基于故障树的动臂塔机液压顶升系统可靠性仿真分析

摘要

动臂塔式起重机是一种高危特种设备，主要应用于城市超高层建筑施工，特别适用于城市建设中施工条件特殊、空间场地狭小的大型物件吊装作业。顶升机构是动臂塔式起重机五大机构之一，通过顶升或下降塔机套架来增加或减少标准节，使塔机随着建筑物高度的变化可以升高或降低，从而满足不同高度的建筑物对垂直运输的需要。液压系统是动臂塔式起重机顶升机构的重要动力及控制源，由柴油机驱动液压泵经换向阀控制油缸的伸缩和爬升速度，因此液压顶升系统可靠性的高低直接影响到整机的安全性。采用故障树分析法对液压系统进行可靠性研究，提前预知系统发生故障的位置点，及早采取相应措施降低故障发生的可能性，可以减少动臂塔式起重机作业过程中的故障发生率，提高整机的安全性。
　　本文首先介绍了大型动臂塔式起重机的基本概况，阐述了其液压系统设计基本思想和方法，并对16000kN·m内爬式动臂塔式起重机顶升工况和顶升机构液压系统设计进行深入的探讨。其次，详细分析了动臂塔式起重机液压顶升系统中各元器件的作用，根据系统实际结构及可能发生的故障，采用故障树分析法找出了引起顶事件发生的原因，并构建故障树。最后，运用Monte-Carlo算法制定可靠性仿真流程图，对其液压顶升系统进行可靠性评估，得到可靠度曲线和一些可靠性相关指标，找出影响系统可靠性的薄弱点，提出改进可靠性的方法。结果表明，该液压顶升系统满足实际使用要求，并提出提高液压油液清洁度、引入防爆切断阀和改进关键元器件的可靠度可进一步提高液压系统可靠性的观点。
　　文中将可靠性仿真方法与工程实际项目相结合，验证了方法的合理性。根据仿真结果，本文针对性的提出提高可靠性的措施，改进前后可靠性对比曲线明显，具有较强的说服力，为类似液压顶升系统的进一步优化和维修提供参考，具有一定工程实际应用价值。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 动臂塔式起重机概述

1．1．1 产品定义及产品分类

1．1．2 产品发展与应用

1．2 可靠性研究概况

1．2．1 可靠性研究意义

1．2．2 可靠性国外发展状况

1．2．3 可靠性国内发展状况

1．2．4 液压系统可靠性研究概况

1．3 动臂塔机液压顶升系统可靠性研究的必要性和紧迫性

1．4 本文研究工作主要内容

1．4．1 研究意义

1．4．2 工作内容

1．5 本文的组织安排

2 可靠性工程的基础理论

2．1 可靠性基本概念及常用模型

2．1．1 基本概念

2．1．2 常用概率分布

2．1．3 常用模型

2．2 故障树分析

2．2．1 故障树分析法概述

2．2．2 故障树分析法

2．2．3 故障树分析法的基本原理

2．2．4 故障树分析法的特点

2．3 蒙特卡洛仿真

2．3．1 蒙特卡洛仿真概述

2．3．2 蒙特卡洛方法的基本思想

2．3．3 蒙特卡洛方法的概率收敛性

2．4 本章小结

3 动臂塔式起重机液压系统

3．1 动臂塔式起重机液压系统概述

3．1．1 顶升和冷却机构液压系统

3．1．2 其他机构液压系统

3．2 动臂塔式起重机内爬顶升与拆卸过程

3．2．1 内爬顶升过程

3．2．2 内爬拆卸过程

3．3 动臂塔式起重机内爬顶升液压系统原理

3．3．1 液压系统设计

3．3．2 顶升油缸设计

3．3．3 注意事项

3．4 本章小结

4 动臂塔式起重机液压顶升系统故障树建模与分析

4．1 动臂塔式起重机液压顶升系统分析

4．2 动臂塔式起重机液压顶升系统故障原因探究

4．2．1 顶升速度异常

4．2．2 工作噪音过大

4．2．3 顶升动作无力

4．2．4 活塞杆回缩失效

4．2．5 油温过高

4．3 动臂塔式起重机液压顶升系统可靠性模型建立

4．3．1 建立可靠性框图

4．3．2 建立故障树

4．4 动臂塔式起重机液压顶升系统故障树分析

4．4．1 故障树定性分析

4．4．2 故障树定量分析

4．5 本章小结

5 动臂塔式起重机液压顶升系统可靠性仿真及结果分析

5．1 仿真参数的选取

5．2 系统可靠性仿真

5．3 可靠性仿真结果

5．3．1 系统可靠度

5．3．2 系统平均寿命

5．3．3 重要度的计算

5．4 提高可靠性措施

5．4．1 提高液压油液清洁度

5．4．2 安装防爆切断阀

5．4．3 提高关键元件可靠性

5．5 本章小结

结论

参考文献

附录 基于MATLAB的可靠性仿真程序

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