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起重机械风险评估及预防性检修方案分析

更新时间:2009-03-28

起重机通过吊臂进行重物的上升、下降或者移动,属于间歇性、重复性机械设备。由于起重机涉及生命和施工安全,属于危险性高的机电设备,我国将其纳入特种设备范围(注:《特种设备安全监察条例(国务院第373条令)》),并进行严格监督和管理[1]。起重机监察周期固定,如果不同企业未进行不同设备的差异化管理,一方面可能导致部分设备检修过度,另一方面也可能产生检修滞后,即检修时设备已经存在较高风险。检修结果模糊分析方法仅进行“合格”与“不合格”评价,缺少零件失效定量分析。本文针对上述情况,分析起重机风险评估和预防性检修问题,并提出相应的应用方案。

1 起重机械风险预防性评估

起重机械风险评估是判断机械是否可靠的重要方法,其过程属于基于风险评估的设备检验技术(risk based inspection,RBI),即通过对各零件失效模式的定量和定性分析,验证起重机械风险评估的准确性和可行性。

1.1 定性风险预防性评估方法

起重机械零件众多,为了减少风险评估的工作量,需要在前期进行简单、有效的定性分析。定性风险评估以推断和实践经验为基础,按照高、较高、中和低的等级进行评估。

依据国内起重机械行业的情况,考虑上述评估因素影响,制定失效可能性的定性评估方法。起重机械风险评估系数为4个,即故障系数(DF)、检测系数(IF)、条件系数(CCF)和工艺系数(PF)[2]

1.1.1 故障系数

故障系数是对故障的识别系数,其值代表机械损坏程度。机械损坏程度用DF表示,其分为故障是否发生(DF1)、发生频率(DF2)和故障发生率(DF3),计算公式为:DF=DF1+DF2+DF3。故障是否发生(DF1)又分为量化和非量化故障,非量化故障的DF1值为0或10,量化故障的DF1值为0,5和10;发生频率(DF2)和故障发生率(DF3)赋值0,2和5,程度越高其赋值越大。

1.1.2 检测系数

检测系数是检测情况的表示值,代表故障检测的有效性。故障检测情况可以用IF表示,其包括故障原因有效性(IF1)、历史检测情况(IF2)、检测综合程度(IF3),其计算公式为:IF=IF1+IF2+IF3IF1IF2IF3赋值均为-5,-2和0,数值越大检测情况越好。

1.1.3 条件系数

条件系数表示起重机械的保养程度,用CCF表示。CCF分为保养合理性(CCF1)、零件质量优劣(CCF2)、保养有效性(CCF3),计算公式为CCF= CCF1+ CCF2+ CCF3CCF1CCF2CCF3赋值均为0,1和3,数值越大检测情况越好[3]

1.1.4 工艺系数

现行教育制度下,教师往往教授专业课程中的一门或几门课程,课程之间天然被割裂,无法帮助学生将知识进行有效串联,将专业中各门课程有效融合。

工艺系数是零件运行过程中,非预期性故障的发生频率,用PF表示。PF包括中断发生频率(PF1)和稳定性(PF2),其计算公式为PF=PF1+PF2PF1,PF2赋值为0,2和5,数值越大工艺越好。

管理评价系数FM=5,钢丝失效状态下超标缺陷系数FL=1,则失效概率值F=0.071 1×6.397 1×1×5=0.550 1。依据从石化行业内比较系统的RBI失效数据库中起重机械年故障数量与预期故障数量的比值获得FG=0.071 1。

随着环境日益恶劣和能源供应日益紧张,国际社会对船舶节能和污染物排放控制的要求不断提高。国际海事组织(International Maritime Organization, IMO)已于2011年实施TierⅡ排放标准,并于2016年强制要求船用柴油机NOx排放符合Tier Ⅲ的要求。面对日益严苛的主机运营成本要求和排放法规,大型船舶低速柴油机电控智能化成为低速船用柴油机发展的必然趋势。

 

(1)

通过对失效可能性的计算,依据表1的数值确定相应的等级[4]

 

1 失效可能性的等级评价标准

  

系数0~1011~2021~3031~4041~50等级12345

在对起重机械零件失效可能性和失效后果进行初步判断后,应该采用风险矩阵进行评价,其模式如图1所示。风险矩阵横坐标是失效后果,纵坐标是失效可能性,依据上述分析标准,确定零件横纵坐标,进行定性风险结果评估,明确其等级,即高、中高、中和低,0~0.2代表低,0.2~0.4代表中,0.4~0.6代表中高,0.6~0.8代表高。

