機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性設(shè)計(jì)探討

郎帥

摘 要：本文以機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性為研究對(duì)象，從設(shè)計(jì)方法的角度論述提高機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的措施。通過對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響因素的分析，探究機(jī)械穩(wěn)定性模型的計(jì)算公式，在數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、應(yīng)用規(guī)范、制度管理這三個(gè)方面，詳細(xì)介紹提高機(jī)械穩(wěn)定性的具體方法，為相關(guān)研究提供參考建議。

關(guān)鍵詞：機(jī)械結(jié)構(gòu)；可靠性設(shè)計(jì)；模型計(jì)算

中圖分類號(hào)：TH122 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）05-0095-02

0 引言

社會(huì)建設(shè)的持續(xù)快速發(fā)展，使得我國(guó)基本實(shí)現(xiàn)了機(jī)械化的建設(shè)目標(biāo)。在應(yīng)用機(jī)械設(shè)備的過程中，機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性，成為了影響其功能發(fā)揮的關(guān)鍵內(nèi)容，對(duì)此相關(guān)技術(shù)人員投入了大量的精力與資源進(jìn)行研究。而為了更加深刻的說明機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的設(shè)計(jì)方案，必須對(duì)其影響因素進(jìn)行說明，以便更具針對(duì)性的完成機(jī)械結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)工作。

1 機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性影響因素

機(jī)械設(shè)備使用中的穩(wěn)定性，受到各種條件的影響，可將其中的典型化特征進(jìn)行整理，并梳理出氣候條件、工況環(huán)境、管理方法這三個(gè)方面。首先，氣候條件的影響因素最為典型。機(jī)械設(shè)備的應(yīng)用中，很多處于露天的外部環(huán)境，并長(zhǎng)期暴露在自然環(huán)境之中，所處地域以及氣候類型，都會(huì)對(duì)機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生明顯影響。這種影響條件，不僅會(huì)在長(zhǎng)期侵蝕與浸染的條件下對(duì)機(jī)械骨骼結(jié)構(gòu)系統(tǒng)造成危害，對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)中精細(xì)電子系統(tǒng)的影響更加明顯，惡劣的氣候天氣與明顯的季節(jié)變化，會(huì)明顯的加劇設(shè)備的老化[1]。例如，在港口的機(jī)械結(jié)構(gòu)，會(huì)受到潮濕環(huán)境的影響，并在海鹽環(huán)境的不斷侵蝕中出現(xiàn)功能性故障，這些都會(huì)對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性產(chǎn)生危害。

其次，在工況環(huán)境的條件下，機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性減弱，也是不容忽視的問題。在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)過程中，我國(guó)的機(jī)械化建設(shè)涉及到了各個(gè)行業(yè)，在提高生產(chǎn)速率的同時(shí)，也使機(jī)械設(shè)備暴露在多種類型的生產(chǎn)領(lǐng)域中。這使得生產(chǎn)材料與操作對(duì)象對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性條件產(chǎn)生了明顯的影響。同樣以港口的機(jī)械設(shè)備應(yīng)用為例，在設(shè)備執(zhí)行生產(chǎn)活動(dòng)時(shí)，會(huì)對(duì)不同質(zhì)量、重量、理化性質(zhì)的物質(zhì)進(jìn)行操作，而這些生產(chǎn)對(duì)象的不斷變化極為豐富?；緳C(jī)械結(jié)構(gòu)可以針對(duì)某一類型的物體進(jìn)行專項(xiàng)性的預(yù)防，但也無法保證防護(hù)的全面性。同時(shí)，在實(shí)際生產(chǎn)建設(shè)活動(dòng)中，機(jī)械設(shè)備經(jīng)常會(huì)進(jìn)行產(chǎn)時(shí)間、連續(xù)性的生產(chǎn)操作，這無疑會(huì)對(duì)設(shè)備的穩(wěn)定性造成沖擊，不利于設(shè)備的生產(chǎn)安全管理。

最后，機(jī)械設(shè)備的管理是通過人工行為對(duì)設(shè)備產(chǎn)生穩(wěn)定性影響的內(nèi)容。從理論角度，這種穩(wěn)定性的負(fù)面影響是可以避免的，并在延長(zhǎng)機(jī)械設(shè)備使用壽命上起到積極作用。但在實(shí)際操作的過程中，由于各種因素的影響與限制，會(huì)在犧牲一定穩(wěn)定性的條件下滿足生產(chǎn)與建設(shè)的需要。同時(shí)，從機(jī)械設(shè)備的管理角度，相關(guān)的制度內(nèi)容并沒有充分的落實(shí)。在各個(gè)行業(yè)的機(jī)械化建設(shè)中，經(jīng)常會(huì)出現(xiàn)設(shè)備管理缺失與運(yùn)維養(yǎng)護(hù)不足的問題。這些都是造成機(jī)械設(shè)備處于超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的客觀條件，加之相關(guān)技術(shù)人員在保養(yǎng)意識(shí)上的缺失，使得大量設(shè)備出現(xiàn)了運(yùn)維管理不足的問題，降低了機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性。

