一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法

摘要

本发明提出了一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法，具体方法如下：梳理电动甲板起重机工作循环周期和单一周期内各任务的运行占比，在此基础上提出在无故障工作时间内，参与工作的部件运行总时间，并作为可靠性试验的输入；利用等功率折算方法结合电动甲板起重机的载荷状态谱，折算在额定载荷下各任务部件的运行时间；结合产品实际情况，进行整机/部件/零件可靠性试验，并出具可靠性试验报告，建立数据库。本发明方法简单，条理清晰，且针对船用甲板起重机单件小批量生产的业务模式与产品自身机电液耦合的技术特点，区别于已有的可靠性试验标准或者直接借用电子产品可靠性试验的成熟方法。

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法，属于甲板机械设备试验验证技术领域。

背景技术

可靠性试验是分析、验证与定量评价产品可靠性的一种手段。通过可靠性试验，并对试验结果进行统计处理，可以获得受试产品在各种环境条件下工作时真实的可靠性指标，如失效概率、可靠度、平均寿命及失效率等，为使用、生产、设计提供可靠性数据。同时，通过对试验产品的失效分析，揭示产品的薄弱环节及其原因，制订相应的措施，达到提高产品可靠性的目的。长期以来，随着电子技术的发展和电子产品可靠性理论的成熟，电子产品的可靠性试验技术已经发展的相对成熟。但机械系统，尤其是机电液耦合系统的可靠性试验技术由于存在子样、经费及评估等各种难题而发展相对较慢。

电动甲板起重机由塔身、臂架、基柱、起升机构、变幅机构、回转机构、电气系统、液压系统等组成。起升机构由变频电机驱动减速机带动卷扬机进行工作，实现货物的上下；变幅机构由变频电机驱动减速机带动卷扬机进行工作，实现臂架的俯仰；回转机构由变频电机驱动回转减速机，由小齿轮带动回转支承进行旋转；液压系统作为减速机的制动系统，控制制动器的开启和关闭；电气系统控制整机的信号传递与人机交互。对于这种以机械系统为直接执行机构，液压系统为运动和动力的传递媒介，并通过电气系统进行人机交互控制的机电液耦合系统。其可靠性试验特点可以归纳为以下几点：

(1)很难得到较大子样容量，并且此类产品一般单件价值昂贵，工作载荷和功率都较大，使得试验成本巨大，备件费用很高，试验周期很长。

(2)机电液系统的故障机理的多样性和对“环境因素”的依赖性，机械系统和液压系统中决定寿命和性能劣化的因素，不仅与应力因素有关，还取决于环境因素。同时对于机电液系统，其工作的外场环境与试验环境更为复杂、更为恶劣。

(3)机电液系统的可靠性理论难度大，大多数电子产品故障多属随机性、寿命服从指数分布；而机械系统和液压系统的零部件大多是耗损性失效为主，现已颁发的一些可靠性设计、试验和分析方法或标准，是根据电子产品失效制定的，这些方法或标准对机电液耦合系统不完全适用。

(4)机械零部件和接触器、断路器、液压泵、马达、阀件等功能部件一般都是为特定用途而设计的，通用性不强，不易积累共用数据。所以缺少数据导致非电产品的可靠性评估遇到困难。

(5)由于没有标准的可靠性筛选试验，机械系统和液压系统的早期故障不能应用像电子产品经过环境应力筛选试验排除，这增加了可靠性增长模型描述的困难。

要对电动甲板起重机进行可靠性试验，必须基于其机电液耦合的自身特点和相关可靠性目标，提出有针对性的实施方案，而不能照搬已有的可靠性试验标准或者直接借用电子产品可靠性试验的成熟方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是，克服现有技术的不足而提供一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法。可以对电动甲板起重机机电液耦合的自身技术特点及单件小批量大价值的产品特点进行实施，能更合理的评估产品的可靠性水平，即提高了试验的可行性又降低了成本。

为了达到以上目的，本发明提供一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法，包括以下步骤：

S1、收集整理电动甲板起重机在实际应用中的工作循环周期，梳理从装载-起升-变幅-回转-下放-卸载-起升-变幅-回转-下放的全过程所需时间，从而分析出单循环周期下的任务剖面及所占时间。收集装卸载时间、负载起升下放高度、臂架变幅幅度、旋转角度、无负载起升的高度等参数，如下表：

单次收集数据表格记录为X

S2、结合S1的任务剖面及时间占比，结合可靠性验证指标，可以给出单任务的总计可靠性试验时间。由于装载与卸载占据单循环周期一定时间，但装载与卸载时起重机处于静止状态，无机构参与动作，故认为为无限寿命，循环总次数与总时间时不考虑在内，也就是单个循环周期时间不包括装卸载时间。

