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機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥安全可靠性研究方法

文檔作者：榮琳金超張整風(fēng) 文檔來源： .東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院 2.浙江鍛壓機(jī)械集團(tuán)有限公司 3.無錫市拓發(fā)自控設(shè)備有限公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年02月28日
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Eva
 ight 2002-2019 Aspose Pty Ltd
文章編號:1672-0121(2013)02-0043-04
機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥
安全可靠性研究方法
榮琳,金超2,張整風(fēng)
(1.東南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院,江蘇南京211189
2.浙江鍛壓機(jī)械集團(tuán)有限公司,浙江嵊州312400;
3.無錫市拓發(fā)自控設(shè)備有限公司,江蘇無錫214161)
摘要:機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥作為控制機(jī)械壓力機(jī)離合器、制動器動作的關(guān)鍵功能部件,應(yīng)具備安全
性和可靠性。本文從安全控制技術(shù)入手結(jié)合傳統(tǒng)可靠性理論,介紹了對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行安全可靠性研究的
方法,以及各環(huán)節(jié)的實施步驟。
關(guān)鍵詞:機(jī)械壓力機(jī);雙聯(lián)閥;安全性;可靠性;研究
中圖分類號:TG315.5文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A
1研究背景
機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥(以下簡稱安全雙聯(lián)
閥)是控制機(jī)械壓力機(jī)摩擦離合器、制動器動作關(guān)鍵
功能部件,安全雙聯(lián)閥產(chǎn)生故障、特別嚴(yán)重時將導(dǎo)致
摩擦離合器的誤動作,使壓力機(jī)連沖,造成人身傷害
事故。
上世紀(jì)八十年代初,我國第一代機(jī)械壓力機(jī)用
安全雙聯(lián)閥投放市場后故障頻發(fā),嚴(yán)重時經(jīng)常發(fā)生(a)Rss雙聯(lián)閥()HERION雙聯(lián)閥()日本TACO雙聯(lián)閥
連沖,給廣大鍛壓機(jī)床操作工的人身安全帶來災(zāi)難
圖1安全雙聯(lián)閥種類
性后果。其原因之一,產(chǎn)品上市初期既沒有安全可靠態(tài)監(jiān)測技術(shù)和冗余技術(shù)的研究,使其自身生產(chǎn)安全
性研究,也沒有可靠性跟蹤,更沒有可靠性考核,因雙聯(lián)閥的安全可靠性達(dá)到較高水平,美國oss公
此對市場中出現(xiàn)的問題不能及時處理,市場反應(yīng)極司生產(chǎn)的D3573A6162型號安全雙聯(lián)閥已實現(xiàn)了4
大,客戶一致要求進(jìn)口,給國內(nèi)安全雙聯(lián)閥制造業(yè)帶級安全功能,符合EN692“機(jī)械壓力機(jī)安全”和
來嚴(yán)重后果。
GB27607-2011“機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)條件”5.4.1的
目前國內(nèi)外安全雙聯(lián)閥從結(jié)構(gòu)上可分為:①相關(guān)規(guī)定。國內(nèi)對安全雙聯(lián)閥各項安全可靠性技術(shù)
ROss雙聯(lián)閥由單式閥構(gòu)成的交叉流安全雙聯(lián)閥的研究活動缺失,體現(xiàn)在產(chǎn)品安全可靠性、品質(zhì)與國
(圖a); NORGREN-HERION-雙十字交叉流結(jié)構(gòu)外的安全雙聯(lián)閥有一定的差距。為加速貫徹
安全雙聯(lián)閥(圖1b);③日本TACO以及日本豐興雙GB27607-2011“機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)條件”,規(guī)避因
聯(lián)閥,為平行流安全雙聯(lián)閥(圖1c)。
貫標(biāo)給機(jī)械壓力機(jī)制造和使用帶來新的安全型風(fēng)險,
