減速機(jī)械的可靠性維修及其維修決策

李剛

摘要：決策支持系統(tǒng)相對(duì)復(fù)雜，需要廣泛的知識(shí)，并且難以開(kāi)發(fā)。本文著重于確定如何維護(hù)減速器并確定最佳的預(yù)防性維護(hù)，從簡(jiǎn)單性開(kāi)始，提出減速器維護(hù)策略以及根據(jù)特定情況的關(guān)鍵組件的故障分布模型。并依據(jù)N42蝸桿減速器，維護(hù)方法和最佳的預(yù)防性維護(hù)周期?？茖W(xué)的維護(hù)決策可以使設(shè)備運(yùn)行，以滿(mǎn)足連續(xù)的生產(chǎn)需求。降低齒輪的可靠性維護(hù)可以利用合理的維護(hù)決策來(lái)確保設(shè)備的可靠運(yùn)行。基于這種理解，本文描述了減速器的維護(hù)決策，以便分析其可靠性和維護(hù)并為對(duì)此主題感興趣的人提供參考。

關(guān)鍵詞：減速機(jī)械;可靠性維修;維修決策

中圖分類(lèi)號(hào)：F416.42? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號(hào)：1674-957X（2021）06-0149-02

0? 引言

減速機(jī)械如果發(fā)生軸承損壞，漏油和減速器過(guò)熱可能?chē)?yán)重影響正常生產(chǎn)。在這種情況下，我們將加強(qiáng)減速機(jī)的可靠性和維護(hù)，從可靠性、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)效益的角度完成合理的維護(hù)方法選擇，并作出科學(xué)的維護(hù)周期決策。因此，利益相關(guān)者還需要加強(qiáng)對(duì)相關(guān)問(wèn)題的研究，以便更好地開(kāi)展相關(guān)工作。

1? 減速機(jī)械的分類(lèi)

減速器的種類(lèi)很多，根據(jù)變速箱的類(lèi)型，可以分為齒輪減速器、蝸桿減速器和行星齒輪減速器。根據(jù)不同的傳動(dòng)級(jí)，可分為單級(jí)減速器和多級(jí)減速器。根據(jù)齒輪的形狀，可以歸類(lèi)為圓柱齒輪減速器。根據(jù)傳動(dòng)裝置的布局，它可以分為膨脹型、分體型和同軸型減速器。漸開(kāi)線(xiàn)圓柱齒輪傳動(dòng)裝置具有許多優(yōu)點(diǎn)并得到了廣泛的應(yīng)用。然而，一些機(jī)械設(shè)備減少型變送器不僅需要大的傳動(dòng)比，而且還需要小的輪廓尺寸。漸開(kāi)線(xiàn)齒輪變速器不能滿(mǎn)足結(jié)構(gòu)要求。在這種情況下，通常使用蝸桿傳動(dòng)。蝸桿傳動(dòng)的主要優(yōu)點(diǎn)是傳動(dòng)比大，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定且無(wú)噪音。如果蝸桿的導(dǎo)程角很小，則蝸桿驅(qū)動(dòng)器將自鎖。熱驅(qū)動(dòng)的主要缺點(diǎn)是齒面之間的滑動(dòng)速度快，傳遞效率低和傳遞熱量容易產(chǎn)生[1]。

2? 減速機(jī)械的可靠性維修分析

2.1 減速機(jī)械結(jié)構(gòu)與常見(jiàn)故障

當(dāng)前，減速器有很多類(lèi)型，可分為蝸桿減速器，行星齒輪減速器和齒輪減速器。不同的減速器具有不同的傳動(dòng)類(lèi)型。其中，蝸桿減速器具有傳動(dòng)比大，無(wú)噪音，結(jié)構(gòu)緊湊，運(yùn)行穩(wěn)定的優(yōu)點(diǎn)，具有廣泛的應(yīng)用范圍。從結(jié)構(gòu)的角度來(lái)看，這種減速齒輪主要由蝸輪副，斜齒輪副，圓錐滾子軸承，傳動(dòng)軸，密封件和深溝球軸承組成。然而，這種類(lèi)型的減速器通常具有諸如減速器的高油位，傳動(dòng)軸的異常噪聲，軸承故障，軸承蓋的機(jī)油泄漏，減速器的過(guò)熱以及齒輪齒損壞等問(wèn)題。

