大型高位轮胎式提梁机液压卷扬系统的可靠性预测

摘 要：在进行大型提梁机可靠性设计的过程中，可靠性建模后的可靠性预测是及其重要的手段。在900吨提梁机的液压卷扬控制系统的设计中，通过可靠性预测这一手段，使得系统不断的改进，对于提高系统性能有重要的意义。

关键词：提梁机 可靠性 预测

Large high location tire gantry crane hoisting concrete box girder hydraulic pressure winding system reliability forecast

lirunwei

(China Railway No.9 Engineering Group Co.,Ltd 110051)

Abstract： In the large gantry crane hoisting concrete box girder in the process of reliability design ,After reliability modeling reliability prediction is a kind of very important way .In the design of 900t gantry crane hoisting concrete box girder hydraulic winding control system ,By means of reliability forecast ,Make the system be improved all the time .It is very important to improve performance of system.

Key words： gantry crane hoisting concrete box girder ；reliability ；forecast .

中图分类号： TG315.4文献标识码：A

引言

根据“十一五”规划，我国在20年内将建客运专线网长达14000km；2008年国际金融危机的大背景下，我国加大了对高速铁路的投入，并陆续投入并建成使用了多条高速铁路和城际铁路。目前，我国对于大型提梁运梁设备的需求越来越高。如何高效地设计出可靠的大型设备就成为了创新开发的重要领域。

本文着重介绍了高速铁路预制梁场内的大型提梁设备900t胎式提梁机卷扬系统的可靠性预测介绍，并以此说明设计可靠性的重要性。

1 轮胎式提梁机的介绍

轮胎式提梁机单台设备可单独完成运梁作业，其主要走行机构为轮胎式大车走行，主要运行机构均采用液压结构形式，可以实现全轮转向、液压支撑、液压均衡等功能。

轮胎式提梁机主要由主梁、支腿、车架、轮组及转向机构、吊梁小车等部分组成；根据实际工况不同主梁可采用单主梁或双主梁结构，支腿也可采用门型或八字腿型等不同结构型式而分为桥式轮胎式提梁机和门式轮胎式提梁机，起升高度、跨度等参数根据梁场的要求也可做响应调整。

轮胎式提梁机适用于高速铁路预制场双线预制混凝土箱梁的起吊、运输、转移和装车等工作，还可以用于预制场箱梁钢筋骨架和整体内模的吊装、移位。

由于采用了轮胎式的大车走行方式，对地面的接地比压小，地面只需要做简单的压实，不需要做更深地层预处理工作；自身带有转向机构，可以实现90度的自由转动，从而在整个梁场范围内满足各种吊装要求，液压结构运行的稳定性和工作效率均有好的保证。

2 900t提梁机液压卷扬系统的可靠性预测

液压卷扬控制系统是900t提梁机整个液压系统中最为关键的部分，因此无论是在设计阶段还是后期维护阶段都要保证其具有高的可靠性，其中设计阶段尤为重要。这样能够防止很多故障的发生，从而减少不必要的人员伤亡和财产损失。如图所示下图是高位轮胎式提梁级的现场施工图片。

图1 高位轮胎式提梁机

2.1 提梁机液压卷扬系统的可靠性建模

提梁机液压卷扬控制系统的原理图如图2所示。

l、吸油过滤器；2、工作变量泵；3、电磁换向阀；4、卷扬多路阀；5、卷扬组件；6、电磁换向阀7、电磁换向阀8、电磁换向阀；9、蓄能器；l0、单向阀；12、电磁换向阀；13、冷却马达；14、溢流阀；15、冷却定量泵；l6、回油过滤器。

图2 卷扬系统原理图

为了使分析问题过程清晰、简便，整个系统可以分为动力模块、卷扬马达模块、减速机制动模块、补油模块和回油模块五个子系统。在此基础上，建立了系统对于这五个模块的逻辑关系，做出了整个系统的可靠性框图以及各个子系统的可靠性框图。为了简化起见，分析中做以下四条假设：

(1)系统和单元只有正常和故障两种状态，不存在中间状态；

(2)各单元是相互独立的；

(3)所连接的线没有可靠性值：

(4)仅分析系统的硬件可靠性，认为软件和人的可靠性为1；

(5)部件状态转移率(故障率)为常数，即部件的故障分布服从指数分布。

2. 2 整个系统的可靠性框图

从系统各部分的功能可以看出，五个子系统中的任何一个子系统发生故障都会导致整个系统的故障，因而根据系统可靠性模型串联模型的定义，对于整个液压系统来说，可靠性模型为串联模型，其可靠性框图如下图所示。

2. 3 各个子系统的可靠性框图

子系统内部各个单元之间的逻辑关系进行分析之后，可以得出这五个子系统内部各个单元之间也是串联关系，因此这五个子系统的可靠性模型也是串联模型，其可靠性框图分别如下图示。从中可以看出，无论是整个系统，还是子系统都是串联的关系。由于整个系统总体上是串联模型的可靠性结构。根据试验数据及现场运行情况，图中各元件图框中的数值是基本失效率 ,λ0( x10-6/h)