上述任何一種安全雙聯(lián)閥,其主要安全技術(shù)性規(guī)范機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥安全可靠性的考核,對
能均應(yīng)符合新國標(biāo)GB27607-2011“機(jī)械壓力機(jī)安安全雙聯(lián)閥的安全可靠性進(jìn)行研究顯得更為重要。
全技術(shù)條件”5.4.1的相關(guān)規(guī)定。國外安全雙聯(lián)閥制
具有手動送料功能的機(jī)械壓力機(jī)在工作時處于
造商對其安全可靠性技術(shù)的研究起步較早,如對動一種高危作業(yè)狀態(tài)。歐洲機(jī)械指2006/42/EC將該
種設(shè)備列為必須經(jīng)過安全認(rèn)證后才能上市同時,在
收稿日期:2012-10-26
該標(biāo)準(zhǔn)中將“帶有故障檢測附加措施的閥門,擬用于
作者簡介榮琳,女,碩士在讀,主攻壓力機(jī)安全功能部件的安全可機(jī)械危險運動的控制”(安全雙聯(lián)閥是其中之一)列
靠性研究
入應(yīng)進(jìn)行安全認(rèn)證的零組件清單。根據(jù)歐洲CE安
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裝備 EQUIPMENT
全認(rèn)證,要求在壓力機(jī)預(yù)定使用壽命期間列出的可可靠性數(shù)據(jù)收集和分析;⑤安全雙聯(lián)閥失效風(fēng)險評
能發(fā)生的所有危險,應(yīng)給出對可能進(jìn)入危險區(qū)的操估與評定。圖2為風(fēng)險評價示意圖
作人員和其他人員產(chǎn)生風(fēng)險的描述;同時GB27607
2011“機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)條件”要求對這類機(jī)械
風(fēng)險評價
壓力機(jī)的安全功能部件(安全雙聯(lián)閥是其中之一)應(yīng)
具備有效的安全性能和通過國家認(rèn)可的檢驗機(jī)構(gòu)進(jìn)
風(fēng)險分析
風(fēng)險評定
行的性能和可靠性試驗。在此國家標(biāo)準(zhǔn)引入機(jī)械壓
力機(jī)用安全功能部件(安全雙聯(lián)閥是其中之一)的安
全可靠性概念。
危險識別
(故障分析)
風(fēng)險評估
安全可靠性與可靠性的關(guān)系為邊緣互融,其實
則是在可靠性理論中融入了安全控制及其應(yīng)用的理
圖2風(fēng)險評價
論,在以往的可靠性理論中安全可靠性與可靠性均
被籠統(tǒng)地稱為可靠性。
3研究方法
根據(jù)國家標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定,產(chǎn)品的可靠性是指:產(chǎn)品
根據(jù)安全雙聯(lián)閥安全可靠性的研究內(nèi)容,對研
在規(guī)定的條件下、在規(guī)定的時間內(nèi)完成規(guī)定的功能
究過程中各主要工作采取如下方法。
的能力產(chǎn)品的可靠性越高,產(chǎn)品可以無故障工作的3.1對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行故障分析
時間就越長。由此可見,可靠性的對象是某個產(chǎn)品,
故障分析通常采用兩種方法,即失效模式、效應(yīng)
衡量的也是產(chǎn)品本身的性能和壽命。不強(qiáng)調(diào)產(chǎn)品產(chǎn)及后果分析法(FMECA)和故障樹分析法(FTA)。
生故障后對產(chǎn)品的其他方面的影響,特別是安全方
 FMECA是一種系統(tǒng)性的反復(fù)進(jìn)行分析的過程,
面的影響。
以判斷元件的基本失效,并確定失效對部件的影響。
安全可靠性理論是對產(chǎn)品在規(guī)定的制造、包裝一般都把它分成失效模式與效應(yīng)分析(FMEA)及失
效后果分析(FCA),不僅說明失效原因和后果的關(guān)
運輸及使用過程中規(guī)避產(chǎn)生對人傷害的危險性故障
系,還提供了對元件進(jìn)行逐個分析,直到對系統(tǒng)進(jìn)行
而進(jìn)行的研究,是對在上述過程中不產(chǎn)生對人身有
傷害的故障的可靠性進(jìn)行研究。
分析處理、評價失效后果的通用方法。這種方法是通
安全可靠性理論分為安全可靠性設(shè)計、安全可過分析方法對每個元件的失效模式、失效影響嚴(yán)重
靠性測試和安全可靠性管理三部分,而風(fēng)險評估可程度用發(fā)生的次數(shù)或概率進(jìn)行評估的。
明確安全雙聯(lián)閥失效部位和失效機(jī)理后,可根
靠性模型和故障樹是研究安全可靠性理論必備的工
據(jù)表1確定其壽命分布特性。
具。
根據(jù)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)(草案)“機(jī)械壓力機(jī)用安全
表1產(chǎn)品壽命分布特征