2 機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性分析模型

通過前面的分析，基本確定了氣候條件、工況環(huán)境、管理方法對(duì)于機(jī)械設(shè)備穩(wěn)定性的影響條件。為了更加精確的完成穩(wěn)定性變量條件的影響效果，必須在分析穩(wěn)定性形成條件的同時(shí)，建立起完整的數(shù)據(jù)模型，以更加科學(xué)化的方法，準(zhǔn)確的描述機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性狀態(tài)，以便采取更加針對(duì)性的措施，對(duì)其進(jìn)行運(yùn)維管理。

氣候條件下，對(duì)于設(shè)備機(jī)械設(shè)備影響最為典型的條件可以分為空氣濕度、侵蝕物質(zhì)含量這兩個(gè)方面[2]。在構(gòu)建數(shù)學(xué)模型的過程中，可以將氣候影響因素設(shè)置為未知量a，然后分別將空氣濕度與侵蝕物質(zhì)含量設(shè)置為a1、a2，并產(chǎn)生公式：

而在對(duì)工況環(huán)境的影響因素（未知量b）進(jìn)行分析的過程中，可將機(jī)械應(yīng)力設(shè)為b1，將化學(xué)腐蝕設(shè)為b2，將電磁干擾設(shè)為b3，然后生成公式：

同樣，在對(duì)管理方法影響因素（未知量c）的分析中，也可將運(yùn)維周期設(shè)為c1，人員素養(yǎng)設(shè)為c2，操作失誤設(shè)為c3，形成公式：

由此，完成影響機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的分析統(tǒng)計(jì)。在盡可能發(fā)揮設(shè)備功能作用的同時(shí)，對(duì)其使用條件與結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性形成量化評(píng)估內(nèi)容，并對(duì)實(shí)際工作作出明確的指導(dǎo)，不僅可以有效地提高生產(chǎn)建設(shè)安全性，也可達(dá)到延長(zhǎng)設(shè)備使用年限的目標(biāo)。

3 機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性優(yōu)化方法

3.1 強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，完成影響因素量化分析

機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性設(shè)計(jì)中，分析誘發(fā)穩(wěn)定性下降因素是有效的管理手段，也是進(jìn)行設(shè)備優(yōu)化的重要途徑。通過量化分析，可以在結(jié)合設(shè)備實(shí)際應(yīng)用條件的基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)行方法作出調(diào)整，放大設(shè)備使用中的規(guī)范性與科學(xué)性，并在指導(dǎo)工業(yè)化生產(chǎn)建設(shè)時(shí)起到積極的推動(dòng)作用[3]。在當(dāng)前的管理?xiàng)l件下，對(duì)于機(jī)械設(shè)備使用中的載荷條件，已經(jīng)形成了完整的量化指標(biāo)，并在管理應(yīng)用過程中發(fā)揮出了積極的引導(dǎo)作用。但是，從整體的角度，應(yīng)嘗試擴(kuò)大量化信息的覆蓋范圍，使更多影響機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的因素得到重視，通過量化的規(guī)范，對(duì)機(jī)械設(shè)備的使用方法進(jìn)行調(diào)整與約束，提高設(shè)備使用中的穩(wěn)定性。

方法上，可以結(jié)合前文的計(jì)算公式，將影響因素的量化指標(biāo)作為基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，對(duì)影響機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的綜合因素作出分析。注意，執(zhí)行此項(xiàng)計(jì)算時(shí)，需強(qiáng)調(diào)不同設(shè)備、不同功能、不同使用條件等內(nèi)容的差異性，以更符合生產(chǎn)實(shí)際的狀態(tài)完成影響因素分析，更全面的論證影響因素的作用效果與影響程度。

為了進(jìn)一步的細(xì)化計(jì)算內(nèi)容，可以將機(jī)械設(shè)備的使用時(shí)間設(shè)置為t，將發(fā)生設(shè)備失效故障的時(shí)間設(shè)定為x。由此，可以得出設(shè)備結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的計(jì)算公式：R（t）=P（x>t），設(shè)備發(fā)生故障的概率定義為：F（t）=1-R（t），故障發(fā)生密度表示為：f（T）=dx（t）′dt，機(jī)械設(shè)備的平均壽命表示為：，然后，將以上公式帶入，就可形成更加細(xì)化的計(jì)算模型：