S3、收集整理电动甲板起重机在生命周期内的载荷情况，形成工况载荷谱，利用等效折算法计算出单任务在额定载荷下的可靠性试验时间。由于起重机在实际工作中的载荷具有随机性，需对过往起重机进行载荷统计，根据统计的结果形成载荷谱，具体的每次起重机工作的工作持续时间从主电控箱的累计时器读出，每个循环周期的载荷通过拉力传感器从电控系统的存储器中读出。

S4、进行整机/部件/零件可靠性试验，并出具可靠性试验报告，建立数据库。

本发明进一步的采用如下技术方案：

在步骤S1中，以某型电动甲板起重机为例：

T

整合为：

在步骤S2中，验证整体可靠性指标时装卸载时间不包含在内，即参与考核的单循环周期T

电动甲板起重机的起升机构组成为吊钩组件1、钢丝绳组件2、滑轮组件3、绞车组件4、逆止单元组件5、减速机组件6、电机7、电控系统、液压系统，变幅机构组成为钢丝绳组件8、滑轮组件9、绞车组件10、制动器组件11、减速机组件12、电机13、电控系统、液压系统，回转机构组成为回转支承组件14、回转制动器组件15、减速机组件16、电机组件17、电控系统、液压系统。液压系统为减速机制动单元的动力部件，包含液压泵站18、起升阀组19、变幅阀组20、回转阀组21、蓄能器22、接头23、软管24。电控系统控制整机的信号传递与人机交互，包含集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30、回转逆变柜31。

根据产品任务剖面分析表中各任务动作所用部件运行次数/时间叠加统计，计算出各任务部件在T小时内运行次数/时间：

起升任务：起升电机7、刹车泵站18、起升阀组19、蓄能器22、接头23、软管24、减速机组件6、逆止单元组件5、绞车组件4、滑轮组件3、钢丝绳组件2、吊钩组件1、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30。

变幅任务：钢丝绳组件8、滑轮组件9、绞车组件10、制动器组件11、减速机组件12、电机13、刹车泵站18、变幅阀组20、蓄能器22、接头23、软管24、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30。

回转任务：回转支承组件14、回转制动器组件15、减速机组件16、电机组件17、刹车泵站18、回转阀组21、蓄能器22、接头23、软管24、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、回转逆变柜31。

将上述3种任务各工作部件进行整理，将重复运动部件进行叠加，得出在T小时内各部件的工作总时长。

在步骤S3中，根据电动甲板起重机载荷状态分布，得出起重机满载等效折减系数：ηq＝1×tb1+c2×tb2+c3×tb3+c4×tb4，其中c2、c3、c4为载荷百分占比，tb1、tb2、tb3、tb4为时间占比。

起升机构负载时按照ηq进行折减等效，空载时忽略。

变幅机构与回转机构负载时按照ηq进行折减等效，空载时按照满载进行时间折减。

在步骤S4中，测试环境为试验台架，试验工装为试验台、中间箱、砝码，试验器材包括：数显卡尺(0-300)、秒表、分贝仪、测温枪、振动测试仪、油样清洁度检测仪，记录内容为电动甲板起重机起升机构、变幅机构、回转机构三个任务剖面在可靠性试验周期内各部件的运行情况、磨损情况、温升、振动值、噪音值、各技术参数符合性等。

本发明采用以上技术方案，是基于其机电液耦合的自身技术特点及单件小批量大价值的产品特点进行实施，提出的有针对性实施方案，而不能照搬已有的可靠性试验标准或者直接借用电子产品可靠性试验的成熟方法，能更合理的评估产品的可靠性水平，即提高了试验的可行性又降低了成本。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明

图1为电动甲板起重机起升机构与变幅机构组成。

图2电动甲板起重机回转机构组成

图3电动甲板吊机液压系统组成

图4电动甲板吊机电气系统组成

图5电动甲板吊机载荷状态分布

起升机构组成为吊钩组件1、钢丝绳组件2、滑轮组件3、绞车组件4、逆止单元组件5、减速机组件6、电机7、电控系统、液压系统。

变幅机构组成为钢丝绳组件8、滑轮组件9、绞车组件10、制动器组件11、减速机组件12、电机13、电控系统、液压系统。

回转机构组成为回转支承组件14、回转制动器组件15、减速机组件16、电机组件17、电控系统、液压系统。

液压系统为减速机制动单元的动力部件，包含液压泵站18、起升阀组19、变幅阀组20、回转阀组21、蓄能器22、接头23、软管24。

电控系统控制整机的信号传递与人机交互，包含集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30、回转逆变柜31。