2.2 減速機(jī)械可靠性分析方法

通常使用兩種方法來(lái)分析減速機(jī)的可靠性：定性和定量分析。通過(guò)分析故障模式，故障的致命性以及故障對(duì)機(jī)器的影響，可以進(jìn)行定性分析。定性分析需要非常系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)才能找出機(jī)器當(dāng)前的弱點(diǎn)。通常，在設(shè)計(jì)減速機(jī)產(chǎn)品時(shí)，必須根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行評(píng)估，分析可能的故障，分析機(jī)器對(duì)產(chǎn)品的影響并實(shí)施致命性分析。在分析可靠性時(shí)，需要采用自上而下的方法來(lái)分析可靠性。首先，分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，然后分析系統(tǒng)的組件，以識(shí)別由對(duì)系統(tǒng)性能的影響而導(dǎo)致的故障模式。分析結(jié)束時(shí)，應(yīng)使用不同的模式對(duì)故障的嚴(yán)重程度進(jìn)行分類(lèi)，分析可能發(fā)生故障的可能性，并采取合理的方法來(lái)消除故障。

定量分析和定性分析之間的區(qū)別在于，基于數(shù)學(xué)計(jì)算的結(jié)果來(lái)確定減速器故障，使用了大量的數(shù)學(xué)工具，尤其是大量的概率統(tǒng)計(jì)方法。確定減速機(jī)的可靠性。當(dāng)前，定量分析主要使用復(fù)雜系統(tǒng)的可靠性評(píng)估。實(shí)際的分析過(guò)程使用圖形來(lái)推斷，還原和表示事件的邏輯關(guān)系，最后形成樹(shù)形結(jié)構(gòu)，其中事件位于頂部[2]。

2.3 減速機(jī)械可靠性維修

可以使用定性或定量分析來(lái)分析減速器。定量分析使用統(tǒng)計(jì)和概率論的概念和方法對(duì)從壽命實(shí)驗(yàn)和故障統(tǒng)計(jì)中獲得的高度分散的數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，并進(jìn)行可靠性計(jì)算。定性分析是對(duì)缺陷和事故的系統(tǒng)分析，以發(fā)現(xiàn)和消除系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)。如今，用于確定系統(tǒng)可靠性的常用方法是使用系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)方法來(lái)發(fā)現(xiàn)弱點(diǎn)及其影響。故障模式和影響分析（FMEA）以及故障模式，影響和死亡率分析可用于使用統(tǒng)計(jì)和概率理論來(lái)估計(jì)事故特征。布爾理論，故障樹(shù)分析和馬爾可夫理論均可用。以下是幾種方法的原理和實(shí)現(xiàn)步驟的簡(jiǎn)要介紹。

FTA程序通常用于維持減速器的實(shí)際可靠性。具體來(lái)說(shuō)，需要在化簡(jiǎn)器中完成圍繞特定系統(tǒng)故障的逐層跟蹤，以使用故障樹(shù)顯示系統(tǒng)故障與故障原因之間的關(guān)系。建立故障樹(shù)模型后，需要收集故障數(shù)據(jù)。通過(guò)定性分析，可以獲得定性重要性和最小割集，以完成對(duì)系統(tǒng)弱點(diǎn)和故障譜的搜索。定量分析完成了頂級(jí)事件發(fā)生概率的計(jì)算，并降低了系統(tǒng)的可靠性。可以使用關(guān)鍵重要性和概率的重要性來(lái)分析數(shù)據(jù)結(jié)果，從而做出有關(guān)維護(hù)科學(xué)信譽(yù)的決策。以蝸桿減速器為例，構(gòu)建故障樹(shù)。最重要的事件是減速器故障，而蝸桿減速器故障的原因可以分為七個(gè)類(lèi)別。換句話(huà)說(shuō)，減速器的油含量太高。諸如傳動(dòng)軸噪音，軸承故障，軸承蓋機(jī)油泄漏，減速器過(guò)熱，齒輪損壞以及其他故障之類(lèi)的故障可以視為次要事件。故障樹(shù)底部事件是各種故障的原因。例如，減速器過(guò)熱的底部事件應(yīng)該是過(guò)載操作，潤(rùn)滑油污染，油封的過(guò)度摩擦以及潤(rùn)滑油不足。建立故障樹(shù)后，可以使用升序方法來(lái)完成最小割集解決方案。根據(jù)布爾代數(shù)的規(guī)則，最高事件表示為最低事件乘積之和的最簡(jiǎn)單形式，并且每個(gè)項(xiàng)目都可以視為最小割集。分析顯示，針對(duì)蝸桿減速器故障，有23個(gè)主要的最小割斷集。確定最底層事件的故障模式和故障分布參數(shù)后，可以使用最底層事件的故障概率來(lái)完成最頂層事件的故障概率的計(jì)算并完成對(duì)故障樹(shù)的定量分析。通過(guò)計(jì)算，可以調(diào)整每個(gè)故障的可能性，并完成對(duì)每個(gè)組件重要性的調(diào)整。綜合考慮這兩個(gè)因素，可以完成蝸桿減速器組件的診斷和檢查程序，以可靠地維護(hù)減速機(jī)。分析的結(jié)果是，導(dǎo)致蝸輪蝸桿減速器故障的故障有五種主要類(lèi)型：空心軸油封泄漏，電機(jī)軸齒輪損壞和單鍵空心軸磨損，鍵槽、減速器異響，帶收縮盤(pán)的空心網(wǎng)。進(jìn)一步分析這五個(gè)故障的原因及其相應(yīng)的解決方案，可以確保蝸桿減速器的可靠運(yùn)行。

