坦克动力系统可靠性设计

一、简介

美国于1965年开始研制AGT1500坦克燃气轮机的同时开展了可靠性设计、分析和试验工作。设计中要求：①发动机在全速全负荷工况下，涡轮叶片的寿命为10＾3h；②轴承寿命为10＾4h；③采用模块设计和全部附件易接近的布局原则。

燃气轮机经台架和装车试验，累计时间分别为5488h和15200h（行驶里程约3．04×10＾5km）后完成设计定型。生产和装备部队使用，至1983年生产3000台发动机时，美军按照技术条件对发动机的设计、功能、可靠性、耐久性和品质等又进行了一系列的验证、试验和全面考核；累计台架考核约1800h（三台发动机）；装车可靠性试验里程为46864km（7台M1坦克），获得的AGT1500燃气轮机的无故障概率为0．87。

前苏联于1932年开始B2坦克柴油机的研制，至1939年定型时，发动机的保险期为100h；50年代达250h，60年代为350h，至70年代提高至500h。

我国于1958年开始坦克发动机的生产和研究工作，基于当时的技术水平和掌握的信息所限，未能全面地开展系统的可靠性理论研究、分析和试验工作。但对在制造、使用和研究中出现的故障和失效，如发动机机油泵传动轴断、齿轮磨损、曲轴断裂、机体及缸盖裂纹等，都从结构、材料和工艺各方面进行认真分析，找出解决的措施直至问题得以解决。另一方面，把发动机的台架和装车考核试验，作为产品定型、生产中抽检的必经环节。20世纪50～60年代，坦克发动机的台架保险期试验为250h，70年代后提高至350～500h。

随着时间的推移，技术进步和设施的建立，从70年代中期开始，在新产品的研制过程中，相继开展了可靠性的研究和试验，如强度、疲劳、结构的三维光弹、电测应力、有限元分析和台架的振动、超载等试验。在引进计算程序基础上开展了计算与实测的对比分析。至80年代，系统地进行了可靠性研究和试验；在新研制的高功率密度柴油机的同时，编制了《可靠性维修性保证大纲》、《故障模式、影响及危害度分析》；并对可靠性指标、试验剖面等进行了研究和分析。

发动机是车辆的心脏，推进系统的重要部件和动力源。发动机的品质直接影响着车辆的总体性能及使用任务的完成。

发动机的品质是其能满足给定要求的全部特性和特征，包括性能、可靠性、维修性、经济性等。而发动机在使用过程中，其经济性又与可靠性紧密相关。

坦克发动机，特别是主战坦克用发动机，由于要求它具有高的功率密度、瞬态响应性、可靠性，低散热及良好的经济性；因此涉及许多高新技术领域，并且结构复杂。一般研制周期长达10～15年且耗资巨大。为此在新机型的研究和发展的全部过程中，必须同时开展可靠性研究，贯彻可靠性要求并实施系统的管理；这是保证获得高性能机型，按期装备，保障资金合理使用并减少或避免浪费的关键性工作。

发动机的可靠性是其本身的先天属性，是通过论证、设计、试验、制造和管理等一系列工程活动所获得，并在使用过程中显示出来的一种特性。因此，可靠性工作亦是一项系统工程。

二、可靠性指标

1．发动机可靠性指标体系

发动机由许多不同的零件组成，它们的失效机理及寿命分布各不相同，因而它是一个由许多零件组成的复杂机械系统。根据可靠性函数的分布制定原则和试验表明，其寿命基本上符合指数分布。

发动机的可靠性是由一系列评定指标来衡量，主要包括下述几大类。

（1）狭义的可靠性特征量指标即可靠度特征量指标，如失效概率密度函数f（t）、累计失效概率密度函数F（t）、可靠度函数R（t）、失效率函数λ（t）等。

（2）寿命特征量指标发动机常用的寿命评定主要指标如下。

①平均故障间隔时间（MTBF）发动机相邻两次故障之间的平均工作时间。

②平均首次故障时间（MTTFF）对于不可维修的产品，发生失效就意味着寿命终止，其平均寿命可用平均首次故障时间来度量。在发动机中，活塞环、气门和气门弹簧等零件，一旦发生失效就要报废，因此它们可以用MTTFF来衡量其平均寿命。

③额定寿命发动机的额定寿命是指发动机的可靠度为90％（即累计失效率为10％）时发动机运转的小时数。

④中位寿命发动机的中位寿命是指发动机的可靠度为50％（即累计失效率为50％）时发动机运转的小时数。

⑤大修寿命新发动机从开始使用直到需要镗缸（或更换缸套）和磨曲轴等修理的期限称为发动机的第一次大修期。发动机厂一般要对发动机产品进行B10大修寿命（即10％的发动机达到大修水平时的运转小时数）和B50大修寿命（即50％的发动机达到大修水平时的运转小时数）试验。