將這一數(shù)學(xué)模型下的量化指標(biāo)S作為分析機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)，可以在維持正常生產(chǎn)條件的同時(shí)，優(yōu)化結(jié)果穩(wěn)定性與經(jīng)濟(jì)效益之間的關(guān)系，并在建立平衡系統(tǒng)的同時(shí)，形成更加穩(wěn)定、持久的管理模式。通過數(shù)字化模型的建立，能夠針對(duì)性的提出具體優(yōu)化措施，使得機(jī)械設(shè)備結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性得到保障。而在此系統(tǒng)下，又可針對(duì)多種變量模型作出論證，在時(shí)間軸線的生產(chǎn)建設(shè)過程中，連續(xù)的完成優(yōu)化調(diào)整工作，使實(shí)用性、隨機(jī)性、模塊化的管理原則充分落實(shí)。

3.2 優(yōu)化使用措施，完善機(jī)械結(jié)構(gòu)技術(shù)規(guī)范

機(jī)械設(shè)備在使用過程中，不斷對(duì)技術(shù)內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，通過規(guī)范化的技術(shù)約束，可以實(shí)現(xiàn)機(jī)械結(jié)構(gòu)的調(diào)整與控制[4]。而為實(shí)現(xiàn)技術(shù)規(guī)范化管理，必須對(duì)原有的工作模式進(jìn)行調(diào)整，通過整理模塊化的結(jié)構(gòu)，使各單一影響因素的內(nèi)容受到限制。通過不斷深入技術(shù)管理的約束內(nèi)容，保證技術(shù)條件的合理性。在這種規(guī)范化的管理措施中，不僅可以降低機(jī)械設(shè)備發(fā)生結(jié)構(gòu)故障的條件，也能在進(jìn)行運(yùn)行與發(fā)展的過程中呈現(xiàn)出有利的技術(shù)基礎(chǔ)。

進(jìn)行規(guī)范化的管理工作，設(shè)備零部件規(guī)格與參數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化，也是保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的重點(diǎn)。在零部件結(jié)構(gòu)的選擇上，必須采購(gòu)正規(guī)廠商生產(chǎn)的設(shè)備，在對(duì)生產(chǎn)、出廠等許可證件進(jìn)行核對(duì)的同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)在市場(chǎng)環(huán)境中，考察該廠家的風(fēng)評(píng)與信譽(yù)水平。在確定其技術(shù)條件與行業(yè)影響力的基礎(chǔ)上，再對(duì)具體部件的質(zhì)量參數(shù)進(jìn)行核對(duì)，挑選適合現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)的部件，降低故障發(fā)生的概率，縮小結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性威脅。尤其在對(duì)現(xiàn)有機(jī)械結(jié)構(gòu)進(jìn)行部件更換的過程中，應(yīng)盡可能的選擇機(jī)械設(shè)備的原始廠家備件，在保證適應(yīng)性條件的基礎(chǔ)上，對(duì)新進(jìn)替換的部件進(jìn)行一定時(shí)間的磨合，經(jīng)過保養(yǎng)與確認(rèn)后，再展開機(jī)械設(shè)備的連續(xù)化生產(chǎn)。

機(jī)械設(shè)備的結(jié)構(gòu)調(diào)整，必須對(duì)新加入零件的實(shí)用性進(jìn)行分析。當(dāng)前的技術(shù)環(huán)境下，對(duì)于機(jī)械設(shè)備零件的合理性分析，通常會(huì)采用實(shí)際測(cè)量法與仿真模擬法相結(jié)合措施完成運(yùn)載荷譜的計(jì)算。由此，不僅可以提高引進(jìn)零件的穩(wěn)定性，還能在得到優(yōu)質(zhì)測(cè)量數(shù)據(jù)的同時(shí)，完成應(yīng)用準(zhǔn)確性分析，為提高機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性創(chuàng)造條件。

3.3 規(guī)范團(tuán)隊(duì)建設(shè)，落實(shí)機(jī)械設(shè)備管理制度

優(yōu)化管理制度，是調(diào)整機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的基礎(chǔ)內(nèi)容，可以通過管理水平的提升，達(dá)到優(yōu)化結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的目標(biāo)。而執(zhí)行這一方法，能夠以更加直觀的方式，直接降低機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性缺陷，達(dá)到預(yù)期管理效果。而執(zhí)行制度優(yōu)化內(nèi)容，必須從以下兩個(gè)方面入手。

