農(nóng)業(yè)機(jī)械中的可靠性技術(shù)應(yīng)用研究

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摘要：隨著我國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的不斷進(jìn)步，應(yīng)用的農(nóng)業(yè)機(jī)械化設(shè)備不斷增加，設(shè)備的質(zhì)量及可靠性問題越來越受到人們的關(guān)注。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國的收割機(jī)正常工作時(shí)間僅為20~30…h(huán)，這一數(shù)據(jù)大大低于發(fā)達(dá)國家的80…h(huán)，從此可以看出農(nóng)業(yè)設(shè)備的安全性及質(zhì)量亟待提高。為此在分析農(nóng)業(yè)設(shè)備的可靠性基礎(chǔ)上，分析農(nóng)業(yè)機(jī)械的質(zhì)量及可靠性問題。

關(guān)鍵詞：農(nóng)業(yè)機(jī)械；產(chǎn)品質(zhì)量；應(yīng)用研究

引言

近年來，我國的農(nóng)業(yè)機(jī)械化正處于發(fā)展和創(chuàng)新階段，農(nóng)業(yè)機(jī)械裝備的發(fā)展空間較大。不過與發(fā)達(dá)國家相比，還有較大的差距，尤其是設(shè)備的質(zhì)量及可靠性方面需要不斷完善和提升。2018年12月底，國務(wù)院頒發(fā)了《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)業(yè)機(jī)械化和農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)業(yè)轉(zhuǎn)型升級(jí)的指導(dǎo)意見》，其中第二條提出到2025年，實(shí)現(xiàn)我國農(nóng)機(jī)裝備質(zhì)量可靠性達(dá)到世界先進(jìn)水平，在技術(shù)、產(chǎn)量及可靠性方面進(jìn)入高質(zhì)量發(fā)展階段；在第六條提出了一系列的關(guān)于提高農(nóng)機(jī)裝備質(zhì)量的指導(dǎo)意見。

1相關(guān)概念

所謂可靠性，一般指產(chǎn)品在使用條件下可以按照設(shè)定的時(shí)間內(nèi)能夠持續(xù)不斷實(shí)現(xiàn)既定功能的能力。可靠性具有下面幾個(gè)主要特征：首先是故障方面，其次是故障發(fā)生的可能性可以用定量的形式來表示，最后對(duì)故障的影響程度可以進(jìn)行測(cè)定。平均故障間隔時(shí)間（MTBF），是指用于對(duì)產(chǎn)品質(zhì)量可靠性的定量及衡量參數(shù)，是一種概率。可靠性主要是指針對(duì)產(chǎn)品預(yù)計(jì)發(fā)生故障的頻率及所產(chǎn)生的危害程度，是產(chǎn)品內(nèi)在的屬性之一?？煽啃詻Q定于設(shè)計(jì)者，因此設(shè)計(jì)階段非常重要，在設(shè)計(jì)階段就要考慮產(chǎn)品的可靠性，從而從根本上提前防范各類故障及問題的產(chǎn)生，提高產(chǎn)品的質(zhì)量。

2可靠性與農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品關(guān)聯(lián)

為了清晰而準(zhǔn)確的對(duì)可靠性進(jìn)行定量，可以把農(nóng)機(jī)設(shè)備的可靠性內(nèi)涵規(guī)定為在一定的條件及時(shí)間下，裝備或系統(tǒng)能夠持續(xù)穩(wěn)定實(shí)現(xiàn)既定功能的程度或能力。對(duì)設(shè)備來說，其可靠性越高越具有競(jìng)爭(zhēng)力及實(shí)際使用效益。質(zhì)量及可靠性越高，可以使用的時(shí)間越長(zhǎng)，效率越高，成本越低，其無故障工作的時(shí)間就會(huì)越久。從狹義內(nèi)涵來講，“可靠性”，是指農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備在使用有效期內(nèi)沒有產(chǎn)生故障的時(shí)間，從廣義方面來講，是指使用者對(duì)設(shè)備使用的滿意程度及信賴程度。