雙聯(lián)閥技術(shù)條件”對安全雙聯(lián)閥的要求,“安全雙聯(lián)
分布類型
適用的產(chǎn)品
閥首批投產(chǎn)前必須進(jìn)行失效風(fēng)險評估以及性能和可指數(shù)分布具有恒定失效率的部件,無余度的復(fù)雜系統(tǒng),經(jīng)老
靠性試驗”對安全雙聯(lián)閥的安全可靠性研究顯得更
練試驗并進(jìn)行定期維修的部件
為必要。
某些電容器、滾珠軸承、繼電器、開關(guān)、斷路器、電子
 Weibull分布管電位計、陀螺、電動機(jī)、航空發(fā)電機(jī)、電纜、蓄電
2研究目標(biāo)及內(nèi)容
池、材料疲勞
對安全雙聯(lián)閥安全可靠性進(jìn)行研究,通過建立對數(shù)正態(tài)分布
對數(shù)正態(tài)分布電機(jī)繞阻絕緣、半導(dǎo)體器件、硅晶體管、鍺晶體管、
直升機(jī)旋翼葉片、飛機(jī)結(jié)構(gòu)、金屬疲勞等
安全雙聯(lián)閥可靠性模型和對其進(jìn)行失效風(fēng)險評定,
實現(xiàn)消除危險性故障或減小危險性故障發(fā)生的概
正態(tài)分布飛機(jī)輪胎磨損及某些機(jī)械產(chǎn)品疲勞
率、提高安全雙聯(lián)閥的安全可靠性和安全等級的目
故障樹分析(FTA)是分析失效信息的一種方
標(biāo),達(dá)到減小風(fēng)險的目的。
法。在系統(tǒng)設(shè)計過程中,它通過對可能造成系統(tǒng)失效
對安全雙聯(lián)閥安全可靠性的研究內(nèi)容分為兩大的各種因素進(jìn)行分析,畫出邏輯框圖(即故障樹),從
部分:對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行故障分析并建立可靠性模而確定系統(tǒng)失效原因的各種可能組合方式及其發(fā)生
型;對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行失效風(fēng)險評估和評定。具體概率,以計算系統(tǒng)失效概率,并取得相應(yīng)的糾正措施
為:①對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行故障分析;②建立安全雙聯(lián)來提高系統(tǒng)的可靠性。故障樹分析法不僅是一種設(shè)
閥可靠性模型;③對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行可靠性試驗;④計分析法,也是一種演繹分析法,所以能夠借助計算
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 EQUIPMENT裝備
機(jī)進(jìn)行輔助分析。
元件通用失效率
在安全雙聯(lián)閥的失效分析中,還要注意各單元
導(dǎo)致的共因失效和共模失效。
收集同類零部件失效數(shù)據(jù)
可靠性數(shù)據(jù)庫
3.2建立安全雙聯(lián)閥可靠性模型
可靠性試驗
安全雙聯(lián)閥的可靠性模型可通過安全雙聯(lián)閥的
故障邏輯關(guān)系來確定(一般為串聯(lián)模型、并聯(lián)模型、數(shù)據(jù)分析
數(shù)據(jù)分析法
表決模型、橋聯(lián)模型和旁聯(lián)模型等),還能夠利用故
可靠性物理分析法
障物理建立零部件的失效模型。如圖3所示。
算數(shù)平均值
可靠性模型
數(shù)據(jù)集中幾何平均值
中位數(shù)
(故障物理)典型系統(tǒng)可靠性模型
處理
極差
數(shù)據(jù)分散方差
非儲備模型
工作儲備模型非工作儲備模型
標(biāo)準(zhǔn)差
串聯(lián)模型并聯(lián)模型表決模型橋聯(lián)模型旁聯(lián)模型
圖4可靠性數(shù)據(jù)的處理
圖3安全雙聯(lián)閥可靠性模型
析的方法是概率統(tǒng)計的數(shù)值分析法(或圖分析法)和
3.3對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行可靠性試驗
對樣品的物理、化學(xué)、結(jié)構(gòu)及材料強(qiáng)度的可靠性物理
為了提高安全雙聯(lián)閥的安全可靠性,減小安全分析法。
雙聯(lián)閥發(fā)生故障時的風(fēng)險,必須進(jìn)行可靠性增長試
因為試驗觀測結(jié)果具有一定的隨機(jī)性,一般原
驗?？煽啃栽鲩L試驗分為兩個部分:環(huán)境試驗和壽命始數(shù)據(jù)都具有集中性和分散性的特征。數(shù)據(jù)的集中
試驗。
性常用算數(shù)平均值、幾何平均值、中位數(shù)等統(tǒng)計尺度
環(huán)境試驗是模擬安全雙聯(lián)閥在實際工作中的來表示;數(shù)據(jù)的分散性,常用極差、方差或標(biāo)準(zhǔn)差的
環(huán)境進(jìn)行的可靠性試驗,必要時可進(jìn)行極限試驗,統(tǒng)計尺度來表示。
