900t提梁机液压卷扬系统的故障树分析.pdf

2 0 1 1年 8月 第 3 9卷 第 1 6期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS Au g ． 2 01 1 Vo 1 ． 3 9 No ． 1 6 D O I 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 1 3 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 6 ． 0 3 9 9 0 0 t 提梁机液压卷扬系统的故障树分析 王军峰 ，孙由啸 ，刘佳 ，王兵军。 1 ．石家庄铁路职业技术学院，河北石 家庄 0 5 0 0 4 1 ； 2 ．石药集团河北 中润制药有限公司，河北石 家庄 0 5 0 0 4 1 摘要采用故障树分析法，将提梁机液压卷扬系统所发生或将要发生的故障作为故障树顶事件，将系统故障发生的原 因分级组成故障树的各级中间事件和底事件 ， 并且求出导致顶事件发生的最小割集 ， 依此对故障树进行定性分析 ， 从而解 决引发顶事件的底事件，发现和排除系统故障。 关键词提梁机；故障树分析；顶事件；中间事件；底事件 ；最小割集 中图分类号T H 1 3 7 ． 5 文献标识码B 文章编号 1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 61 1 3 3 Fa ul t Tr e e An a l y s i s o f Hy dr a ul i c W i nc h Co nt r o l Sy s t e m o f t he 9 0 0 t - g a n t r y- c r a n e WA N G J u n f e n g ，S U N Y o u x i a o ，L I U J i a ，WA N G B i n g j u n 1 ．S h i j i a z h u a n g I n s t i t u t e o f R a i l w a y T e c h n o l o g y ，S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 4 1 ，C h i n a ； 2 ． C S P C H e b e i Z h o n g r u n P h a r ma c e u t i c a l C o ． L t d ． ，S h i j i a z h u a n g H e b e i 0 5 0 0 4 1 ，C h i n a Ab s t r a c t B y u s i n g f a u l t t r e e a n a l y s i s ， s e e i n g t h e f a u l t o c c u r r e d o r wo u l d b e o c c u rre d o f t h e h y d r a u l i c w i n c h c o n t r o l s y s t e m a s f a u l t t r e e t o p e v e n t s ， t h e c a u s e s o f s y s t e m f a u l t w e r e g r a d e d，a n d s e e n t h e m a s i n t e r me d i a t e a n d b o t t o m e v e n t s ． T h e n t h e mi n i ma l c u t s e t s w e r e f o u n d w h i c h c a u s e d t o p e v e n t s t o o c c u r ． Ac c o r d i n g t o t h i s ， q u a l i t a t i v e a n a l y s i s t o f a u l t t r e e c a n b e c o n d u c t e d， a n d t h e b o t t o m e v e n t s a r e f o u n d wh i c h c a u s e d t h e t o p e v e n t s ，a n d d e t e c t e d a n d e x c l u d e d t h e s y s t e m f a u l t ． Ke y wo r d s Ga n t r y c r a n e ； F a u l t t r e e a n a l y s i s ；T o p e v e n t ； I n t e r me d i a t e e v e n t ； B o t t o m e v e n t ； Mi n i mal c u t s e t s 9 0 0 t 轮胎式提梁机的研制成功是我国高速铁路 桥梁施工技术与装备水平跃居世界前列标志性成果之 一 。提梁机液压卷扬系统是整个提梁机系统中最容易 发生故障的部分 ，由于卷扬系统的液压元件以及连接 管路都比较复杂 ，因此发生故障不易找出原因，而故 障树分析法为解决此问题提供了很大的方便。 1 故障树分析法概述 故障树分析法是对复杂动态系统失效形式进行可 靠性分析的有效工具。在系统设计阶段可以帮助人们 找出潜在的故障和关键单元，以便从可靠度角度来完 善设计方案；在使用维修阶段 ，可以帮助人们进行故 障诊断和预测。