3? 維修方式?jīng)Q策模型分析

針對(duì)減速機(jī)械，本文主要介紹三種決策模型，分別是綜合目標(biāo)邏輯判斷法、模糊綜合評(píng)判法和成分分析。在本文中，我們將介紹減速器的三種主要決策模型，分別為綜合目標(biāo)邏輯判斷方法，模糊綜合判斷方法和層次分析方法。

3.1 綜合目標(biāo)邏輯判斷法

該方法首先根據(jù)設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)的影響和安全問(wèn)題的程度來(lái)確定設(shè)備是否可以稍后維修或需要主動(dòng)維修。如果設(shè)備故障對(duì)生產(chǎn)的影響不大，不危害人員或設(shè)備的安全，并且維修后經(jīng)濟(jì)，則應(yīng)采用后維修的方法。否則，可以采用預(yù)防性維修。關(guān)于狀態(tài)預(yù)測(cè)，有必要繼續(xù)進(jìn)行維護(hù)或定期預(yù)防性維護(hù)的判斷。如果無(wú)法檢測(cè)到故障跡象，但是周期性（磨損期）很長(zhǎng)，則應(yīng)進(jìn)行定期的預(yù)防性維護(hù)。如果可以檢測(cè)到故障跡象并且故障的周期性不強(qiáng)，請(qǐng)使用狀態(tài)預(yù)測(cè)維護(hù)。如果可以檢測(cè)到故障跡象，則可以通過(guò)比較預(yù)測(cè)性維護(hù)是否比預(yù)防性維護(hù)更經(jīng)濟(jì)來(lái)獲得更強(qiáng)的周期性。如果很經(jīng)濟(jì)，則應(yīng)使用預(yù)測(cè)性維護(hù)。否則，應(yīng)使用預(yù)防性維護(hù)。在無(wú)法檢測(cè)到設(shè)備故障且沒(méi)有定期規(guī)律的情況下，應(yīng)將重點(diǎn)放在對(duì)策上[3]。

3.2 模糊綜合評(píng)判法

模糊綜合評(píng)價(jià)法的基本原理是認(rèn)為設(shè)備特征其間與維護(hù)方法之間存在模糊關(guān)系。B=AoR，其中A是設(shè)備特征參數(shù)的模糊集，而B(niǎo)是維護(hù)方法的模糊集，R是識(shí)別矩陣，“o”是模糊算子。

3.3 層次分析法

分層分析方法是由美國(guó)運(yùn)籌學(xué)教授T，LSaaty在1970年代中期提出的。層次分析將復(fù)雜的問(wèn)題分解為不同的組件，并根據(jù)主導(dǎo)關(guān)系將它們分組以形成層次結(jié)構(gòu)，并成對(duì)比較它們。如何確定每個(gè)因素的相對(duì)重要性，綜合的人類(lèi)判斷力決定了每個(gè)因素的相對(duì)重要性的總體順序。這種方法是定性和定量分析的結(jié)合，打破了優(yōu)化方法只能處理分析問(wèn)題的局限性，可應(yīng)用于資源分配，公司管理和生產(chǎn)決策，經(jīng)濟(jì)分析和計(jì)劃等領(lǐng)域。

