基于FMECA的汽车起重机悬挂结构优化

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Optimal design of suspended structure of the truck crane based on FMECAWANG Sheng-lei， ZHU Hong-lin，WANG Yang关于汽车起重机可靠性的研究 ，文献[1]以实地调查数据为基础，分析了8t起重机的故障模式 、首次故障时间分布和故障时间分布规律等 ，为汽车起重机可靠性分析提供了依据 ；文献[21介绍 了在现场数据基础上 ，利用模糊语言处理反馈信息进行可靠性评价的技术 ；文献[3将故障树分析法 (FTA)和贝叶斯网络 (B N)结合对汽车起重机液压系统进行可靠性评估 ，并找出系统薄弱环节 ，给出改进措施 ；文献4]将可靠性设计理论应用于汽车起重机传动轴的优化设计 。到 目前为止，我国在可靠性理论应用于起重机的相关研究很少 ，特别是对于起重机结构的设计优化更少，本文举例说明可靠性的基础理论Failure Mode，Efects and Criticality Analysis(简称FMECA)，对起重机结构的优化改进的有效性 。运用FMECA对起重机悬挂结构的可靠性进行定性分析，找出其薄弱环节并提出改进措施，优化设计结构。

1 悬挂结构可靠性分析及改进1.1 悬挂结构的构成及功能汽车起重机悬挂结构是车轮或车桥与汽车承载70 建筑机械 2013.7(下半月系统之间传递载荷、缓和冲击、衰减振动以及调节汽车行驶中的车身位置等有关装置的总称l 5。某型号的起重机悬挂结构如图1所示 ，限位支架焊接于车架下表面，立板焊接于压板外侧，紧固螺母的预紧力矩为整车满载时1400-1500Nm。该结构主要用于起重机打支腿时，用插销防止悬架整体下降，- 方面可增大轮胎离地距离，另-方面避免板簧长时间受拉。

表1 严酷度类别的定义严酷度类别 严重程度定义I类(灾难性 ) 引起人员死亡或产品毁坏 、重大环境损害Ⅱ类 引起人员的严重伤害或重大经济损失或导致(严重 ) 任务失败、产品严重损坏及严重环境损害Ⅲ类 引起人员的中等程度伤害或 中等程度的经济损失或导致任务延误或降级、产品中等 (临界 )程度的损坏及中等程度环境损害Ⅳ类 无影响或影响很小，增加非计划性维护或(轻度 ) 修理[收稿日期2013-04-25通讯地址王圣磊.安徽述埠市高新区柳工大道1 8号安徽柳工起重机有限公司研究院1.车架 2.限位支架 3.插销 4.紧固螺母 5.钢板弹簧 6.压板 7.立板图1起重机悬挂结构1.2 应用FMECA对悬挂结构进行可靠性分析及改进结果结合汽车系统的特点，该起重机悬挂结构的严酷度类别的定义l61如表1所示。

风险优先数 (Risk Priority Number，RPN)法是危害性分析常用的方法之-，是按每个故障模式的风险优先数值进行排序，某个故障模式的RPN等于该故障模式发生概率等级 (Occurrence ProbabilityRanking，OPR)和影响严酷度等级 (Efect SeventyRanking，ESR)的乘积 78。表2中给出了OPR的评分准则示例 ，表3给出了严酷度等级的评分准则示例。

对上述2个因素等级的定性评分结果得IJRPN表2 OPR的评分准则等级 故障发生的可能性 故障概率参考值1 稀少 发生的可能性极低 1/102 发生的可能性 l/200003低 相对较低 1/40004 1/10005 中等 发生的可能性中等 1/4O06 1/807 局- 发生的可能性高 1/408 1，209 非常高 发生的可能性非常高 1/210 1/8值，从而可对各故障模式进行相对的危害性评定。

那些发生的可能性高、严重程度高，又难以检出的故障模式，其RPN值较高，危害性较大。而那些发生的可能性低 、严重程度低，又较容易检出的故障模式，其RPN值较低，危害性也较校根据以上FMECA的理论分析，结合某型号汽车起重机的试验结果和用户走访记录，对该机型上后悬结构进行分析，得FMECA表格如表4所示。

