運用可靠性設計理念，提高煤機產品質量

賈龍等

摘 要：把產品可靠性設計引入到煤機產品的設計流程當中，針對制約煤機產品整機可靠性水平的零部件，提出幾點解決措施，以提高煤機產品的核心競爭力。

關鍵詞：采煤機械；可靠性；核心競爭力

作為一個礦業大國，我國有著豐富的礦產資源，但礦產資源作為不可再生能源，需要節約利用，實現能源的延續性發展。在我國，能源開發和主要利用的礦物種是煤炭，而實現節約能源就要從節約煤炭資源入手，而最能提升煤炭利用率的環節就是開采煤炭環節。針對煤炭資源的開采生產過程的重要性，對煤機性能進行開發提升研究，延長其使用壽命和安全度以及開采率，這對我國節約能源有著重要的意義。

1 產品的可靠性介紹

煤機產品和其他機器一樣，應該是建立在一定的安全性基礎之上的，即產品的可靠性。產品的可靠性有著其自身的學術定義，是指產品在限定的時間和條件下成功完成該產品指定功效的水平。這是學術上對產品可靠性的定義，而通俗地來講，產品的可靠性就是產品的耐用性，即在指定的時間段內和所設定的限定條件下能夠保持產品的正常使用以及循環使用的次數和質量。

煤機產品是可修復產品，其可靠性有狹義與廣義之分，狹義的產品可靠性的定義僅僅指產品的有效性使用，即在規定的時間和所設定的年限下能夠正常運轉其功能。而從廣義上來講，產品的可靠性還要包括它自身的反復使用性，即可維修能力，在產品使用中發生故障后還能進行修理，以方便以后繼續使用。我們現在所說的廣義的產品可靠性包括以下五個內容：可靠性、維修性、有效性、耐久性、安全性。

2 產品可靠性的研究內容

根據目前產品可靠性研究，對煤機產品的可靠性設計的主要方向有：

2.1 煤機產品的可靠性預測，建立整機可靠性模型

在衡量一個系統優劣及其是否滿足任務要求的過程中，系統可靠度的計算十分重要，也是系統和系統之間相互評判的重要標準之一，在系統可靠性研究中占據著十分重要的位置。例如，采煤機整機的組成部分有截割部、牽引部、電子系統以及輔助裝置。其中，搖臂與滾筒又是截割部的組成部分；液壓傳動箱、牽引傳動箱以及牽引機構是牽引部的組成部分；電控箱、電動機、控制以及保護裝置是電子系統的組成部分；冷卻噴霧系統、機外油管組、拖纜裝置以及調高油缸是輔助裝置的組成部門。上面所提到的四個子系統中，采煤機的正常運轉不管是受到哪一個的故障影響，都無法繼續運行，所以，上面所提到的四個子系統是串聯組成系統可靠性模型的重要條件；每一個子系統的任何一個單元出現故障或者問題，都能夠造成該子系統出現故障，因此，該系統中的所有單元是串聯組成每個子系統的重要因素。

2.2 煤機產品的可靠性分析

在可靠性分析產品子系統的基礎上，可靠性消息、故障模式以及故障之間的傳播關系等都可以有效得出，通過這樣的方式，對于產品子系統的內部結構就會有全面地認識，從而在設計、管理和故障斬斷產品的過程奠定堅實的基礎。通常情況下，在大量煤塵和含有瓦斯的狹窄工作空里采煤機進行割煤，在工作條件十分惡劣的環境下，煤層截割阻力是會不斷變化的，在煤層中會存在一些較硬的包裹體、頂板巖石都有可能會落到截割機構上，采煤機的可靠性都會因此而受到一定程度的影響。

例如，通過對某個采煤機的現場數據進行計算，求出整機及其各子系統的有效度；求得采煤機關鍵子系統，分析判斷其發生故障的主要部位。根據對此子系統的相關調查與理論分析，建立子系統可靠性仿真模型，根據仿真結果判斷其主要故障元件，并對該主要故障元件進行模糊故障樹分析，查找發生故障的主要原因。通過建立和分析子系統模糊故障診斷的可靠性模型，為采煤機子系統的故障診斷及維修工作提供一種科學、可行的新方法。

2.3 關于煤機產品的可靠性設計及指標分析

煤機產品的可靠性設計是煤機產品可靠性的來源。煤機產品是一個較為復雜的科技產品，需要高新科學技術的支持，它的設計和革新要依傍于廣大科研人員。過去的科研人員對煤機產品的可靠性設計需要很多高精端的零部件，其造價昂貴不提，而且還很難成功。目前對煤機產品的可靠性設計研究就是針對這些問題，從節約成本、提升可靠性以及降低零件組合的復雜度入手，從而針對設計理念對可靠性進行重新分配，其分配原則有如下幾點：（1）按重要程度分配可靠度；（2）按復雜程度分配可靠度；（3）按技術水平、任務情況等的綜合指標分配可靠度；（4）按相對故障率分配可靠度。各部分有了明確的可靠性指標后，根據不同計算準則，進行零件的設計計算。

