农业机械中的可靠性技术应用研究

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摘要：随着我国农业经济发展的不断进步，应用的农业机械化设备不断增加，设备的质量及可靠性问题越来越受到人们的关注。据相关统计，我国的收割机正常工作时间仅为20~30…h，这一数据大大低于发达国家的80…h，从此可以看出农业设备的安全性及质量亟待提高。为此在分析农业设备的可靠性基础上，分析农业机械的质量及可靠性问题。

关键词：农业机械；产品质量；应用研究

引言

近年来，我国的农业机械化正处于发展和创新阶段，农业机械装备的发展空间较大。不过与发达国家相比，还有较大的差距，尤其是设备的质量及可靠性方面需要不断完善和提升。2018年12月底，国务院颁发了《关于加快推进农业机械化和农机装备产业转型升级的指导意见》，其中第二条提出到2025年，实现我国农机装备质量可靠性达到世界先进水平，在技术、产量及可靠性方面进入高质量发展阶段；在第六条提出了一系列的关于提高农机装备质量的指导意见。

1相关概念

所谓可靠性，一般指产品在使用条件下可以按照设定的时间内能够持续不断实现既定功能的能力。可靠性具有下面几个主要特征：首先是故障方面，其次是故障发生的可能性可以用定量的形式来表示，最后对故障的影响程度可以进行测定。平均故障间隔时间（MTBF），是指用于对产品质量可靠性的定量及衡量参数，是一种概率。可靠性主要是指针对产品预计发生故障的频率及所产生的危害程度，是产品内在的属性之一。可靠性决定于设计者，因此设计阶段非常重要，在设计阶段就要考虑产品的可靠性，从而从根本上提前防范各类故障及问题的产生，提高产品的质量。

2可靠性与农机装备产品关联

为了清晰而准确的对可靠性进行定量，可以把农机设备的可靠性内涵规定为在一定的条件及时间下，装备或系统能够持续稳定实现既定功能的程度或能力。对设备来说，其可靠性越高越具有竞争力及实际使用效益。质量及可靠性越高，可以使用的时间越长，效率越高，成本越低，其无故障工作的时间就会越久。从狭义内涵来讲，“可靠性”，是指农业机械设备在使用有效期内没有产生故障的时间，从广义方面来讲，是指使用者对设备使用的满意程度及信赖程度。

3开展可靠性工作的意义

1）能够有效降低设备问题发生率，从而有效的提高安全性，尤其是一些设备需要人为进行操作，或者是与牲畜接触较多，可以有效的避免对操作者及牲畜的伤害，提高农业生产的安全性。2）能够有效提高设备的有效使用时间，避免出现故障造成设备维修产生的停机问题，从整体上提高设备实际的使用率。据相关统计，我国的一些农用联合收割机、耕作设备等其平均故障间隔时间（MTBF）只有先进国家同类产品的1/3，其技术水平远远落后于国际领先水平，在使用过程中故障不断，不仅需要较长的维修等待时间，同时安全性也不高，无法满足规模化生产需求，降低了农机用户的使用欲望。3）减少不必要的维修成本，降低使用成本，提高设备使用效益。4）对农机设备制造企业来说，提高设备的可靠性能够有效增加公司的信誉，提高市场竞争力，尤其是随着我国“一带一路”政策的不断深入实践和发展，越来越多的企业面临着走向世界的发展机遇，只有提高设备的质量及可靠性才能更好的推动企业更好的发展。

4农业机械可靠性工作内容

4.1可靠性设计

农机装备在产品研发时，可以大致分为五个阶段，第一阶段为技术指标论证阶段，第二阶段为产生生产方案论证及制定阶段，第三阶段为工程研制阶段，进行初步的产品设计及详细的产品设计，第四阶段为设计定型阶段，第五阶段才进入生产定型阶段。所以在整个农机装备的研制开发中，需要进行合理规划，科学设计，每个步骤都要严阵以待，重视产品可靠性及质量的打造，提高设计的可靠性、生产的可靠性，最终打造具有高质量的农机装备产品。而且，在这些具体过程中要重视活动开展的组织性，加强管理，做好相应的规划，为提高产品的可靠性打下良好的基础。

4.2可靠性建模及预计

所谓农机装备及机械产品的可靠性模型，是指产品内部的子系统及组件之间的框图（简称可靠性框图）和相应的数学表达式，也就是系统成功概率及其构成单元成功概率间的关系式。通过建立可靠性模型，能够对装备进行可靠性分析，尤其对设备的可靠性进行科学预计。在进行可靠性预计时，通常是先对设备元器件及零部件进行失效率的预计，之后对农机装备产品单元进行故障率的分析和预计，包括单元内的全部元器件和零部件，最后根据农机装备产品的可靠性模型来求出这一设备的可靠性预计值。所以准确的可靠性模型是掌握和预计设备可靠性不可缺少的重要方面，特别是在预计任务可靠性时更是离不开。可靠性分配，是把农机设备的可靠性目标值根据相应的可靠性模型将其分配到具体的产品单元中，从而作为产品设计的依据，有利于提高产品可靠性及其支流，起到科学分配的标准功能。只有进行可靠性预计，才能有效提高农机装备产品的可靠性，特别是在研发阶段，有利于对产品研发的可靠性进行科学的管理和控制，在整个产品的预计及改进过程中，通过应用可靠性模型，可以对产品的可靠性不断进行考察和更改，从而使得农机装备产品在设计阶段就达到良好的性能，满足使用的高质量需求，提高有效使用率。