3開展可靠性工作的意義

1）能夠有效降低設(shè)備問題發(fā)生率，從而有效的提高安全性，尤其是一些設(shè)備需要人為進(jìn)行操作，或者是與牲畜接觸較多，可以有效的避免對(duì)操作者及牲畜的傷害，提高農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的安全性。2）能夠有效提高設(shè)備的有效使用時(shí)間，避免出現(xiàn)故障造成設(shè)備維修產(chǎn)生的停機(jī)問題，從整體上提高設(shè)備實(shí)際的使用率。據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì)，我國的一些農(nóng)用聯(lián)合收割機(jī)、耕作設(shè)備等其平均故障間隔時(shí)間（MTBF）只有先進(jìn)國家同類產(chǎn)品的1/3，其技術(shù)水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于國際領(lǐng)先水平，在使用過程中故障不斷，不僅需要較長(zhǎng)的維修等待時(shí)間，同時(shí)安全性也不高，無法滿足規(guī)?；a(chǎn)需求，降低了農(nóng)機(jī)用戶的使用欲望。3）減少不必要的維修成本，降低使用成本，提高設(shè)備使用效益。4）對(duì)農(nóng)機(jī)設(shè)備制造企業(yè)來說，提高設(shè)備的可靠性能夠有效增加公司的信譽(yù)，提高市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，尤其是隨著我國“一帶一路”政策的不斷深入實(shí)踐和發(fā)展，越來越多的企業(yè)面臨著走向世界的發(fā)展機(jī)遇，只有提高設(shè)備的質(zhì)量及可靠性才能更好的推動(dòng)企業(yè)更好的發(fā)展。

4農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性工作內(nèi)容

4.1可靠性設(shè)計(jì)

農(nóng)機(jī)裝備在產(chǎn)品研發(fā)時(shí)，可以大致分為五個(gè)階段，第一階段為技術(shù)指標(biāo)論證階段，第二階段為產(chǎn)生生產(chǎn)方案論證及制定階段，第三階段為工程研制階段，進(jìn)行初步的產(chǎn)品設(shè)計(jì)及詳細(xì)的產(chǎn)品設(shè)計(jì)，第四階段為設(shè)計(jì)定型階段，第五階段才進(jìn)入生產(chǎn)定型階段。所以在整個(gè)農(nóng)機(jī)裝備的研制開發(fā)中，需要進(jìn)行合理規(guī)劃，科學(xué)設(shè)計(jì)，每個(gè)步驟都要嚴(yán)陣以待，重視產(chǎn)品可靠性及質(zhì)量的打造，提高設(shè)計(jì)的可靠性、生產(chǎn)的可靠性，最終打造具有高質(zhì)量的農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品。而且，在這些具體過程中要重視活動(dòng)開展的組織性，加強(qiáng)管理，做好相應(yīng)的規(guī)劃，為提高產(chǎn)品的可靠性打下良好的基礎(chǔ)。

4.2可靠性建模及預(yù)計(jì)

所謂農(nóng)機(jī)裝備及機(jī)械產(chǎn)品的可靠性模型，是指產(chǎn)品內(nèi)部的子系統(tǒng)及組件之間的框圖（簡(jiǎn)稱可靠性框圖）和相應(yīng)的數(shù)學(xué)表達(dá)式，也就是系統(tǒng)成功概率及其構(gòu)成單元成功概率間的關(guān)系式。通過建立可靠性模型，能夠?qū)ρb備進(jìn)行可靠性分析，尤其對(duì)設(shè)備的可靠性進(jìn)行科學(xué)預(yù)計(jì)。在進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)時(shí)，通常是先對(duì)設(shè)備元器件及零部件進(jìn)行失效率的預(yù)計(jì)，之后對(duì)農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品單元進(jìn)行故障率的分析和預(yù)計(jì)，包括單元內(nèi)的全部元器件和零部件，最后根據(jù)農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的可靠性模型來求出這一設(shè)備的可靠性預(yù)計(jì)值。所以準(zhǔn)確的可靠性模型是掌握和預(yù)計(jì)設(shè)備可靠性不可缺少的重要方面，特別是在預(yù)計(jì)任務(wù)可靠性時(shí)更是離不開?？煽啃苑峙洌前艳r(nóng)機(jī)設(shè)備的可靠性目標(biāo)值根據(jù)相應(yīng)的可靠性模型將其分配到具體的產(chǎn)品單元中，從而作為產(chǎn)品設(shè)計(jì)的依據(jù)，有利于提高產(chǎn)品可靠性及其支流，起到科學(xué)分配的標(biāo)準(zhǔn)功能。只有進(jìn)行可靠性預(yù)計(jì)，才能有效提高農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品的可靠性，特別是在研發(fā)階段，有利于對(duì)產(chǎn)品研發(fā)的可靠性進(jìn)行科學(xué)的管理和控制，在整個(gè)產(chǎn)品的預(yù)計(jì)及改進(jìn)過程中，通過應(yīng)用可靠性模型，可以對(duì)產(chǎn)品的可靠性不斷進(jìn)行考察和更改，從而使得農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品在設(shè)計(jì)階段就達(dá)到良好的性能，滿足使用的高質(zhì)量需求，提高有效使用率。