电动甲板起重机载荷状态分布中c2、c3、c4为载荷百分占比，tb1、tb2、tb3、tb4为时间占比。

具体实施方式

实施例一

一种基于任务剖面的电动甲板起重机可靠性试验方法，包括以下步骤：

S1、收集整理电动甲板起重机在实际应用中的工作循环周期，梳理从装载-起升-变幅-回转-下放-卸载-起升-变幅-回转-下放的全过程所需时间，从而分析出单循环周期下的任务剖面及所占时间。收集装卸载时间、负载起升下放高度、臂架变幅幅度、旋转角度、无负载起升的高度等参数，如下表：

单次收集数据表格记录为X

以某型电动甲板起重机为例：

T

整合为：

S2、结合S1的任务剖面及时间占比，结合可靠性验证指标，可以给出单任务的总计可靠性试验时间。由于装载与卸载占据单循环周期一定时间，但装载与卸载时起重机处于静止状态，无机构参与动作，故认为为无限寿命，循环总次数与总时间时不考虑在内，也就是单个循环周期时间不包括装卸载时间。

验证整体可靠性指标时装卸载时间不包含在内，即参与考核的单循环周期T

电动甲板起重机的起升机构组成为吊钩组件1、钢丝绳组件2、滑轮组件3、绞车组件4、逆止单元组件5、减速机组件6、电机7、电控系统、液压系统，变幅机构组成为钢丝绳组件8、滑轮组件9、绞车组件10、制动器组件11、减速机组件12、电机13、电控系统、液压系统，回转机构组成为回转支承组件14、回转制动器组件15、减速机组件16、电机组件17、电控系统、液压系统。液压系统为减速机制动单元的动力部件，包含液压泵站18、起升阀组19、变幅阀组20、回转阀组21、蓄能器22、接头23、软管24。电控系统控制整机的信号传递与人机交互，包含集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30、回转逆变柜31。

根据产品任务剖面分析表中各任务动作所用部件运行次数/时间叠加统计，计算出各任务部件在T小时内运行次数/时间：

起升任务：起升电机7、刹车泵站18、起升阀组19、蓄能器22、接头23、软管24、减速机组件6、逆止单元组件5、绞车组件4、滑轮组件3、钢丝绳组件2、吊钩组件1、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30。

变幅任务：钢丝绳组件8、滑轮组件9、绞车组件10、制动器组件11、减速机组件12、电机13、刹车泵站18、变幅阀组20、蓄能器22、接头23、软管24、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、起升变幅逆变柜30。

回转任务：回转支承组件14、回转制动器组件15、减速机组件16、电机组件17、刹车泵站18、回转阀组21、蓄能器22、接头23、软管24、集电环25、驾驶室操作台26、变压器27、主控柜28、AFE柜29、回转逆变柜31。

将上述3种任务各工作部件进行整理，将重复运动部件进行叠加，得出在T小时内各部件的工作总时长。

整合后

S3、收集整理电动甲板起重机在生命周期内的载荷情况，形成工况载荷谱，利用等效折算法计算出单任务在额定载荷下的可靠性试验时间。由于起重机在实际工作中的载荷具有随机性，需对过往起重机进行载荷统计，根据统计的结果形成载荷谱，具体的每次起重机工作的工作持续时间从主电控箱的累计时器读出，每个循环周期的载荷通过拉力传感器从电控系统的存储器中读出。

在步骤S3中，根据电动甲板起重机载荷状态分布，得出起重机满载等效折减系数：η

起升机构负载时按照η

空载变幅下变幅机构所承受的载荷为同等条件下满载时承受载荷的η

空载回转时回转机构所承受载荷为同等条件下满载时承受载荷的η

则等效后：

S4、进行整机/部件/零件可靠性试验，并出具可靠性试验报告，建立数据库。在步骤S4中，测试环境为试验台架，试验工装为试验台、中间箱、砝码，试验器材包括：数显卡尺(0-300)、秒表、分贝仪、测温枪、振动测试仪、油样清洁度检测仪，记录内容为电动甲板起重机起升机构、变幅机构、回转机构三个任务剖面在可靠性试验周期内各部件的运行情况、磨损情况、温升、振动值、噪音值、各技术参数符合性等。

具体的：

以上所述，仅为本发明中的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉该技术的人在本发明所揭露的技术范围内，可理解想到的变换或替换，都应涵盖在本发明的包含范围之内，因此，本发明的保护范围应该以权利要求书的保护范围为准。