  

图1 风险矩阵示意图

1.2 定量风险预防性评估方法

起重机械定性风险评估以后,还需要进行定量风险评估。

①2耕土,呈流塑~可塑状,压缩性高,承载力极低,分布不均匀,不能直接作为拟建建筑物的天然地基浅基础的持力层;

2.2 品质分析 由农业部油料及制品质量监督检验测试中心测定品质。由表2可知,2015年含油量为58.80%,蛋白质含量20.49%;2016年含油量为57.56%,蛋白质含量21.45%;两年平均含油量为58.18%,蛋白质含量20.97%。皖芝10号产量较高;抗芝麻茎点枯病和芝麻枯萎病;其含油量高、品质优,适合制油、食品保健。

(3)路径:纵向融合路径,通过同一渠道的不同细分管道向不同人群扩散,构建“多元受众”;横向融合路径,通过不同渠道让同一类人群在不同时空接触到,构建“多触点”。

2017年4月24日,我们在夕阳的余辉下瞻仰了这座纪念碑。纪念碑是雕塑家恩斯特·涅伊兹韦斯内(Ernst Neizvestny,1925—2016)的杰作。他还有一件更为引人注目的作品,那就是耸立在莫斯科新圣女公墓的赫鲁晓夫黑白墓碑。它是用黑白两色的花岗石几何体交叉组合在一起,赫鲁晓夫的铜像就夹在黑白几何体的托座上。赫鲁晓夫用他那深邃的目光凝视着这个世界。墓碑的基座由四块花岗石板拼成。一块镶嵌着赫鲁晓夫的姓名,另一块镶嵌着他的生卒年代。涅伊兹韦斯内在解释自己创作时说:

F=FG×FE×FM

1.2.1 失效概率计算

(2)

式中:F为实际失效概率;FG为通用失效概率;FE为修正系数;FM为评价系数。

零部件通用失效概率的理论值无法准确获得,可以从石化行业内比较系统的RBI失效数据库中起重机械年故障数量与预期故障数量的比值获得,为了保证计算的准确性,要对失效概率进行修正。在借鉴RBI技术框架的基础上,提出零件实际失效概率的修正计算公式[5]

F=FG×FE×FM×FL

(3)

式(3)在式(2)的基础上,通过增加缺陷修正系数FL来提高实际失效概率的准确性。

1.2.2 修正系数计算

起重机械修正系数通过层次分析法、灰色综合评价法获得:首先确定各层次系数,然后进行权重计算和结果分析,最后利用灰色综合评价法获得修正系数。

为使“百条禁令”落地生根,宿州公司不断创新管理的方法和手段,强约束、硬考核,聚力“两个融合”,深化“三个结合”,努力塑造安全型员工,打造安全型企业,形成安全管理新常态。新措施带来新成效,“百条禁令”颁布实施以来,该公司共下发通报20期,考核约8万余元,有效遏制了现场违章,2013年-2015年,该公司呈现了不安全事件逐年下降的良好态势,为该公司顺利完成五星级三连冠、全国安全文化示范企业等年度安全目标任务提供了坚实的保障

 

2 起重机械修正系数层次模型

  

目标层准则层细则层起重机械修正系数A损伤系数A1通用系数A2机械系数A3其他系数A4失效速率A11检验有效性A12工厂状况A21天气条件A22起重机械复杂性A31起重机械工作级别A32操作规范情况A33机械寿命周期A34动、静设备区别A41工艺稳定性A42安全保护A43

修正系数的风险评定等级依据专业评估人员对表2中细则层11个系数进行打分后计算获得,其评价样本矩阵[6]为:

 

式中:dijk为样本矩阵D的元素,就是第j个专家的评价结果;p为专家人数。依据灰色综合评价法,建立白化权函数,内容如下:

第一灰类“低”(e=1),设定灰数⊗1=[9,∞],其白化权函数为:

 

得出起重机械修正系数的各权重后,结合灰色综合评价方法,进行白化值、权向量和权矩阵计算,最后得出修正系数。对于三级系数Aij,其中第e个评价灰类的白化值为xije

第二灰类“中”、第三灰类“中高”、第四灰类“高”白化权函数计算略过。

 

三级系数Aij的综合白化值xij为:

我们都知道形声字的形旁和字义的联系是比较宽泛、不太确切的,只是提示一个义类信息。但是,只要我们在教学过程中充分利用这一提示作用,就能很好地帮助学生缩小认识的范围。此外,对于组字能力强的形符,可根据所组字的不同意义,形成不同的聚合,分类学习。如口吹的用具:喇、叭、哨、号等[5]。

