机械结构稳定性设计探讨

郎帅

摘 要：本文以机械结构的稳定性为研究对象，从设计方法的角度论述提高机械结构穩定性的措施。通过对机械结构稳定性影响因素的分析，探究机械稳定性模型的计算公式，在数据统计、应用规范、制度管理这三个方面，详细介绍提高机械稳定性的具体方法，为相关研究提供参考建议。

关键词：机械结构；可靠性设计；模型计算

中图分类号：TH122 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）05-0095-02

0 引言

社会建设的持续快速发展，使得我国基本实现了机械化的建设目标。在应用机械设备的过程中，机械结构的稳定性，成为了影响其功能发挥的关键内容，对此相关技术人员投入了大量的精力与资源进行研究。而为了更加深刻的说明机械结构稳定性的设计方案，必须对其影响因素进行说明，以便更具针对性的完成机械结构的设计工作。

1 机械结构稳定性影响因素

机械设备使用中的稳定性，受到各种条件的影响，可将其中的典型化特征进行整理，并梳理出气候条件、工况环境、管理方法这三个方面。首先，气候条件的影响因素最为典型。机械设备的应用中，很多处于露天的外部环境，并长期暴露在自然环境之中，所处地域以及气候类型，都会对机械设备结构的稳定性产生明显影响。这种影响条件，不仅会在长期侵蚀与浸染的条件下对机械骨骼结构系统造成危害，对于机械结构中精细电子系统的影响更加明显，恶劣的气候天气与明显的季节变化，会明显的加剧设备的老化[1]。例如，在港口的机械结构，会受到潮湿环境的影响，并在海盐环境的不断侵蚀中出现功能性故障，这些都会对机械结构的稳定性产生危害。

其次，在工况环境的条件下，机械结构的稳定性减弱，也是不容忽视的问题。在实际生产建设过程中，我国的机械化建设涉及到了各个行业，在提高生产速率的同时，也使机械设备暴露在多种类型的生产领域中。这使得生产材料与操作对象对于机械结构的稳定性条件产生了明显的影响。同样以港口的机械设备应用为例，在设备执行生产活动时，会对不同质量、重量、理化性质的物质进行操作，而这些生产对象的不断变化极为丰富。基本机械结构可以针对某一类型的物体进行专项性的预防，但也无法保证防护的全面性。同时，在实际生产建设活动中，机械设备经常会进行产时间、连续性的生产操作，这无疑会对设备的稳定性造成冲击，不利于设备的生产安全管理。

最后，机械设备的管理是通过人工行为对设备产生稳定性影响的内容。从理论角度，这种稳定性的负面影响是可以避免的，并在延长机械设备使用寿命上起到积极作用。但在实际操作的过程中，由于各种因素的影响与限制，会在牺牲一定稳定性的条件下满足生产与建设的需要。同时，从机械设备的管理角度，相关的制度内容并没有充分的落实。在各个行业的机械化建设中，经常会出现设备管理缺失与运维养护不足的问题。这些都是造成机械设备处于超负荷运转的客观条件，加之相关技术人员在保养意识上的缺失，使得大量设备出现了运维管理不足的问题，降低了机械设备结构的稳定性。

2 机械结构稳定性分析模型

通过前面的分析，基本确定了气候条件、工况环境、管理方法对于机械设备稳定性的影响条件。为了更加精确的完成稳定性变量条件的影响效果，必须在分析稳定性形成条件的同时，建立起完整的数据模型，以更加科学化的方法，准确的描述机械结构的稳定性状态，以便采取更加针对性的措施，对其进行运维管理。

气候条件下，对于设备机械设备影响最为典型的条件可以分为空气湿度、侵蚀物质含量这两个方面[2]。在构建数学模型的过程中，可以将气候影响因素设置为未知量a，然后分别将空气湿度与侵蚀物质含量设置为a1、a2，并产生公式：

而在对工况环境的影响因素（未知量b）进行分析的过程中，可将机械应力设为b1，将化学腐蚀设为b2，将电磁干扰设为b3，然后生成公式：

同样，在对管理方法影响因素（未知量c）的分析中，也可将运维周期设为c1，人员素养设为c2，操作失误设为c3，形成公式：

由此，完成影响机械设备结构稳定性的分析统计。在尽可能发挥设备功能作用的同时，对其使用条件与结构稳定性形成量化评估内容，并对实际工作作出明确的指导，不仅可以有效地提高生产建设安全性，也可达到延长设备使用年限的目标。

3 机械结构稳定性优化方法

3.1 强调数据统计，完成影响因素量化分析

机械设备结构的稳定性设计中，分析诱发稳定性下降因素是有效的管理手段，也是进行设备优化的重要途径。通过量化分析，可以在结合设备实际应用条件的基础上对运行方法作出调整，放大设备使用中的规范性与科学性，并在指导工业化生产建设时起到积极的推动作用[3]。在当前的管理条件下，对于机械设备使用中的载荷条件，已经形成了完整的量化指标，并在管理应用过程中发挥出了积极的引导作用。但是，从整体的角度，应尝试扩大量化信息的覆盖范围，使更多影响机械结构稳定性的因素得到重视，通过量化的规范，对机械设备的使用方法进行调整与约束，提高设备使用中的稳定性。

方法上，可以结合前文的计算公式，将影响因素的量化指标作为基础数据，对影响机械结构稳定性的综合因素作出分析。注意，执行此项计算时，需强调不同设备、不同功能、不同使用条件等内容的差异性，以更符合生产实际的状态完成影响因素分析，更全面的论证影响因素的作用效果与影响程度。

