运用可靠性设计理念，提高煤机产品质量

贾龙等

摘 要：把产品可靠性设计引入到煤机产品的设计流程当中，针对制约煤机产品整机可靠性水平的零部件，提出几点解决措施，以提高煤机产品的核心竞争力。

关键词：采煤机械；可靠性；核心竞争力

作为一个矿业大国，我国有着丰富的矿产资源，但矿产资源作为不可再生能源，需要节约利用，实现能源的延续性发展。在我国，能源开发和主要利用的矿物种是煤炭，而实现节约能源就要从节约煤炭资源入手，而最能提升煤炭利用率的环节就是开采煤炭环节。针对煤炭资源的开采生产过程的重要性，对煤机性能进行开发提升研究，延长其使用寿命和安全度以及开采率，这对我国节约能源有着重要的意义。

1 产品的可靠性介绍

煤机产品和其他机器一样，应该是建立在一定的安全性基础之上的，即产品的可靠性。产品的可靠性有着其自身的学术定义，是指产品在限定的时间和条件下成功完成该产品指定功效的水平。这是学术上对产品可靠性的定义，而通俗地来讲，产品的可靠性就是产品的耐用性，即在指定的时间段内和所设定的限定条件下能够保持产品的正常使用以及循环使用的次数和质量。

煤机产品是可修复产品，其可靠性有狭义与广义之分，狭义的产品可靠性的定义仅仅指产品的有效性使用，即在规定的时间和所设定的年限下能够正常运转其功能。而从广义上来讲，产品的可靠性还要包括它自身的反复使用性，即可维修能力，在产品使用中发生故障后还能进行修理，以方便以后继续使用。我们现在所说的广义的产品可靠性包括以下五个内容：可靠性、维修性、有效性、耐久性、安全性。

2 产品可靠性的研究内容

根据目前产品可靠性研究，对煤机产品的可靠性设计的主要方向有：

2.1 煤机产品的可靠性预测，建立整机可靠性模型

在衡量一个系统优劣及其是否满足任务要求的过程中，系统可靠度的计算十分重要，也是系统和系统之间相互评判的重要标准之一，在系统可靠性研究中占据着十分重要的位置。例如，采煤机整机的组成部分有截割部、牵引部、电子系统以及辅助装置。其中，摇臂与滚筒又是截割部的组成部分；液压传动箱、牵引传动箱以及牵引机构是牵引部的组成部分；电控箱、电动机、控制以及保护装置是电子系统的组成部分；冷却喷雾系统、机外油管组、拖缆装置以及调高油缸是辅助装置的组成部门。上面所提到的四个子系统中，采煤机的正常运转不管是受到哪一个的故障影响，都无法继续运行，所以，上面所提到的四个子系统是串联组成系统可靠性模型的重要条件；每一个子系统的任何一个单元出现故障或者问题，都能够造成该子系统出现故障，因此，该系统中的所有单元是串联组成每个子系统的重要因素。

2.2 煤机产品的可靠性分析

在可靠性分析产品子系统的基础上，可靠性消息、故障模式以及故障之间的传播关系等都可以有效得出，通过这样的方式，对于产品子系统的内部结构就会有全面地认识，从而在设计、管理和故障斩断产品的过程奠定坚实的基础。通常情况下，在大量煤尘和含有瓦斯的狭窄工作空里采煤机进行割煤，在工作条件十分恶劣的环境下，煤层截割阻力是会不断变化的，在煤层中会存在一些较硬的包裹体、顶板岩石都有可能会落到截割机构上，采煤机的可靠性都会因此而受到一定程度的影响。

例如，通过对某个采煤机的现场数据进行计算，求出整机及其各子系统的有效度；求得采煤机关键子系统，分析判断其发生故障的主要部位。根据对此子系统的相关调查与理论分析，建立子系统可靠性仿真模型，根据仿真结果判断其主要故障元件，并对该主要故障元件进行模糊故障树分析，查找发生故障的主要原因。通过建立和分析子系统模糊故障诊断的可靠性模型，为采煤机子系统的故障诊断及维修工作提供一种科学、可行的新方法。

2.3 关于煤机产品的可靠性设计及指标分析

煤机产品的可靠性设计是煤机产品可靠性的来源。煤机产品是一个较为复杂的科技产品，需要高新科学技术的支持，它的设计和革新要依傍于广大科研人员。过去的科研人员对煤机产品的可靠性设计需要很多高精端的零部件，其造价昂贵不提，而且还很难成功。目前对煤机产品的可靠性设计研究就是针对这些问题，从节约成本、提升可靠性以及降低零件组合的复杂度入手，从而针对设计理念对可靠性进行重新分配，其分配原则有如下几点：（1）按重要程度分配可靠度；（2）按复杂程度分配可靠度；（3）按技术水平、任务情况等的综合指标分配可靠度；（4）按相对故障率分配可靠度。各部分有了明确的可靠性指标后，根据不同计算准则，进行零件的设计计算。