4? 減速機(jī)械的可靠性維修決策

在決定維護(hù)減速機(jī)的可靠性時(shí)，應(yīng)著重于維護(hù)可靠性，分析機(jī)器的可靠性，故障的影響以及維護(hù)的可行性，并根據(jù)故障規(guī)則確定合理的維護(hù)方法，需要科學(xué)的預(yù)防性維護(hù)周期決策。降低機(jī)械維護(hù)成本，同時(shí)最大程度地減少設(shè)備維護(hù)和停機(jī)的經(jīng)濟(jì)損失。

4.1 維修方式?jīng)Q策

當(dāng)前，機(jī)械設(shè)備的常見(jiàn)維護(hù)方法包括定期維護(hù)，狀態(tài)維護(hù)和后期維護(hù)。采用不同的維護(hù)方法會(huì)對(duì)設(shè)備的可靠性、可維護(hù)性和經(jīng)濟(jì)性產(chǎn)生不同程度的影響。在確定維護(hù)方法時(shí)，請(qǐng)使用常規(guī)維護(hù)方法來(lái)維修可靠性要求較高的設(shè)備，并使用后期維護(hù)方法來(lái)維修因故障而損壞較少的設(shè)備，并維修較高級(jí)別的設(shè)備。必須使用狀態(tài)維護(hù)方法維護(hù)成本。考慮到減速機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)相對(duì)簡(jiǎn)單，可以為特定零件或組件確定相應(yīng)的維護(hù)方法，因此可以使用層次分析方法來(lái)選擇維護(hù)方法。目標(biāo)層是減速器蝸桿的修復(fù)方法，第二層是參考層，其具有四個(gè)可靠性：專(zhuān)用性，對(duì)安全環(huán)境的影響，生產(chǎn)的重要性和質(zhì)量穩(wěn)定性以及維護(hù)難度。使用兩個(gè)指示備件的程度和狀況的可維護(hù)性指標(biāo)以及三個(gè)指示蝸桿的原始值，停機(jī)損失和維護(hù)成本的經(jīng)濟(jì)指標(biāo)來(lái)測(cè)量減速器的維護(hù)方式。最后，有一個(gè)程序?qū)?，其中包括狀態(tài)維護(hù)，定期維護(hù)和后期維護(hù)。通過(guò)依次創(chuàng)建和求解第二層至第一層和第三層至第二層的判斷矩陣，狀態(tài)維護(hù)權(quán)重、定期維護(hù)權(quán)重和后維護(hù)權(quán)重分別為0.326、0.376和0.298。因此，應(yīng)使用定期的預(yù)防性維護(hù)來(lái)維護(hù)蝸桿[4]。

4.2 預(yù)防維修周期決策

為了采用常規(guī)的維護(hù)方法，還需要確定最佳的維護(hù)周期，以減少減速機(jī)的預(yù)防性維護(hù)成本，并確保設(shè)備維護(hù)的效果。在做出特定決定時(shí)，應(yīng)根據(jù)維護(hù)目的來(lái)計(jì)算維護(hù)周期。例如，如果組件故障危及安全，則應(yīng)以安全要求為目標(biāo)。如果沒(méi)有，應(yīng)該以財(cái)務(wù)要求或最大效率為目標(biāo)。以蝸桿減速器的修復(fù)為例，為了最大程度地進(jìn)行修復(fù)，必須首先確定蠕蟲(chóng)的故障分布模型。常規(guī)的平均維護(hù)時(shí)間約為1小時(shí)，后期維護(hù)時(shí)間約為1.5小時(shí)。根據(jù)蝸桿的使用壽命表完成對(duì)蝸桿樣本統(tǒng)計(jì)的計(jì)算，并使用最可能的方法完成對(duì)預(yù)期分布參數(shù)的點(diǎn)估計(jì)得求解，并完成一致性測(cè)試。從檢查結(jié)果來(lái)看，蠕蟲(chóng)的使用壽命遵循旋轉(zhuǎn)分布，可以設(shè)置最大有效條件以完成維護(hù)周期的計(jì)算。計(jì)算表明，該蠕蟲(chóng)的最佳維護(hù)周期為5799小時(shí)。

5? 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)研究，減速器可靠性分析可以決定維護(hù)可靠性，以確保機(jī)械和設(shè)備運(yùn)行的可靠性，同時(shí)降低設(shè)備維護(hù)成本并提高設(shè)備利用率。因此，利益相關(guān)者還需要加強(qiáng)關(guān)于維持減速機(jī)的可靠性并對(duì)其進(jìn)行維護(hù)的決策研究，以便更適當(dāng)?shù)剡M(jìn)行減速機(jī)的維護(hù)。

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