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原文传递大型升船机驱动系统可靠性分析与建模

论文题名：	大型升船机驱动系统可靠性分析与建模
关键词：	升船机;驱动系统;可靠性;失效模式;数字仿真
摘要：	升船机是典型的重大装备，是水利工程最重要的大型设备之一。由于技术复杂且缺乏实践经验，在设计过程中必须引入寿命和可靠性评价技术，以保证升船机的使用寿命与服役安全。本文研究的升船机的驱动系统采用齿轮、齿条爬升式结构，为船厢升降提供动力。驱动系统的可靠性是整个升船机可靠性分析与评价的重要组成部分。　　本文以升船机驱动系统为研究对象，重点针对其子系统及关键部件的功能、失效模式及影响、寿命、可靠性指标进行分析与建模。同时，应用必要的数字仿真技术，提出先进、适用的寿命与可靠性建模方法，为升船机驱动系统可靠性分析提供理论基础与技术支持。这些理论及方法对其它大型装备的可靠性分析与评价也具有应用价值。　　本文主要从以下几个方面展开: 　　(1)对升船机驱动系统的结构和功能进行详尽分析。应用FMECA方法对驱动系统进行故障模式和失效机理分析，编制驱动系统的FMECA报告，针对各故障模式提出相应的对策。应用Petri网模型构建升船机驱动系统故障逻辑关系图，根据Petri网模型的关联矩阵求最小割集。同时，利用Petri网的可达性和状态方程分析故障信息，解决故障诊断和故障传播问题。　　(2)大型机械设备中的关键件在进行试验时子样数量一般都非常有限，应用传统参数估计方法不能满足精度要求。应用Bayes方法进行小子样可靠性试验的参数估计，推导疲劳寿命服从对数正态分布时参数的贝叶斯估计式。运用性能-寿命概率映射原理，设计了两种小样本P-S-N曲线试验方案，能够用较少的试样试验得出精度较高的P-S-N曲线。　　(3)详细分析升船机齿轮受到的各种载荷，编制升船机启动阶段、匀速运行阶段和制动阶段齿轮的工作载荷谱。提出齿轮接触疲劳P-S-N曲线和弯曲疲劳P-S-N曲线的确定方法，分析齿轮的接触疲劳寿命和弯曲疲劳寿命。　　(4)基于损伤等效原则，建立随机载荷作用下的剩余强度模型，研究剩余强度分布的数字特征随载荷循环次数增加的变化规律。提出多个载荷工况下齿轮接触强度、弯曲强度疲劳可靠性模型，反映了载荷与强度之间的相关性，用于计算随机载荷作用下的疲劳可靠度。　　(5)以系统级应力-强度干涉模型为出发点，将驱动机构的齿轮、齿条作为串联系统进行分析，根据系统失效的统计学意义以及次序统计量的性质，建立共因失效下的截尾次序统计量可靠性模型。考虑载荷作用次数，基于提出的可靠性模型，对升船机齿轮齿条系统的可靠度进行计算。　　(6)为分析升船机的驱动系统（串联-表决-并联系统）的可靠性，首先建立系统级的串联-表决、串联-并联、并联-串联系统可靠性模型，并运用Monte Carlo仿真方法对所提出的可靠性模型进行验证。以这些模型为基础，结合升船机驱动系统的结构特点，建立驱动系统的可靠性模型。
作者：	武滢
专业：	机械设计及理论
导师：	谢里阳
授予学位：	博士
授予学位单位：	东北大学
学位年度：	2012
正文语种：	中文