通过FMECA找出该后悬结构的薄弱环节：压板变形、限位支架变形、插销相关故障、压紧螺母难以装配和拆卸。从表4中可以看出，危害度最大的为插销引起的相关故障，其次为压板变形 ，再次为紧固螺母拆卸困难，最后为限位支架变形。对其表3 ESR评分准则等级 故障发生的影响程度对系统的性能不会产生影响，用 1 轻微户注意不到的轻微故障对系统性能有轻微影响，用户可 2， 3 低 能会注意到并引起轻微抱怨引起系统性能下降，用户会感觉 4， 5，6 中等 不舒适和不满意- - 造成系统或子系统功能中断，不 7， 8 局 会引起安全后果9，tO 非常高 引起生命、财产损失的致命故障CONSTRUCTION MACHINERY 2013 7 71产品结构l PR。岍s＆s RE表4 某型号汽车起重机悬挂结构FMECA表严 设计 故障模式的 危 代零部件 功能 故障模式 故障原因 故障影响 酷 风险优先数 害 码 改进措施度 0PR ESR RPN 度限制钢板 对钢板弹簧 增加压板 Ⅳ01 压板 弹簧上下 压板变形 强度 、 限位失效，不 Ⅳ 强度和 l0 2 20 类 刚度不够左右运动 可重复使用 刚度 20限制后悬 限位支架 与压板 Ⅳ02 限位支架 影响外观 Ⅳ 更改结构 5 3 15 类 跳动幅度 变形 立板碰撞15去掉插销 Ⅲ 插销丢失或 结构不Ⅲ 或增加提 8 5 40 类 打支腿时忘 人为因素 起作用打支腿时， 用插销 醒标识 4003 插销 减绣悬架受损， 去掉插销 Ⅲ 簧下沉量 车辆行驶时人为因素 影响行驶 Ⅲ 或增加提 6 6 36 类 未拔出插销安全性 醒标识 36去掉干涉 Ⅳ 螺母拆卸 立板和限位 车辆维修困Ⅳ 部位或增 3 6 18 类 04 压紧螺母 压紧压板 和重新 支架与套筒 难紧固困难 干涉 大空间 18表5 人为故障的统计和分析表故障类型 故障模式 发生概率 可控概率插销相关故障 插销丢失 82% 94%人认为不可控打支腿时未用插销 15% 36%人认为不可控车辆行驶时未拔出插销 7% 20%人认为不可控21.车架 2.限位支架 3.紧固螺母 4.钢板弹簧 5.压板图2 改进后的起重机悬挂结构72 建筑机械 2013 7(下半月刊故障原因进行分析，由插销引起的相关故障均属人为因素，对其作进-步的分析，如表5所示。

从以上分析可看出插销丢失经常发生并且是不可控制的，进-步分析丢失后90%的人认为不用处理。设计插销的目的是防止打支腿时轮胎着地 ，现场测量插上插销时轮胎离地距离约为60rnnl，而钢板弹簧的理论弧高位62mm，即板簧下拉的最大距离约为3 1mm，所以理论分析去掉插销后仍能充分保证轮胎离地间隙，且板簧的刚度较大，为 3125，在-定载荷下其变形量可以忽略不计。

故此提出改进措施：去掉插销改进结构，改进后的结构如图2所示。

从图2可看出，改进后限位支架由焊接改为装配式，取消立板和插销装置，加厚压板，使限位支架装配拆卸简单、维修方便，加厚后的压板变形图3 提高产品可靠性的循环图减小，验证改进后打支腿时，轮胎离地间隙为20-40mm，能保证要求，且板簧的变形可忽略不计，很好地满足用户需求。

2 改进结构可靠性分析对改进后结构再进行FMECA分析，形成-个良性循环，对于提高产品的可靠性具有较好的效果。循环的分析过程见图3。

3 结论(1)本文应用FMECA对汽车起重机悬挂结构进行分析，找出该结构的薄弱环节，并提出改进措施，为悬挂结构的改进设计提供了参考依据。

(2)改进后的结构简单、拆装方便、节省材料、降低成本，既能满足装配及维修的要求，又能满足用户需要。