2.4 煤機產品的可靠性管理

可靠性管理是為確定和滿足元件或系統的可靠性要求所進行的一系列組織、計劃、規劃、控制、協調、監督、決策等活動和功能的管理。它是保證產品可靠性達到預期指標的組織管理措施?？煽啃怨芾戆ǎ航M織可靠性質量保證系統；規定要管理的任務和有關部門和負責人員的職責；指導、檢查和督促分擔任務的協作單位的可靠性工作；制訂可靠性計劃并檢查督促計劃的執行。在可靠性質量保證系統中，每個部門承擔必要的可靠性任務，例如，設計部門所承擔的可靠性任務有：根據所要求的可靠性指標確定環境條件；制定本系統的可靠性任務書；確定對所用元件、器件、材料、工藝的可靠性要求；進行可靠性分配和預測；進行故障樹分析和故障模式、效應及致命度分析；尋找產品的薄弱環節，在設計上采取措施，以提高薄弱環節的可靠性；對產品的零件、部件進行應力-強度分析，采取環境保護（如減振、恒溫）措施；對材料和加工精度提出恰當的要求，保證零件、部件和產品結構可靠；確定元件、器件的降負荷因子；進行熱設計，使整機的局部溫升不致過高；進行邊緣設計，保證產品的性能可靠性；查明所用元件、器件、材料的保險期，制訂恰當的維修、更新方案；在各個設計階段結束時進行設計評審。

3 提高煤機產品整機可靠性的途徑

3.1 在現有煤機產品基礎上，對失效頻率較高的零部件進行失效分析

在設計改進系統或設備時，要盡量全面了解原有系統、生產環境和維修的長期運行歷史記錄，建立產品可靠性模型并且根據零部件的可靠度對歷次重大的失效和故障現象進行深入分析，找出各種故障隱患的所在，在設計中改進和消除這些隱患以提高采煤機的可靠性。

3.2 關鍵零部件專業化生產

煤機產品整機的可靠性取決于關鍵零部件的可靠性程度，通過與國外先進設備的比較，國外煤機產品的優勢主要集中在兩點，一是關鍵零部件的使用壽命；二是整機智能化水平。為此，提高關鍵零部件的可靠性對于整機可靠性的提高的尤為重要。但是，由于煤機產品小批量生產的特點，很多企業忽略對產量小的個別零部件進行技術攻關和生產，導致長期以來關鍵零部件的使用壽命一直是制約煤機產品可靠性的重要因素。而煤機產品關鍵零部件可靠性的提高依賴于零部件的標準化和專業化制造，亟待形成關鍵零部件的專業化配套廠家，通過加大技術投入和專業化生產制造為國內煤機產品提供高壽命關鍵零部件，從而逐步提高國內煤機產品的整體水平。

3.3 CAD及CAE有限元分析技術的應用

目前，大功率采煤機、強力液壓支架的研制均采用CAD、CAE有限元分析技術。世界著名的綜采生產廠商德國艾柯夫和美國的JOY公司都建立了采煤機整機受力分析模型，并采用CAD三維仿真動態可視化設計、有限元分析等現代化設計方法完成整機和零部件的干涉分析、受力分析、強度計算和結構設計。利用數字化手段不僅能縮短研發時間，而且在產品制造之前能預測產品性能，完善產品機構，保障產品設計的可靠性。并以經驗校正現有產品有限元模型，逐步實現模擬各種工況，優化參數選擇，為新結構的設計提供理論依據和技術保障。

3.4 人是關鍵

在每個項目的實施過程中，人是起關鍵作用的?？茖W技術是由科研人員所研發出來的，我們不能忽略人類才是科學技術前進的最終來源和推動動力。因此可以說，煤炭市場機械產品的競爭，歸根到底其實就是人的競爭。建立先進技術人才引進機制，吸引有能力的設計人員，創造優秀人才發展平臺，使其能快速的開展業務并取得成果。再者，每年對新招聘的員工進行有針對性的培訓，讓他們少走彎路，并能站在前人的肩膀上開展工作，完成對產品的改進。另外，要為員工創造公平的發展環境，調動大家工作、創新的積極性，變被動為主動，更有效地開展工作。

3.5 協調攻關，加強交流

由于受資金、技術、人員的局限，煤機企業僅靠自身的力量很難完成技術攻關，所以必須要協調相關系統進行聯合攻關。在攻關不能滿足急需時，要直接引進國外部分材料和零部件，以保證整機產品的可靠性。同時，要進一步開展國際技術交流，如采取多種方式合作制造、購買專利等直接獲得國外先進技術，大力爭取國內產品打入國際市場；派出有真才實學的技術人員出國留學、訪問，及時吸取國外最先進的技術，掌握國外發展趨勢、瞄準國外采煤機發展方向努力攻關，使我國研制采煤機的水平在短期內達到國際先進水平。

4 結束語

產品的可靠性就是企業未來的核心競爭力，我國的煤炭年產量占世界的1/3，煤機產品的重要性尤為突出，相信提高煤機產品的可靠性將使我國采煤機械的質量更為優良，適應范圍更廣，效率更高，從而使我國采煤機械的技術達到國際先進水平。

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