預(yù)計(jì)法
故障率預(yù)計(jì)法主要用于非電子產(chǎn)品的可靠性預(yù)計(jì),，其原理與電子元器件的應(yīng)力分析法基本相同，而且對(duì)基本故障率的修正更簡(jiǎn)單,。

當(dāng)系統(tǒng)研制進(jìn)入詳細(xì)設(shè)計(jì)階段時(shí),，已有了產(chǎn)品的詳細(xì)設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)室常溫條件下測(cè)得的故障率后，可采用故障率預(yù)計(jì)法,，這種方法對(duì)電子和非電子產(chǎn)品均適用,。

在實(shí)驗(yàn)室常溫條件測(cè)得的故障率為“基本故障率”λb( h－1 ) ，實(shí)際故障率為“工作故障率”λ( h－1 ) ,。對(duì)于非電子產(chǎn)品可考慮降額因子D 和環(huán)境因子K 對(duì)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(wú)正式可供查閱的數(shù)據(jù)手冊(cè),，此處預(yù)計(jì)對(duì)象為液壓系統(tǒng)中的電磁換向閥,，在工程實(shí)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(jì)手冊(cè)》GJB /Z299B—98 中所列的環(huán)境系數(shù)πE,。

用故障率預(yù)計(jì)法預(yù)計(jì)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(jì)手冊(cè)》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(dòng)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(dòng)，對(duì)應(yīng)環(huán)境代號(hào)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(yàn)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(jì)算換向閥2 的基本故障率為1. 25 × 10 －6 h－1。

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

5． 2 評(píng)分預(yù)計(jì)法
評(píng)分預(yù)計(jì)法是在可靠性數(shù)據(jù)非常缺乏的情況下( 可以得到個(gè)別單元的可靠性數(shù)據(jù)) ,，通過(guò)有經(jīng)驗(yàn)的設(shè)計(jì)人員或?qū)＜覍?duì)影響可靠性的幾種因素進(jìn)行評(píng)分,，對(duì)評(píng)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(duì)比值，再以某一個(gè)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(jì)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(píng)分預(yù)計(jì)法預(yù)計(jì)導(dǎo)輪升降模塊中其他單元故障率,，其過(guò)程如下。( 1) 依據(jù)評(píng)分結(jié)果,，確定各單元評(píng)分?jǐn)?shù):


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


5． 3 基本可靠性預(yù)計(jì)
一般方法以組成系統(tǒng)各單元的預(yù)計(jì)值為基礎(chǔ),，根據(jù)系統(tǒng)可靠性模型，對(duì)系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì),，選用基本可靠性預(yù)計(jì)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(yǔ)
通過(guò)對(duì)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(jì)，得到系統(tǒng)及系統(tǒng)各單元可靠度與系統(tǒng)工作時(shí)間的函數(shù)關(guān)系,。預(yù)計(jì)過(guò)程中,，先采用故障率預(yù)計(jì)法，對(duì)其中一個(gè)系統(tǒng)單元( 換向閥2) 進(jìn)行了預(yù)計(jì),，然后采用評(píng)分估計(jì)法對(duì)其他單元進(jìn)行預(yù)計(jì),，最后以組成系統(tǒng)各單元的預(yù)計(jì)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(jì)一般方法對(duì)系統(tǒng)基本可靠性進(jìn)行預(yù)計(jì),。通過(guò)對(duì)該系統(tǒng)可靠性的預(yù)計(jì),，由圖3 可知，5000 h時(shí),，R ≥85%,，其可靠度符合設(shè)計(jì)要求。但由圖2 可知,，隨著系統(tǒng)工作時(shí)間的增加,，液壓泵的可靠度下降最快，而液壓泵是整個(gè)系統(tǒng)的動(dòng)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(jì)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(duì)這兩個(gè)元件也應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)優(yōu)化,。

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