起重机械失效概率计算公式为:

 

三级系数Aij的权向量rij为:

 

二级系数的灰色矩阵Ri权向量为:

Ri=[ri1 ri2rin]T

依据损伤系数A1、通用系数A2、机械系数A3和其他系数A4,计算修正系数A的权向量Ri和矩阵R。权向量和矩阵的计算公式为ri=ω*·Ri,其中i=1,2,3,4;权矩阵R的计算公式为R=[r1 r2 r3 r4]T。最后得到综合评价结果M,其公式为M=ω*·R。起重机零件修正系数FE的计算公式为FE=M·V,其中V=[9 7 5 3 1]T

1.2.3 评价系数计算

系统评价系数关系到起重机械所有零件的风险排序,以及不同单位起重机械的比较风险值。为了更准确地计算起重机械风险,需要对综合评价结果进行规范化处理,即将综合评价结果转换为评估系数的推荐比例。推荐比例是起重机械单位管理水平与行业评估管理水平的比值,其中行业管理水平以百分数表示,50%表示中等,100%表示高。综合评价结果M与系统评价系数P的对应关系的公式为:P×M=101-2x,0<x<1。其中,x是综合评价结果与行业管理水平总分值的比值[7]

1.2.4 超标缺陷系数

评价人员依据故障模式的不同,赋予缺陷系数FL不同数值。首先判断故障模式是否为与时间有关的退化机理(诸如疲劳、腐蚀和磨损),然后进行下一步评估。在故障模式与时间无关的条件下,如果故障模式未发生,则FL=1.0;如果故障模式超标,则FL=1.5。当故障模式与时间有关时,要确定评估后零件运行时间与剩余寿命的比值BB=×100%,其中Tn为连续运行时间,TSL为剩余寿命。B值越大,零件使用时间越短,失效率越高。

2 实例计算

对各级次系数进行分析,得出评价权矩阵D=[6.4,5,7,1,5,6.5,2.4,9,4.4,2.4]T。然后计算三级次系数的权重矩阵,以及二级次系数的权向矩阵,即r1=[0.232 1 0.398 6 0.366 7 0.102 5 0],r2=[0.274 2 0.352 4 0.224 1 0.037 2 0.111 8],r3=[0.253 2 0.325 6 0.255 6 0.126 7 0.033 2],r4=[0.468 0 0.354 5 0.133 2 0.029 4 0.002 6]。由此可知,起重设备的修正系数A的灰色权重矩阵R为:

2.1 失效概率计算

钢丝绳使用时间为600h,通过失效概率计算可知,FG=0.017 1。

2.1.1 各级次系数权重

主观方面的原因主要在于:第一,由于被害人深受其害,所以在仇恨与抱负心理的作用下,夸大相关的犯罪事实,以便达到报复的目的。第二,由于被害人自身的记忆、认识偏差也往往会导致其所做的陈述缺乏真实性。从司法实践中来看,由于被害人遭受严重的犯罪侵害,导致其精神紧张、记忆混乱,陈述不清的事例屡见不鲜。

红枣是我国特色林果产业,据相关资料显示,全球90%的红枣产自中国[1]。新疆因其昼夜温差大、气候干燥等特点,形成了新疆红枣独有的品质[2],特别适合于高品质红枣的产出。2005年以来,新疆生产建设兵团开始规模化发展红枣,截至2013年,新疆红枣种植面积已突破40万公顷,占新疆林果业面积的48% 以上[3]。新疆红枣大部分地区采用矮化密植种植模式,其种植规模不断扩大,实现红枣的机械化采收具有重要意义。

通过各级次系数的两两比较,依据权重评估准则对Aij进行赋值,得出的结果见表5。

同年,全市实现农林牧渔及其服务业增加值126.20亿元。其中,农业增加值68.3亿元、林业1.1亿元、牧业27.3亿元、渔业29.2亿元、农林牧渔服务业9.5亿元。农业劳动生产率2.03万元/人,居全省第2位。在农村经济总量不断增加的同时,农村经济内部结构不断提质增效,牧渔业总产值占农业总产值的比重已达到48.7%。

 

5 权重评价结果

  