为了进一步的细化计算内容，可以将机械设备的使用时间设置为t，将发生设备失效故障的时间设定为x。由此，可以得出设备结构稳定性的计算公式：R（t）=P（x>t），设备发生故障的概率定义为：F（t）=1-R（t），故障发生密度表示为：f（T）=dx（t）′dt，机械设备的平均寿命表示为：，然后，将以上公式带入，就可形成更加细化的计算模型：

将这一数学模型下的量化指标S作为分析机械结构稳定性的基础，可以在维持正常生产条件的同时，优化结果稳定性与经济效益之间的关系，并在建立平衡系统的同时，形成更加稳定、持久的管理模式。通过数字化模型的建立，能够针对性的提出具体优化措施，使得机械设备结构的稳定性得到保障。而在此系统下，又可针对多种变量模型作出论证，在时间轴线的生产建设过程中，连续的完成优化调整工作，使实用性、随机性、模块化的管理原则充分落实。

3.2 优化使用措施，完善机械结构技术规范

機械设备在使用过程中，不断对技术内容进行调整，通过规范化的技术约束，可以实现机械结构的调整与控制[4]。而为实现技术规范化管理，必须对原有的工作模式进行调整，通过整理模块化的结构，使各单一影响因素的内容受到限制。通过不断深入技术管理的约束内容，保证技术条件的合理性。在这种规范化的管理措施中，不仅可以降低机械设备发生结构故障的条件，也能在进行运行与发展的过程中呈现出有利的技术基础。

进行规范化的管理工作，设备零部件规格与参数的标准化，也是保证结构稳定性的重点。在零部件结构的选择上，必须采购正规厂商生产的设备，在对生产、出厂等许可证件进行核对的同时，还应当在市场环境中，考察该厂家的风评与信誉水平。在确定其技术条件与行业影响力的基础上，再对具体部件的质量参数进行核对，挑选适合现有机械结构的部件，降低故障发生的概率，缩小结构稳定性威胁。尤其在对现有机械结构进行部件更换的过程中，应尽可能的选择机械设备的原始厂家备件，在保证适应性条件的基础上，对新进替换的部件进行一定时间的磨合，经过保养与确认后，再展开机械设备的连续化生产。

机械设备的结构调整，必须对新加入零件的实用性进行分析。当前的技术环境下，对于机械设备零件的合理性分析，通常会采用实际测量法与仿真模拟法相结合措施完成运载荷谱的计算。由此，不仅可以提高引进零件的稳定性，还能在得到优质测量数据的同时，完成应用准确性分析，为提高机械结构稳定性创造条件。

3.3 规范团队建设，落实机械设备管理制度

优化管理制度，是调整机械结构稳定性的基础内容，可以通过管理水平的提升，达到优化结构稳定性的目标。而执行这一方法，能够以更加直观的方式，直接降低机械结构的稳定性缺陷，达到预期管理效果。而执行制度优化内容，必须从以下两个方面入手。

第一，必须制定完整且全面的管理制度。从企业与部门的角度出发，确立详细的机械设备管理制度，并在制度内容中形成完整的监督考核机制，补全机械结构管理的基础条件。通过制度内容的说明，可以将管理、操作、技术、运维等多项内容整合起来，以书面文件的形式，机械结构的管理地位，并在强调约束性的同时，为提高结构稳定性创造基础条件。例如，某企业在设计机械结构稳定性管理制度的过程中，明确的赋予了技术监管部门权利，在对其稳定性全权负责的条件下，按照预先制定的“操作管理规范”指导并监督一线操作人员，使其技术处理符合控制标准的实际要求。当出现技术风险时，直接由管理部门问责技术监管，并通过绩效奖金的管理，对其失职问题进行惩处。以此刺激技术监管对于机械结构稳定性管理的责任感与积极性，更好地落实制度内容。

第二，在管理制度的执行过程中，应当对岗位人员进行培训，从思想认识与能力塑造两个方面，完成培训内容。使机械设备的操作人员在能力水平与职业素养上得到全面提升，适应整体管理工作的要求，并在不断提高技术综合能力的同时，提高机械设备的运维管理水平。例如，在对岗位技术人员的日常工作项目中，经常涉及到机械故障的处理、老化零件的更新等工作内容。但在稳定性模型分析、机械疲劳度计算等内容中，存在着明显不足。因此对于工作人员的培训，可以从稳定性影响因素入手，组织技术人员学习分析方法的同时，通过对稳定性影响因素的信息记录进行实践锻炼。将数据内容的统计与分析作为基础课程，提高对于稳定性影响因素的认识，并不断调整工作重心，实现风险问题由事后处理到事前预防的转化，提高机械结构稳定性的维护水平。

4 结语

综上，机械结构的稳定性条件，是影响其应用价值的关键，也是提高生产、建设活动的经济效益的重要内容。对机械结构稳定性的优化，必须立足于影响因素的分析统计，在建立完整数学模型的基础上，对机械使用过程中的各项内容进行全面管理。通过量化分析、技术规范、管理强化的综合作用，为机械设备使用创造更加稳定的条件，达到提高机械设备实用价值的效果。

参考文献

[1] 杜宝江，唐强，林来帅，等.机械结构PLC控制虚拟实验技术[J].中国水运（下半月），2017，17（11）：107-109+113.

[2] 刘鸿莉，赵明华，吕海霆，等.CAE技术及V&V方法在机械结构刚度分析中的应用[J].机械设计与制造工程，2017，46（05）：100-102.

[3] 方芳.机械结构误差分析中有限元法的运用[J].黑龙江科学，2017，8（04）：124-125.

[4] 杜冬，王士玮，刘利刚.基于机械结构的动态物体设计的研究进展[J].中国科学技术大学学报，2017，47（02）：99-116.