4.3故障模式影响分析（FMEA）

通常来说，一个系统由多个部分构成，如农机装备产品，也包括了电源、处理器、存储器、执行设备及相关的辅助设备等。在产品工作过程中，每一构成部分都需要在既定的时间及条件下，完成既定的功能。如果某个部位发生故障，就会影响整个机器的顺利工作。从系统设计特征及工作要求来看，其组建故障模式及种类的不同与其所产生的故障影响也是不一致的。如联合收割机的螺旋叶片如果出现故障，与切割底板间隙过大，会使得推运器产生故障，引起割台螺旋的打滑，造成机器无法正常运作。所以，对于某一个农业设备要对其具体的构成部分进行逐一的分析，分析每个部位故障模式及其产生的影响，从而可以将故障出现的种类进行很好的预测及应对，掌握产品的薄弱环节及关键环节，为设备改进及进行预防控制提供积极而有效的基础。

4.4故障树分析（FTA）

故障树分析方法，可以通过这种故障分析方法将农机机械设备的故障进行系统分析，对故障原因由内而外、从简入繁的进行层级分析，如树干形状，将复杂的故障进行系统化和简单化和动态化，通过相应的试验及使用进行相应的故障分析，这也是其他产品所较为常用的故障分析方法。故障树这一分析方法，能够将复杂的故障问题进行系统分析，使得分析具有系统性，从简入繁，进行逐层演绎，可以综合分析包括人为影响因素及环境影响因素在内的多种影响因素，并能够通过图形直观显示的方法，使得农机设备可以层次性的显示出产品失效状态，使中间事件的相互关联更加清晰，故障分析更加直观而清晰。

4.5最坏情况分析（WCA）

一般来说对于具有控制系统的农业设备，可以应用最坏情况电路分析方法来进行故障控制，在这种农业设备的控制系统中，需要设计和应用大量的有较高精密度的电路元器件。其故障预测分析方法可以采用WCA方法，通过采用模拟仿真分析，将电路可能经历的多种极端状况进行试验和分析，模拟不同的生产工作环境，将可能出现失真或漂移现象预先进行分析，从而提高电路性能及元器件的应力分析能力。在进行最坏情况的电路分析及元器件应力分析条件下，能够主动的找出影响电路性能的因素，以及元器件应力的影响因素，从而准确的找出产品的质量脆弱环节。尤其是通过开展电路漂移故障预测分析，能够使得产品后期的改进方向得以明确，提高电路的固有可靠性。WCA主要包括以下2个方面：1）评价电路的性能及其漂移：通过合理分析方法，可以评估最坏情况条件下的电路性能及其漂移。2）元器件评价：通过分析最坏情况下的电路中元器件是不是有过应力，可以为后期科学的选择元器件提供有效的数据支持，使得降额使用及设计更加合理，并有效的降低生产设计城堡，提供产品效益。在产品设计及开发阶段，在进行电路设计改动时，需要重新开展WCA工作。而这一工作需要较大的工作量，在软硬件、元器件模型库和相关数据方面都需要相应的支持。而工程研制任务书及合同中也对WCA有明确的规定和要求。WCA能够从各种产品层次开始，如电路系统、单元电路等。对于相互独立的不同电路性能参数，WCA可对电路不同的性能参数分别进行。

4.6潜在电路分析（SCA）

对于一些大型的农机装备产品，所涉及的电子及电气系统是非常复杂的，所涉及的科研单位也较多，不同的设计队伍及单位其设计水平存在较大的差异，而且在设计过程中产品需求及设计也不断进行变更，所以在科研制作阶段是不可避免地留下潜在电路问题，这就需要各级设计人员及负责人要有深刻的认识，对潜在问题电路要进行详细的摸查，要系统掌握潜在电路的分析方法，在电路设计结束后，要避免将潜在电路分析遗漏，及时排除潜在存在问题的电路，加强跟踪，通过应用相应的设计准则避免电路出现潜在的问题。

4.7可靠性试验

对于农机装备来说，其可靠性试验的方法有多种，还可以进行可靠性强化试验等。尤其是可靠性强化试验，在产品的研制阶段，可以采取比相关的技术规范更为严酷的试验条件，来加速产品潜在缺陷的发生，从而为不断改进产品和验证产品质量提供条件。同时还可以结合农机装备的不同英语区域，进行区域差别试验，从而提高产品的区域适应能力。如在沿海地区，其土壤湿度大、盐碱成分高，可以开展盐雾试验。

5结语

总而言之，要贯彻和实施大力提高农业机械可靠性的政策和要求，加强对农业机械设备可靠性的重视程度，提高相关工作人员的意识水平。另外要加强人才队伍的教育和培训工作，打造专业化的人才队伍体系，培养和引进综合型的专业人才，使专业工作人员不仅掌握扎实的理论基础，同时具备较高的实践水平，提高顶层设计水平和设计能力，不断完善相关工作标准及产品体系，建立相应的参数库等，从而为提高农机设备工作可靠性提供相应的条件和基础。

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作者：刘芳平 张萃 赵峻 单位：通化市农业机械化技术推广中心