4.3故障模式影響分析（FMEA）

通常來說，一個(gè)系統(tǒng)由多個(gè)部分構(gòu)成，如農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品，也包括了電源、處理器、存儲(chǔ)器、執(zhí)行設(shè)備及相關(guān)的輔助設(shè)備等。在產(chǎn)品工作過程中，每一構(gòu)成部分都需要在既定的時(shí)間及條件下，完成既定的功能。如果某個(gè)部位發(fā)生故障，就會(huì)影響整個(gè)機(jī)器的順利工作。從系統(tǒng)設(shè)計(jì)特征及工作要求來看，其組建故障模式及種類的不同與其所產(chǎn)生的故障影響也是不一致的。如聯(lián)合收割機(jī)的螺旋葉片如果出現(xiàn)故障，與切割底板間隙過大，會(huì)使得推運(yùn)器產(chǎn)生故障，引起割臺(tái)螺旋的打滑，造成機(jī)器無法正常運(yùn)作。所以，對(duì)于某一個(gè)農(nóng)業(yè)設(shè)備要對(duì)其具體的構(gòu)成部分進(jìn)行逐一的分析，分析每個(gè)部位故障模式及其產(chǎn)生的影響，從而可以將故障出現(xiàn)的種類進(jìn)行很好的預(yù)測(cè)及應(yīng)對(duì)，掌握產(chǎn)品的薄弱環(huán)節(jié)及關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為設(shè)備改進(jìn)及進(jìn)行預(yù)防控制提供積極而有效的基礎(chǔ)。

4.4故障樹分析（FTA）

故障樹分析方法，可以通過這種故障分析方法將農(nóng)機(jī)機(jī)械設(shè)備的故障進(jìn)行系統(tǒng)分析，對(duì)故障原因由內(nèi)而外、從簡(jiǎn)入繁的進(jìn)行層級(jí)分析，如樹干形狀，將復(fù)雜的故障進(jìn)行系統(tǒng)化和簡(jiǎn)單化和動(dòng)態(tài)化，通過相應(yīng)的試驗(yàn)及使用進(jìn)行相應(yīng)的故障分析，這也是其他產(chǎn)品所較為常用的故障分析方法。故障樹這一分析方法，能夠?qū)?fù)雜的故障問題進(jìn)行系統(tǒng)分析，使得分析具有系統(tǒng)性，從簡(jiǎn)入繁，進(jìn)行逐層演繹，可以綜合分析包括人為影響因素及環(huán)境影響因素在內(nèi)的多種影響因素，并能夠通過圖形直觀顯示的方法，使得農(nóng)機(jī)設(shè)備可以層次性的顯示出產(chǎn)品失效狀態(tài)，使中間事件的相互關(guān)聯(lián)更加清晰，故障分析更加直觀而清晰。