第一，必須制定完整且全面的管理制度。從企業(yè)與部門的角度出發(fā)，確立詳細(xì)的機(jī)械設(shè)備管理制度，并在制度內(nèi)容中形成完整的監(jiān)督考核機(jī)制，補(bǔ)全機(jī)械結(jié)構(gòu)管理的基礎(chǔ)條件。通過制度內(nèi)容的說明，可以將管理、操作、技術(shù)、運(yùn)維等多項(xiàng)內(nèi)容整合起來，以書面文件的形式，機(jī)械結(jié)構(gòu)的管理地位，并在強(qiáng)調(diào)約束性的同時(shí)，為提高結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性創(chuàng)造基礎(chǔ)條件。例如，某企業(yè)在設(shè)計(jì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性管理制度的過程中，明確的賦予了技術(shù)監(jiān)管部門權(quán)利，在對(duì)其穩(wěn)定性全權(quán)負(fù)責(zé)的條件下，按照預(yù)先制定的“操作管理規(guī)范”指導(dǎo)并監(jiān)督一線操作人員，使其技術(shù)處理符合控制標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)際要求。當(dāng)出現(xiàn)技術(shù)風(fēng)險(xiǎn)時(shí)，直接由管理部門問責(zé)技術(shù)監(jiān)管，并通過績(jī)效獎(jiǎng)金的管理，對(duì)其失職問題進(jìn)行懲處。以此刺激技術(shù)監(jiān)管對(duì)于機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性管理的責(zé)任感與積極性，更好地落實(shí)制度內(nèi)容。

第二，在管理制度的執(zhí)行過程中，應(yīng)當(dāng)對(duì)崗位人員進(jìn)行培訓(xùn)，從思想認(rèn)識(shí)與能力塑造兩個(gè)方面，完成培訓(xùn)內(nèi)容。使機(jī)械設(shè)備的操作人員在能力水平與職業(yè)素養(yǎng)上得到全面提升，適應(yīng)整體管理工作的要求，并在不斷提高技術(shù)綜合能力的同時(shí)，提高機(jī)械設(shè)備的運(yùn)維管理水平。例如，在對(duì)崗位技術(shù)人員的日常工作項(xiàng)目中，經(jīng)常涉及到機(jī)械故障的處理、老化零件的更新等工作內(nèi)容。但在穩(wěn)定性模型分析、機(jī)械疲勞度計(jì)算等內(nèi)容中，存在著明顯不足。因此對(duì)于工作人員的培訓(xùn)，可以從穩(wěn)定性影響因素入手，組織技術(shù)人員學(xué)習(xí)分析方法的同時(shí)，通過對(duì)穩(wěn)定性影響因素的信息記錄進(jìn)行實(shí)踐鍛煉。將數(shù)據(jù)內(nèi)容的統(tǒng)計(jì)與分析作為基礎(chǔ)課程，提高對(duì)于穩(wěn)定性影響因素的認(rèn)識(shí)，并不斷調(diào)整工作重心，實(shí)現(xiàn)風(fēng)險(xiǎn)問題由事后處理到事前預(yù)防的轉(zhuǎn)化，提高機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的維護(hù)水平。

4 結(jié)語

綜上，機(jī)械結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性條件，是影響其應(yīng)用價(jià)值的關(guān)鍵，也是提高生產(chǎn)、建設(shè)活動(dòng)的經(jīng)濟(jì)效益的重要內(nèi)容。對(duì)機(jī)械結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性的優(yōu)化，必須立足于影響因素的分析統(tǒng)計(jì)，在建立完整數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)上，對(duì)機(jī)械使用過程中的各項(xiàng)內(nèi)容進(jìn)行全面管理。通過量化分析、技術(shù)規(guī)范、管理強(qiáng)化的綜合作用，為機(jī)械設(shè)備使用創(chuàng)造更加穩(wěn)定的條件，達(dá)到提高機(jī)械設(shè)備實(shí)用價(jià)值的效果。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜寶江，唐強(qiáng)，林來帥，等.機(jī)械結(jié)構(gòu)PLC控制虛擬實(shí)驗(yàn)技術(shù)[J].中國(guó)水運(yùn)（下半月），2017，17（11）：107-109+113.

[2] 劉鴻莉，趙明華，呂海霆，等.CAE技術(shù)及V&V方法在機(jī)械結(jié)構(gòu)剛度分析中的應(yīng)用[J].機(jī)械設(shè)計(jì)與制造工程，2017，46（05）：100-102.

[3] 方芳.機(jī)械結(jié)構(gòu)誤差分析中有限元法的運(yùn)用[J].黑龍江科學(xué)，2017，8（04）：124-125.

[4] 杜冬，王士瑋，劉利剛.基于機(jī)械結(jié)構(gòu)的動(dòng)態(tài)物體設(shè)計(jì)的研究進(jìn)展[J].中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)學(xué)報(bào)，2017，47（02）：99-116.