將可能影響安全雙聯(lián)閥安全性能的環(huán)境條件盡可3.5安全雙聯(lián)閥失效風(fēng)險評估與評定
能地放大至惡劣條件,暴露安全性能設(shè)計中的薄弱
對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行失效風(fēng)險評定,其結(jié)果能夠
環(huán)節(jié)。
指導(dǎo)安全雙聯(lián)閥的設(shè)計與改進(jìn)。
壽命試驗是為了研究安全雙聯(lián)閥在規(guī)定的點
利用對安全雙聯(lián)閥設(shè)計與改進(jìn)后可靠性試驗所
和機(jī)械等工作條件(如振動、壓力、負(fù)荷等)下的疲獲得的數(shù)據(jù),結(jié)合可靠性數(shù)學(xué)模型進(jìn)行失效風(fēng)險評
勞壽命和有效壽命。但是由于壽命試驗耗費的時間估,以此確定傷害可能達(dá)到的嚴(yán)重程度和傷害發(fā)生
很長,必要時可進(jìn)行加速壽命試驗。它是用加大應(yīng)的概率;再對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行風(fēng)險評定,判斷是否已
力(例如增加每次線圈的通電時間,使彈性元件有達(dá)到減小風(fēng)險的目的與要求。
足夠的變形時間)的方法進(jìn)行的壽命試驗,其目的
是在不改變失效機(jī)理的前提下,使安全雙聯(lián)閥在模4實施步驟
擬試驗環(huán)境條件下加快失效,以推斷安全雙聯(lián)閥在
對安全雙聯(lián)閥安全可靠性研究分以下步驟進(jìn)
正常應(yīng)力水平下的可靠性特征量及失效模式、失效行:
機(jī)理。
(1)用可靠性技術(shù)對各類安全雙聯(lián)閥的安全設(shè)
3.4可靠性數(shù)據(jù)收集、分析及處理(圖4)
計原理進(jìn)行分析、研究,特別對其在工作時失效產(chǎn)生
安全雙聯(lián)閥的失效風(fēng)險評價不僅需要安全雙聯(lián)的危險故障方式、成因的條件等進(jìn)行分析和研究。
閥的可靠性模型,還離不開準(zhǔn)確有效的可靠性數(shù)據(jù)。(2)收集國外品牌的雙聯(lián)閥及相關(guān)資料,對其結(jié)
除了通過收集元件通用失效率或同類零部件的失效構(gòu)、工作原理工作參數(shù)、技術(shù)要求使用說明書等進(jìn)
數(shù)據(jù)、利用可靠性數(shù)據(jù)庫,還能由可靠性增長試驗中行整理分析、試驗,并將其相關(guān)信息進(jìn)行符合性確
的可靠性壽命試驗提供真實、準(zhǔn)確、有效的數(shù)據(jù)。認(rèn),確定失效信息并進(jìn)行危險識別,而后建立相應(yīng)的
出上
數(shù)據(jù)分析的目的是要得出能判斷預(yù)先設(shè)想的目故障樹和故障數(shù)學(xué)模型,結(jié)合收集到的參數(shù)進(jìn)行風(fēng)
標(biāo)或模型與所得的結(jié)果是否相符的足夠的信息。分險評估以及安全等級劃分
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(3)收集國內(nèi)雙聯(lián)閥及相關(guān)資料,對其結(jié)構(gòu)、工收集國外各類雙
制訂指標(biāo)
作原理、工作參數(shù)、技術(shù)要求、使用說明書等進(jìn)行整聯(lián)閥及其資料
理分析、試驗,并將其相關(guān)信息進(jìn)行符合性確認(rèn),分析國外雙聯(lián)閥的改進(jìn)參數(shù)安全雙聯(lián)閥設(shè)計與改進(jìn)
定失效信息并進(jìn)行危險識別,而后建立相應(yīng)的故障失效信息和參數(shù)
危險識別(故障分析)
樹和故障數(shù)學(xué)模型,結(jié)合收集到的參數(shù)進(jìn)行風(fēng)險評
估以及安全等級劃分
故障分析
建立可靠性模型
(4)分析國內(nèi)外雙聯(lián)閥的安全、穩(wěn)定、可靠性方建立可靠性模型
失效風(fēng)險評估
面的性能差異,以及造成差異的原因?qū)⒎治鏊@得失效風(fēng)險評定
(可靠性預(yù)測)
的信息反饋到安全雙聯(lián)閥的設(shè)計中。
劃分安全等級
數(shù)據(jù)
可靠性試驗
(5)對改進(jìn)過的安全雙聯(lián)閥進(jìn)行故障分析和危
險識別,利用同類零部件的失效數(shù)據(jù)或通過可靠性
風(fēng)險評定
(可靠性評定)
測定試驗所獲得的數(shù)據(jù),對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行失效風(fēng)
險評估和評定,并對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行可靠性增長試
是否達(dá)到風(fēng)險
驗。在可靠性增長試驗環(huán)節(jié),根據(jù)“機(jī)械壓力機(jī)用安
減小要求?