4.5最壞情況分析（WCA）

一般來說對(duì)于具有控制系統(tǒng)的農(nóng)業(yè)設(shè)備，可以應(yīng)用最壞情況電路分析方法來進(jìn)行故障控制，在這種農(nóng)業(yè)設(shè)備的控制系統(tǒng)中，需要設(shè)計(jì)和應(yīng)用大量的有較高精密度的電路元器件。其故障預(yù)測(cè)分析方法可以采用WCA方法，通過采用模擬仿真分析，將電路可能經(jīng)歷的多種極端狀況進(jìn)行試驗(yàn)和分析，模擬不同的生產(chǎn)工作環(huán)境，將可能出現(xiàn)失真或漂移現(xiàn)象預(yù)先進(jìn)行分析，從而提高電路性能及元器件的應(yīng)力分析能力。在進(jìn)行最壞情況的電路分析及元器件應(yīng)力分析條件下，能夠主動(dòng)的找出影響電路性能的因素，以及元器件應(yīng)力的影響因素，從而準(zhǔn)確的找出產(chǎn)品的質(zhì)量脆弱環(huán)節(jié)。尤其是通過開展電路漂移故障預(yù)測(cè)分析，能夠使得產(chǎn)品后期的改進(jìn)方向得以明確，提高電路的固有可靠性。WCA主要包括以下2個(gè)方面：1）評(píng)價(jià)電路的性能及其漂移：通過合理分析方法，可以評(píng)估最壞情況條件下的電路性能及其漂移。2）元器件評(píng)價(jià)：通過分析最壞情況下的電路中元器件是不是有過應(yīng)力，可以為后期科學(xué)的選擇元器件提供有效的數(shù)據(jù)支持，使得降額使用及設(shè)計(jì)更加合理，并有效的降低生產(chǎn)設(shè)計(jì)城堡，提供產(chǎn)品效益。在產(chǎn)品設(shè)計(jì)及開發(fā)階段，在進(jìn)行電路設(shè)計(jì)改動(dòng)時(shí)，需要重新開展WCA工作。而這一工作需要較大的工作量，在軟硬件、元器件模型庫和相關(guān)數(shù)據(jù)方面都需要相應(yīng)的支持。而工程研制任務(wù)書及合同中也對(duì)WCA有明確的規(guī)定和要求。WCA能夠從各種產(chǎn)品層次開始，如電路系統(tǒng)、單元電路等。對(duì)于相互獨(dú)立的不同電路性能參數(shù)，WCA可對(duì)電路不同的性能參數(shù)分別進(jìn)行。

4.6潛在電路分析（SCA）

對(duì)于一些大型的農(nóng)機(jī)裝備產(chǎn)品，所涉及的電子及電氣系統(tǒng)是非常復(fù)雜的，所涉及的科研單位也較多，不同的設(shè)計(jì)隊(duì)伍及單位其設(shè)計(jì)水平存在較大的差異，而且在設(shè)計(jì)過程中產(chǎn)品需求及設(shè)計(jì)也不斷進(jìn)行變更，所以在科研制作階段是不可避免地留下潛在電路問題，這就需要各級(jí)設(shè)計(jì)人員及負(fù)責(zé)人要有深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)潛在問題電路要進(jìn)行詳細(xì)的摸查，要系統(tǒng)掌握潛在電路的分析方法，在電路設(shè)計(jì)結(jié)束后，要避免將潛在電路分析遺漏，及時(shí)排除潛在存在問題的電路，加強(qiáng)跟蹤，通過應(yīng)用相應(yīng)的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則避免電路出現(xiàn)潛在的問題。

4.7可靠性試驗(yàn)

對(duì)于農(nóng)機(jī)裝備來說，其可靠性試驗(yàn)的方法有多種，還可以進(jìn)行可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)等。尤其是可靠性強(qiáng)化試驗(yàn)，在產(chǎn)品的研制階段，可以采取比相關(guān)的技術(shù)規(guī)范更為嚴(yán)酷的試驗(yàn)條件，來加速產(chǎn)品潛在缺陷的發(fā)生，從而為不斷改進(jìn)產(chǎn)品和驗(yàn)證產(chǎn)品質(zhì)量提供條件。同時(shí)還可以結(jié)合農(nóng)機(jī)裝備的不同英語區(qū)域，進(jìn)行區(qū)域差別試驗(yàn)，從而提高產(chǎn)品的區(qū)域適應(yīng)能力。如在沿海地區(qū)，其土壤濕度大、鹽堿成分高，可以開展鹽霧試驗(yàn)。

5結(jié)語

總而言之，要貫徹和實(shí)施大力提高農(nóng)業(yè)機(jī)械可靠性的政策和要求，加強(qiáng)對(duì)農(nóng)業(yè)機(jī)械設(shè)備可靠性的重視程度，提高相關(guān)工作人員的意識(shí)水平。另外要加強(qiáng)人才隊(duì)伍的教育和培訓(xùn)工作，打造專業(yè)化的人才隊(duì)伍體系，培養(yǎng)和引進(jìn)綜合型的專業(yè)人才，使專業(yè)工作人員不僅掌握扎實(shí)的理論基礎(chǔ)，同時(shí)具備較高的實(shí)踐水平，提高頂層設(shè)計(jì)水平和設(shè)計(jì)能力，不斷完善相關(guān)工作標(biāo)準(zhǔn)及產(chǎn)品體系，建立相應(yīng)的參數(shù)庫等，從而為提高農(nóng)機(jī)設(shè)備工作可靠性提供相應(yīng)的條件和基礎(chǔ)。

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作者：劉芳平 張萃 趙峻 單位：通化市農(nóng)業(yè)機(jī)械化技術(shù)推廣中心