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基于FMECA的汽車起重機懸掛結構優化
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  • 更新時間:2014-08-17
  • 發 布 人忘川秋水
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    Optimal design of suspended structure of the truck crane based on FMECAWANG Sheng-lei, ZHU Hong-lin,WANG Yang關于汽車起重機可靠性的研究 ,文獻[1]以實地調查數據為基礎,分析了8t起重機的故障模式 、首次故障時間分布和故障時間分布規律等 ,為汽車起重機可靠性分析提供了依據 ;文獻[21介紹 了在現場數據基礎上 ,利用模糊語言處理反饋信息進行可靠性評價的技術 ;文獻[3將故障樹分析法 (FTA)和貝葉斯網絡 (B N)結合對汽車起重機液壓系統進行可靠性評估 ,并找出系統薄弱環節 ,給出改進措施 ;文獻4]將可靠性設計理論應用于汽車起重機傳動軸的優化設計 。到 目前為止,我國在可靠性理論應用于起重機的相關研究很少 ,特別是對于起重機結構的設計優化更少,本文舉例說明可靠性的基礎理論Failure Mode,Efects and Criticality Analysis(簡稱FMECA),對起重機結構的優化改進的有效性 。運用FMECA對起重機懸掛結構的可靠性進行定性分析,找出其薄弱環節并提出改進措施,優化設計結構。

    1 懸掛結構可靠性分析及改進1.1 懸掛結構的構成及功能汽車起重機懸掛結構是車輪或車橋與汽車承載70 建筑機械 2013.7(下半月系統之間傳遞載荷、緩和沖擊、衰減振動以及調節汽車行駛中的車身位置等有關裝置的總稱l 5。某型號的起重機懸掛結構如圖1所示 ,限位支架焊接于車架下表面,立板焊接于壓板外側,緊固螺母的預緊力矩為整車滿載時1400-1500Nm。該結構主要用于起重機打支腿時,用插銷防止懸架整體下降,- 方面可增大輪胎離地距離,另-方面避免板簧長時間受拉。

    表1 嚴酷度類別的定義嚴酷度類別 嚴重程度定義I類(災難性 ) 引起人員死亡或產品毀壞 、重大環境損害Ⅱ類 引起人員的嚴重傷害或重大經濟損失或導致(嚴重 ) 任務失敗、產品嚴重損壞及嚴重環境損害Ⅲ類 引起人員的中等程度傷害或 中等程度的經濟損失或導致任務延誤或降級、產品中等 (臨界 )程度的損壞及中等程度環境損害Ⅳ類 無影響或影響很小,增加非計劃性維護或(輕度 ) 修理[收稿日期2013-04-25通訊地址王圣磊.安徽述埠市高新區柳工大道1 8號安徽柳工起重機有限公司研究院1.車架 2.限位支架 3.插銷 4.緊固螺母 5.鋼板彈簧 6.壓板 7.立板圖1起重機懸掛結構1.2 應用FMECA對懸掛結構進行可靠性分析及改進結果結合汽車系統的特點,該起重機懸掛結構的嚴酷度類別的定義l61如表1所示。

    風險優先數 (Risk Priority Number,RPN)法是危害性分析常用的方法之-,是按每個故障模式的風險優先數值進行排序,某個故障模式的RPN等于該故障模式發生概率等級 (Occurrence ProbabilityRanking,OPR)和影響嚴酷度等級 (Efect SeventyRanking,ESR)的乘積 78。表2中給出了OPR的評分準則示例 ,表3給出了嚴酷度等級的評分準則示例。

    對上述2個因素等級的定性評分結果得IJRPN表2 OPR的評分準則等級 故障發生的可能性 故障概率參考值1 稀少 發生的可能性極低 1/102 發生的可能性 l/200003低 相對較低 1/40004 1/10005 中等 發生的可能性中等 1/4O06 1/807 局- 發生的可能性高 1/408 1,209 非常高 發生的可能性非常高 1/210 1/8值,從而可對各故障模式進行相對的危害性評定。

    那些發生的可能性高、嚴重程度高,又難以檢出的故障模式,其RPN值較高,危害性較大。而那些發生的可能性低 、嚴重程度低,又較容易檢出的故障模式,其RPN值較低,危害性也較校根據以上FMECA的理論分析,結合某型號汽車起重機的試驗結果和用戶走訪記錄,對該機型上后懸結構進行分析,得FMECA表格如表4所示。