动力部分可靠性框图

马达部分可靠性框图

减速机制动部分可靠性框图

补油部分可靠性框图

回油部分可靠性框图

2. 4可靠度分析的函数表达

得出了系统的可靠性框图，采取失效率综合的方法，对系统的可靠度进行预测，假设各元件均服从指数分布，系统的可靠性也服从指数分布。此假设基于以下考虑：根据液压系统失效统计资料知道，元件合理设计、材料选择和制造技术是可靠性的决定因素一般占80％，而元件使用及环境因素一般占整个因素20％。在使用中故障率75％是由油液污染引起元件或系统工作失效，采用精过滤器后，一般可保证滤油后油液清洁度提高一个等级。因此可以认为，采用精过滤器后，系统的失效率为未采用精滤油器的 93.5％，即(0.75×0.5+3)×0.2+0.8=0.935。因此该值可作为系统失效率计算时的修正系数C。另外，图给出的是元件的基本失效率，是在标准的试验条件下得出的，在不同的工作环境下，需要对其作相应的修正，即实际失效率λ=Kf×λ0式中，Kf是失效率修正系数，液压元件失效率的修正系数(环境因子)由使用的环境条件决定，对于活动地面设备；一般取Kf=10--30，鉴于提梁机的使用环境，取Kf=10。写出该卷扬系统的五个独立的子系统的可靠度函数表达式。

(1)动力部分。动力部分的可靠度函数可以描述如下所示：

R1(t)=e-0.935×10×0.3t×10-6e-0.935×10×13.5t×10-6×e-0.935×10×11.0t×10-6×e-0.935×10×5.0t×10-6

= e-278.6t×10-6

(2)卷扬马达部分。卷扬马达部分的可靠度函数可以描述如下所示：

R2(t)=e-0.935×10×25t×10-6×

e-0.935×2×13t×10-6×

e-0.935×2×13.5t×10-6

= e-729.3t×10-6

(3)减速机制动部分。减速机制动部分的可靠度函数可以描述如下所示

R3(t)=e-0.935×10×5.0t×10-6×e-0.935×10×2.0t×10-6×e-0.935×10×7.2t×10-6×e-0.935×10×11.0t×10-6×e-0.935×10×5.7t×10-6×e-0.935×10×0.008t×10-6

= e-548.1t×10-6

(4)补油部分。补油部分的可靠度函数以描述如下所示：

R4(t)= e-0.935×10×5×5.0t×10-6

= e-233.8t×10-6

(5)回油部分。回油部分的可靠度函数可以描述如下所示：

R5(t)=e-0.935×10×5.0t×10-6×e-0.935×10×2.0t×10-6×e-0.935×10×13.5t×10-6× e0.935×10×5.7t×10-6×e-0.935×10×11.0t×10-6×e-0.935×10×0.1t×10-6× e-0.935×10×0.3t×10-6

=e-351.6t×10-6

2.5系统的可靠度

由实际的工作情况可知，每提升一片梁大约需要1h，其中动力子系统、回油子系统各工作1h，其它4个子系统的工作时间都是0．5h。也就是说，若系统工作th，则动力子系统和回油子系统各工作t小时，而其它子系统的工作时间为t／2h。各个子系统是串联的关系组成整个系统，整个系统的可靠度是各个子系统的可靠度之积。由此可以得出当系统工作时间th，系统的可靠度表达式为：

R(t) =R1(t)R2(t)R3(t)R4(t)R5(t)

= e-1385.7t×10-6

系统每提升一次梁片大概需要1h，这样当系统工作50次收回成本时，提梁机液压卷扬系统工作时间为50h。则其动力子系统和回油子系统的工作时间也是50h其余三个子系统的工作时间是25h。这样由上面的六个式子可得出此时的整个系统和子系统的可靠度为：

R1(t)= e-278.6×50t×10-6=0.9826

R2(t)= e-729.3×25t×10-6=0.9819

R3(t)= e-548.3×25t×10-6=0.9864

R4(t)= e-233.8×25t×10-6=0.9942

R5(t)= e-351.6×50t×10-6=0.9826

R (t) = R1(t)R2(t)R3(t)R4(t) R5(t)

=0.9826×0.9819×0.9864×0.9942×0.9826

=0.9331

从上面的分析可知设计出的系统可靠性高。在实际工程中，由于大多数元件的工作区间都低于设计工况，因而系统的实际可靠性要高于预计值。从上面的分析比较可知结论，系统的卷扬马达部分可靠度值偏低，是影响系统可靠度的主要因素，这是由于这一部分含有失效率较高的比例多路阀和液压马达元件。通过现场调试我们也发现，系统的这部分也是最容易出现故障的地方。

3 结语

本文主要大致介绍了900t轮胎式提梁机设备和分析计算说明其卷扬液压系统的可靠性。文章中的卷扬液压系统被分成五个子系统。然后将系统建模，并分别对总系统和五个子系统建立了可靠性框架图以此来对系统进行可靠性预测。通过函数表达式加以分析最终得出可靠性结论。

参考文献

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