2.4 煤机产品的可靠性管理

可靠性管理是为确定和满足元件或系统的可靠性要求所进行的一系列组织、计划、规划、控制、协调、监督、决策等活动和功能的管理。它是保证产品可靠性达到预期指标的组织管理措施。可靠性管理包括：组织可靠性质量保证系统；规定要管理的任务和有关部门和负责人员的职责；指导、检查和督促分担任务的协作单位的可靠性工作；制订可靠性计划并检查督促计划的执行。在可靠性质量保证系统中，每个部门承担必要的可靠性任务，例如，设计部门所承担的可靠性任务有：根据所要求的可靠性指标确定环境条件；制定本系统的可靠性任务书；确定对所用元件、器件、材料、工艺的可靠性要求；进行可靠性分配和预测；进行故障树分析和故障模式、效应及致命度分析；寻找产品的薄弱环节，在设计上采取措施，以提高薄弱环节的可靠性；对产品的零件、部件进行应力-强度分析，采取环境保护（如减振、恒温）措施；对材料和加工精度提出恰当的要求，保证零件、部件和产品结构可靠；确定元件、器件的降负荷因子；进行热设计，使整机的局部温升不致过高；进行边缘设计，保证产品的性能可靠性；查明所用元件、器件、材料的保险期，制订恰当的维修、更新方案；在各个设计阶段结束时进行设计评审。

3 提高煤机产品整机可靠性的途径

3.1 在现有煤机产品基础上，对失效频率较高的零部件进行失效分析

在设计改进系统或设备时，要尽量全面了解原有系统、生产环境和维修的长期运行历史记录，建立产品可靠性模型并且根据零部件的可靠度对历次重大的失效和故障现象进行深入分析，找出各种故障隐患的所在，在设计中改进和消除这些隐患以提高采煤机的可靠性。

3.2 关键零部件专业化生产

煤机产品整机的可靠性取决于关键零部件的可靠性程度，通过与国外先进设备的比较，国外煤机产品的优势主要集中在两点，一是关键零部件的使用寿命；二是整机智能化水平。为此，提高关键零部件的可靠性对于整机可靠性的提高的尤为重要。但是，由于煤机产品小批量生产的特点，很多企业忽略对产量小的个别零部件进行技术攻关和生产，导致长期以来关键零部件的使用寿命一直是制约煤机产品可靠性的重要因素。而煤机产品关键零部件可靠性的提高依赖于零部件的标准化和专业化制造，亟待形成关键零部件的专业化配套厂家，通过加大技术投入和专业化生产制造为国内煤机产品提供高寿命关键零部件，从而逐步提高国内煤机产品的整体水平。

3.3 CAD及CAE有限元分析技术的应用

目前，大功率采煤机、强力液压支架的研制均采用CAD、CAE有限元分析技术。世界著名的综采生产厂商德国艾柯夫和美国的JOY公司都建立了采煤机整机受力分析模型，并采用CAD三维仿真动态可视化设计、有限元分析等现代化设计方法完成整机和零部件的干涉分析、受力分析、强度计算和结构设计。利用数字化手段不仅能缩短研发时间，而且在产品制造之前能预测产品性能，完善产品机构，保障产品设计的可靠性。并以经验校正现有产品有限元模型，逐步实现模拟各种工况，优化参数选择，为新结构的设计提供理论依据和技术保障。

3.4 人是关键

在每个项目的实施过程中，人是起关键作用的。科学技术是由科研人员所研发出来的，我们不能忽略人类才是科学技术前进的最终来源和推动动力。因此可以说，煤炭市场机械产品的竞争，归根到底其实就是人的竞争。建立先进技术人才引进机制，吸引有能力的设计人员，创造优秀人才发展平台，使其能快速的开展业务并取得成果。再者，每年对新招聘的员工进行有针对性的培训，让他们少走弯路，并能站在前人的肩膀上开展工作，完成对产品的改进。另外，要为员工创造公平的发展环境，调动大家工作、创新的积极性，变被动为主动，更有效地开展工作。

3.5 协调攻关，加强交流

由于受资金、技术、人员的局限，煤机企业仅靠自身的力量很难完成技术攻关，所以必须要协调相关系统进行联合攻关。在攻关不能满足急需时，要直接引进国外部分材料和零部件，以保证整机产品的可靠性。同时，要进一步开展国际技术交流，如采取多种方式合作制造、购买专利等直接获得国外先进技术，大力争取国内产品打入国际市场；派出有真才实学的技术人员出国留学、访问，及时吸取国外最先进的技术，掌握国外发展趋势、瞄准国外采煤机发展方向努力攻关，使我国研制采煤机的水平在短期内达到国际先进水平。

4 结束语

产品的可靠性就是企业未来的核心竞争力，我国的煤炭年产量占世界的1/3，煤机产品的重要性尤为突出，相信提高煤机产品的可靠性将使我国采煤机械的质量更为优良，适应范围更广，效率更高，从而使我国采煤机械的技术达到国际先进水平。

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