    通過FMECA找出該后懸結構的薄弱環節:壓板變形、限位支架變形、插銷相關故障、壓緊螺母難以裝配和拆卸。從表4中可以看出,危害度最大的為插銷引起的相關故障,其次為壓板變形 ,再次為緊固螺母拆卸困難,最后為限位支架變形。對其表3 ESR評分準則等級 故障發生的影響程度對系統的性能不會產生影響,用 1 輕微戶注意不到的輕微故障對系統性能有輕微影響,用戶可 2, 3 低 能會注意到并引起輕微抱怨引起系統性能下降,用戶會感覺 4, 5,6 中等 不舒適和不滿意- - 造成系統或子系統功能中斷,不 7, 8 局 會引起安全后果9,tO 非常高 引起生命、財產損失的致命故障CONSTRUCTION MACHINERY 2013 7 71產品結構l PR。岍s&s RE表4 某型號汽車起重機懸掛結構FMECA表嚴 設計 故障模式的 危 代零部件 功能 故障模式 故障原因 故障影響 酷 風險優先數 害 碼 改進措施度 0PR ESR RPN 度限制鋼板 對鋼板彈簧 增加壓板 Ⅳ01 壓板 彈簧上下 壓板變形 強度 、 限位失效,不 Ⅳ 強度和 l0 2 20 類 剛度不夠左右運動 可重復使用 剛度 20限制后懸 限位支架 與壓板 Ⅳ02 限位支架 影響外觀 Ⅳ 更改結構 5 3 15 類 跳動幅度 變形 立板碰撞15去掉插銷 Ⅲ 插銷丟失或 結構不Ⅲ 或增加提 8 5 40 類 打支腿時忘 人為因素 起作用打支腿時, 用插銷 醒標識 4003 插銷 減繡懸架受損, 去掉插銷 Ⅲ 簧下沉量 車輛行駛時人為因素 影響行駛 Ⅲ 或增加提 6 6 36 類 未拔出插銷安全性 醒標識 36去掉干涉 Ⅳ 螺母拆卸 立板和限位 車輛維修困Ⅳ 部位或增 3 6 18 類 04 壓緊螺母 壓緊壓板 和重新 支架與套筒 難緊固困難 干涉 大空間 18表5 人為故障的統計和分析表故障類型 故障模式 發生概率 可控概率插銷相關故障 插銷丟失 82% 94%人認為不可控打支腿時未用插銷 15% 36%人認為不可控車輛行駛時未拔出插銷 7% 20%人認為不可控21.車架 2.限位支架 3.緊固螺母 4.鋼板彈簧 5.壓板圖2 改進后的起重機懸掛結構72 建筑機械 2013 7(下半月刊故障原因進行分析,由插銷引起的相關故障均屬人為因素,對其作進-步的分析,如表5所示。

    從以上分析可看出插銷丟失經常發生并且是不可控制的,進-步分析丟失后90%的人認為不用處理。設計插銷的目的是防止打支腿時輪胎著地 ,現場測量插上插銷時輪胎離地距離約為60rnnl,而鋼板彈簧的理論弧高位62mm,即板簧下拉的最大距離約為3 1mm,所以理論分析去掉插銷后仍能充分保證輪胎離地間隙,且板簧的剛度較大,為 3125,在-定載荷下其變形量可以忽略不計。

    故此提出改進措施:去掉插銷改進結構,改進后的結構如圖2所示。

    從圖2可看出,改進后限位支架由焊接改為裝配式,取消立板和插銷裝置,加厚壓板,使限位支架裝配拆卸簡單、維修方便,加厚后的壓板變形圖3 提高產品可靠性的循環圖減小,驗證改進后打支腿時,輪胎離地間隙為20-40mm,能保證要求,且板簧的變形可忽略不計,很好地滿足用戶需求。

    2 改進結構可靠性分析對改進后結構再進行FMECA分析,形成-個良性循環,對于提高產品的可靠性具有較好的效果。循環的分析過程見圖3。

    3 結論(1)本文應用FMECA對汽車起重機懸掛結構進行分析,找出該結構的薄弱環節,并提出改進措施,為懸掛結構的改進設計提供了參考依據。

    (2)改進后的結構簡單、拆裝方便、節省材料、降低成本,既能滿足裝配及維修的要求,又能滿足用戶需要。



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