各级次系数评价结果失效速率A11、检测有效性A12a112=1/4工厂状况A21、天气条件A22a312=3、a313=2、a314=2、a323=4起重机械复杂性A31、工作等级A32、操作规范A33a324=1/2、a334=1/4动静设备区别A41、工艺稳定性A42、安全保护A43a412=4、a413=3、a423=3损伤系数A1、通用系数A2、机械系数A3、其他系数A4a12=4、a13=2、a14=3、a32=2、a24=1/2、a34=2

依据上述数据,得出各级次系数的排序向量,分别为:

2.1.2 起重设备修正系数

本文以某公司现役桥式起重机的主牵引绳为例,设定其失效模式为断丝,失效原因为弯曲、疲劳拉伸,计算起重机械定量风险数值。

 

起重机械修正系数FE=M·V=6.387 1。

2.1.3 失效概率计算

可能系数D是上述4个系数的总和,表达式为:

2.2 失效后果

通过收集某公司的各项数据,计算人员伤亡费CH、经济损失费CP和环节保护费CE,分别为:

CH=30×0.009 2×20=5.5(万元)

CP=0.2×20+0.2+1×0.4=4.6(万元)

CE=0.05×200+2+0.2=12.2(万元)

由此可得总失效后果:

C=5.5+4.6+12.2=22.3(万元)

2.3 风险评估值计算

由上述计算可知,失效概率为0.550 1,失效后果为22.3万元,则钢丝绳定量风险评估结果为

O=F·C=0.550 1×22.3=12.27(万元)

由此可知,该起重机械整体价格为25万元,通过定量风险矩阵(图1)分析可知其风险等级为高。

理解是描述对象的特征和由来,阐述此对象与相关对象之间的区别和联系,是分析问题和解决问题的基础,是创建数学思维的前提,是学习数学的根基,是为生活生产服务的源泉。理解是学生学习相关课程内容的背景,既有利于帮助学生理解相关内容,也促进其将所学知识运用于解决问题的过程中,无疑有利于提高学生的应用数学的意识和能力。

3 结束语

本文给出的起重机械风险评估和预防性检修方案,不仅为起重机械检修提供了预防性解决方法,还为起重机械风险评估提供了理论支持。预防性检修方案具有定性和定量优势,能缩小检修范围,降低风险概率,加强事后、定期、视情和状态环节的联系。预防性检修方案对RBI数据库提供了方案补充,扩大了贝叶斯应用范围,能更准确地预测起重机械风险出现概率,指导起重机械维修实践。但是,本文以较为简单的案例验证检修方案的可行性,要真正在实践中体现其价值,还需要进行深层次的模型完善和复杂的数据处理,更大范围地对检修方案设计进行映射。

参考文献

[1] 汤倩, 姜浩. 浅谈基于物联网技术的起重机械检验检测[J]. 工业设计, 2017,12(7):185-186.

本文运用语料库检索工具对鲁迅小说《离婚》的五个英译本进行了译文对比分析。研究发现五个译本都较好地再现了原文的内容。五个译本中,蓝译本的译文词汇变化性最大,其用词最丰富;从常用词汇使用的比较看,王译本使用的二到四个字母的常用词汇最多,也就是说他的译文最通俗易懂;从译文的平均句长考察,笔者发现莱译本的译文平均句长最长,说明莱译本在句子结构是五个译本中最复杂的。这一现象表明,莱译本在翻译时对一些文化现象进行了显化处理,为的是使读者更容易理解。当然这些异同与译者的语言习惯和翻译风格有一定关系,笔者将另文讨论,不在此赘述。

[2] 周叶平,廖志雄.石材加工基地起重机械金属结构腐蚀现状分析[J].全面腐蚀控制,2017,31(8):58-60.

[3] 程建山.基于赫兹接触理论的起重机械轮压计算与数值仿真[J].大众标准化,2017,24(8):35-36.

[4] 赵志超,伊波.论起重机械的故障诊断与检验检测[J].南方农机,2017,48(18):38.

[5] 刘祥伟.造船起重机金属结构安全性评估方法研究[D].武汉:武汉理工大学,2012.

[6] 周科,丁守宝,陆纪法.起重机械安全与剩余寿命评估系统的研究[J].起重运输机械,2012,28(5):19-21.

[7] 李向东,黄凯,袁桂芳.基于模糊层次分析法的造船门式起重机腐蚀或磨损结构缺陷安全评估[J].起重运输机械,2013,29(5):5-8.

[8] 黄凯,张志斌,李向东.基于模糊层次分析法的造船门式起重机连接结构缺陷安全评估[J].起重运输机械,2013,29(4):57-60.

 
李红昌,慕生勇
《机械设计与制造工程》2018年第04期文献

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