全雙聯(lián)閥技術(shù)條件”中的性能要求進(jìn)行環(huán)境試驗和
壽命試驗。對于上述試驗暴露出來的危險性故障進(jìn)
可靠性測定試驗
行分析,并建立相應(yīng)的故障模型,分析其故障機(jī)理。
圖5安全雙聯(lián)閥可靠性研究步驟
針對故障以及故障原因,對安全雙聯(lián)閥進(jìn)行改進(jìn)設(shè)
裝備與制造技術(shù),2010,45(1)
,以消除該故障模式或者減小該故障出現(xiàn)的幾【2】en692機(jī)械壓力機(jī)安全
率。
3GB27607-2011機(jī)械壓力機(jī)安全技術(shù)要求
(6)重復(fù)(4)(5)步驟,實現(xiàn)試驗→改進(jìn)→再試[4]中華人民共和國國家質(zhì)量監(jiān)督檢驗檢疫總局,中國國家標(biāo)準(zhǔn)化
驗→再改進(jìn)的過程,直至達(dá)到對安全雙聯(lián)閥制定的管理委員會B/T168.1-200/503849-1:2006機(jī)械安全
可靠性指標(biāo)的要求。
控制系統(tǒng)有關(guān)安全部件第1部分:設(shè)計通則[S
對安全雙聯(lián)閥的可靠性研究步驟如圖5所示。15]許隴云,黎慧霖劉建侯可靠性基礎(chǔ)及其應(yīng)用M機(jī)械工業(yè)部儀
表工業(yè)局,1985
5結(jié)束語
6]崔景芝,修建生,孫法國,等閥門產(chǎn)品的可靠性評估方法J載人
機(jī)械壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥是控制壓力機(jī)動作的
航天,2011,(2)
關(guān)鍵功能部件,對其進(jìn)行系統(tǒng)的安全可靠性研究,是7]李瑞,康銳,黨煒機(jī)械產(chǎn)品可靠性預(yù)計方法的比較與選
擇工程機(jī)械,2009,(5)
國內(nèi)安全雙聯(lián)閥發(fā)展的需要和必要條件,以達(dá)到完
善安全雙聯(lián)閥的設(shè)計與改進(jìn),減小風(fēng)險,提高產(chǎn)品安8]趙宇,楊軍,馬小兵可靠性數(shù)據(jù)分析教程M北京:北京航
空航天大學(xué)出版社2009
全等級的目的,為貫徹GB27607-2011“機(jī)械壓力機(jī)
安全技術(shù)條件”奠定基礎(chǔ)。
【參考文獻(xiàn)】
錢功榮壓力機(jī)用安全雙聯(lián)閥回顧及展望(一)鍛壓
 The research method of safety and reliability for safe double-valve in mechanical press
 RONG Lin', JIN Chao', ZHANG Zhengfeng'
 (1.School of Mechanical Engineering, Southeast University Nanjing 211189, Jiangsu China;
 2.Zhejiang Metalforming Machinery Group Co., Ltd., Shengzhou 312400, Zhejiang China
 Abstract: Combining the safety control technology and traditional reliability theory, the research method of
 safety and reliability for safe double-yalve in mechanical press has been introduced in the text. Each procedure in
 the implementing process has been described
 Keywords: Double valves; Safety; Reliability
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