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机械可靠性维修性优化设计方法及其在工程机械中的应用

摘要 产品可靠性维修性是产品固有属性，二者共同作用决定了产品的可用性。产 品可靠性维修性在设计时即己经赋予，并通过制造、使用、维护来保证。可靠性 维修性设计方法研究主要集中在军工、电气电子、发电站等领域。而随着工程机 械在国民经济发展中地位日益提高，对工程机械可靠性维修性要求也越来越高， 国内工程机械产品与国外同类产品相比，甚至与国内其它行业产品相比还相差很 远。针对国内工程机械产品可靠性维修性较低的现状，在重点研究机械产品可靠 性维修性设计方法的同时，对研究成果在工程机械设计中的应用进行了研究。 通过对产品全生命周期费用与产品可靠性维修性之间关系的研究，提出基于 可靠性维修性综合优化设计方法。首先，对产品生命周期费用的组成进行了分析 研究，给出了生命周期各项费用与可靠性之间的函数关系，结果表明，产品成本 随可靠度的提高而提高，当产品失效时造成的直接损失和间接损失也随成本的增 加而提高，通过对各项费用之间关系的研究，以及产品可靠性维修性对产品使用 性能的作用，提出了基于全生命周期投资一效益准则可靠性维修性综合优化设计方 法，建立了可靠性维修性综合优化分配模型，通过该优化模型，可以确定最优的 可靠度和维修度。 对适合产品不同设计阶段的可靠性维修性具体分配方法进行了研究，为可靠 性维修性设计目标的制定提供了依据。

关键词:工程机械，可靠性，维修性，生命周期

目录

摘要二”“.““.”“.”“”.”“二”“.“”””””””.“”“.”“.”.“二“二”.”””””.”“”“”“.“”…“..“”.“。“.IX 第1章绪论 ”.““”.””“二“.““.””“”.“..“”“””.””“”““.”“””.…“”.“”””.””.””””“”.”””xll ...............................................……。.…。.....................……。.......……。.........……。1 1，1可靠性维修性设计研究现状...........................................................................……1 1.1.1基本概念....................................................................................................……2 1.1.2可靠性维修性设计方法现状....................................................................……2 1.1.3可靠性分配现状...................................................……，..............................……4 1.1.4维修性分配发展现状................................................................................……5 1.1.5可靠性分析现状........................................................................................……5 1.1.6维修性评估现状.…，.....……，.......................................................................……8 1.1.7基于可靠性的维修管理...……‘..........................................……，.........……，二，.，，.8 1.2课题研究背景...................................................................................................……9 1.2.1工程机械在国民经济中地位....................................................................……9 1.2.2国内工程机械发展现状..........................................................................……10 1.2.3工程机械可靠性维修性发展现状..........................................................……11 1.3目前研究存在问题.................................................................................……，.……13 1.4课题研究目的、意义和主要研究内容.........................................................……14 1.4.1课题研究目的和意义...........................................................................……，二14 1.4.2课题主要研究内容..................................................................................……14 1.4.3论文组织结构......……，.............................................................................……16 第2章可靠性维修性综合优化设计方法“”.””.““““”.”.”.””““.“..”“.”.”.“..””.””“.17 2.1全生命周期产品可靠性维修性优化的设计流程......……，............................……18 2.2产品可靠性、维修性综合优化设计方法.....................................................……19 2.2.1可修复系统的可用度..............................................................................……20 2.2.2基于全生命周期投资一效益准则的可靠性维修性优化...................……，..…20 以/ 山东大学博士学位论文 2.3本章小结.........................................................................................................……27 第3章可靠度维修度分配方法研究二““““”“”””“““”“.”””“““…”“””””””.…“.””二29 3.1可靠性及其度量..........……，..……，...................................................................……29 3.1.1可靠性定性指标......................................................................................……29 3.1.2可靠性定量指标......................................................................................……30 3.2维修性及其度量................................................……，......................................……30 3.2.1维修定性指标..........................................................................................……30 3.2.2维修性定量指标..................................................……，.............................……31 3.3可靠性分配的目的与原则.............................................................................……31 3.4可靠度分配方法研究.....................................................................................……32 3.4.1模糊层次分析可靠度分配法..............................……，.............................……32 3.4.2比例组合法分配可靠度..........................................................................……39 3.4.3复合法进行可靠性分配..........................................................................……39 3.5维修性分配目的.............................................................................................……引 3.6维修度分配方法研究.....................................................................................……41 3，6.1工程机械加权因子法进行维修度分配..................................................……41 3.6.2失效率法进行维修度分配.........……，......................................................……43 3.6.3维修费用最少的维修度分配方法..................................……，.................……43 3.7本章小结...................................................................................................······……45 第4章基于产品结构可靠性维修性评估.“.”..““””...““.”””.·“.“”.”“””·““”.“”“”.46 4.1评估方法的研究现状......................................……，..........……‘.......................……46 4.2机械构件的主要失效形式.............................................................................……46 4.2.1断裂失效.................................................................................................·……46 4.2.2疲劳失效……，......................................................................................·····……47 4.2.3磨损失效......................................................................................……，·····……47 4.2.4振动失效.................................................................................................·……47 4.2.5装载机工作装置结构模型及主要失效形式..........................................……48 ，.·，.‘，.’____..一484.3构件疲劳寿命分析模型.....·················································……”‘”‘”’‘””’“.”””“‘一“ 目录 4.3.1载荷计算模型.，，.…，..…，............................................................................……49 4.3.2有限元计算模型的建立..........................................................................……49 4.3.3使用疲劳寿命预估..................................................................................……50 4.3，4装载机摇臂疲劳寿命计算......................................................................……51 4.4构件磨损使用寿命预估.................................................................................……58 44.1建立磨损模型..……，.................................................................................……58 4.4.2基于磨损量的销轴使用寿命计算..........................................................……61 4.5工程机械的维修性评估.................................................................................……64 4.5.1维修性评估模型.....................................................................................……‘64 4.5.2可维修度数学模型..................................................................................……71 4.6本章小结..........……，........................................................................................……72 第5章基于维护管理的使用可靠度维修度研究“.””.“”.““””“”””.“.””二””.”“二~.73 5.1可靠性维修性数据统计方法研究.................................................................……73 5.2可靠性维修性数据组成.................................................................................……75 5.3故障数据分析方法研究.................................................................................……76 5.3.1可靠性分布的确定..................................................································……76 5.3.2最优分布确定...............................................................................·.·········……77 5.4使用可靠度计算二，，，.…，.，，.....................................................................·..········……78 5.5使用维修度的计算.........................................................................······.·········……78 5.5.1系统维修度..........................................................................................·.··……78 5.5.2故障服从指数分布的维修度..................................................................……80 5.5.3故障服从威布尔分布系统维修度..........................................................……81 5.5.4故障服从正态分布的系统维修度..........................................................……81 5.5.5平均修复时间计算...................................................·.············，················……82 5.6保证工程机械使用可靠度维护策略研究.....................................................……84 5.6.1系统修复策略的制定......................................................……，，................……84 5.7本章小结..............................................................……，....................................……88 第6章工程机械可靠性维修性综合优化设计系统““”.”.“”二”””二“.””““.”.”:.”.….90 山东大学博士学位论文 6.1设计系统总体结构.........................................................................................……90 6.1.1开发及运行环境.................……，..........................................……，.............……90 6.1.2系统设计流程结构..................……，.........................................................……90 6.2可靠度维修度综合优化分配模块.................................................................……91 6.3可靠度维修度预估模块...........................................................……，...............……92 6.4可靠性维修性数据统计分析.........................................................................……94

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