如果将故障树分析法与计算机相结 合，则可对大型复杂系统进行故障 自动诊断 。 在建造故障树的过程中，先确定顶事件 ，然后一 步步深入分析找出引起顶事件的基本原因，并对故障 树进行分析。概括起来，总共分为以下4个步骤 1 选择合理的顶事件，并且确定成功与失败 的准则 ； 2 建造故 障树 ，通过对 已收集的技术 资料， 在设计 、运行 、管理人员的帮助下 ，建造故障树 ； 3 对故障树进行简化 ； 4 定性分析。求出故 障树的全部最小 割集 ， 并依其对故障树进行定性分析。 2 提梁机卷扬控制系统故障树的建立 提梁机液压卷扬控制系统的原理图如图 1 所示。 在现场调试过程 中 ，发现提梁机 液压卷扬 系统 在 即将提梁时，卷扬马达的减速机制动器打不开。因此 建立了以该故障为顶事件的故障树，找出引起这一故 障的原因即基本事件，然后对故障树进行定性分析 ， 并进行解决，而且为以后几台提梁机的卷扬系统的改 进提供依据。 经过分析，如果发生该顶事件将会有 2种可能 1 进 入减速机制动器的油压不足 ； 2 未有油进入减速机制动器。 以上两个事件只要其中一个事件发生便可造成顶 事件的发生。因此这两个事件构成了故障树的第一级 中间事件，它们之间是逻辑 “ 或” 的关 系，应该 以 “ 或” 门与顶事件连接。下一步要 分别 找出造成 这两 个 中间事件的原 因。 首先分析 “ 进人减速机制动器 的油压不足”这 一 事件。如图 1 所示 ，与减速机制动器所连接的元件 是管道、比例多路阀中的减压阀和电磁换向阀，由于 系统的其他部分例如悬挂系统、转向系统、支腿系 统 ，都能很好的完成工作，且因为卷扬系统的这几个 系统共用一个油泵，因此可 以排除油泵对系统的影 收稿日期2 0 0 91 02 6 作者简介王军峰 1 9 8 3 一 ，男，硕士，研究方向为智能控制、网络控制、机电控制。Em a i l w j 0 2 0 2 0 9 y a h o o ． c o n c n 。 1 1 4 机床与液压 第3 9卷 响。那么造成 “ 进入减速机制动器油压不足”这一 事件的原因只可能是 “ 减压阀故障” 、“ 管道太细或 太 长”或 “ 电磁 阀换 向后通过 的压力不足 ” ，在这三 个事件中前两个事件已经成为了该故障树 的基本事 件，而且只要任何一个事件发生就会导致上一级事件 的发生 ，因此应 以逻辑 “ 或 ” 门与上一级事件连接 。 图 1 卷扬系统原理图 然后分析 “ 未有油进入减速机制动器”这一事 件 ，与上一步分析的过程类似，可得出结论 造成这 一 故障的原 因是 “ 换 向阀未换向”或 “ 单 向阀装反 了” ，它们之间也是逻辑 “ 或”的关系，其中后者为 顶事件的基本事件。 按照此方法 ，再对第二级中间事件进行分解，分 别找出使它们发生的直接原因即基本事件，并确定与 这些原因之间的逻辑关系，直到所有的直接原因都达 到了分解极限为止。这样建立起的提梁机卷扬系统 “ 减速机制动器打不开”事件的故障树如图2 所示。 z 一减速机制动器打不开 一 进入制动器油压不足 一 换向阀未换向 一 电磁阀换向后通过的油压不足 x ． 一多路阀内减压阀故障 托一管道太细或太长 局一电磁阀中推杆过短 一 弹簧推力不足使阀芯达不到终点 r一 主阀芯精度差 ‰一电磁铁故障 图2 减速机制动器打不开的故障树 第 1 6期 王军峰 等9 O O t 提梁机液压卷扬系统的故障树分析 I 1 5 3 提梁机卷扬系统故障树的定性分析 所谓故障树的定性分析就是找出导致顶事件发生 的所有可能的故障模式 ，即求出故障树的所有最小割 集 简记为 Mc s ，根据已求出的最小割集 ，来判定 系统可靠性最薄弱的环节和比较不 同系统 其故障 树基本事件情况相似的可靠性程度 。 3 ． 1 最小割集及其对故障树进行定性分析的原则 定义 1 设 C是一些基本事件组成的集合。若 C 中每个事件都发生 故障 ，即引起顶事件 发生， 则 c称为故障树的一个割集，所有符合以上定义的 C 组成的集合称为割集。 定义2 若 c是一个割集，且从中任意去掉一个 事件后就不是 割集 ，则称 C为一个 最小割集 。 最小割集所含基本事件的数 目叫做该最小割集的 “ 阶数” ，显然阶数越低的最小割集 的重要性越大， 显然只由一个基本事件构成的一阶最小割集是最重要 的。至于在不同的最小割集中重复出现的次数越多的 基本事件 ，一般来说其重要性越大。在低阶最小割集 中出现的基本事件 比在高阶最小割集中的基本事件重 要。在工程上常略去阶数高于指定位的最小割集来简 化定性和定量分析 。 3 ． 2 卷扬 系统故障树最小割集的确定 “ 减速机制动器打不开”事件故 障树的最小割 集。如图2所示，在 “ 减速机制动器打不开”事件 的故障树中，记顶事件为 ，第一级中间事件分别为 、 ，第二级中间事件也就是最后一级中间事件为 ，以 i 1 ，2 ，⋯，6 分别表示 6个底事件。 根据 “ 或” 门的布尔代数表示式有 3 4 接下来根据 “ 上行法”用布尔代数展开运算。 因为整个故障树中只有单一的逻辑 “ 或”门，所 以 每一级逻辑门的输入和输出之间都是 “”的关系。 因此展开后得结果 T l 2 3 4 5 6 1 即顶事件是所有底事件的 “ 或” ，也就是说，只 要底事件集合中的任何一个发生 ，就能导致顶事件的 发生。根据最小割集的定义可知，每个底事件都是故 障树的一个最小割集。 从这个 6个基本事件来看，除了事件 2以外的其 它事件都属于元件的范畴，只要选择质量高的元件并 且把系统清洗干净，这几个事件就不会发生。而事件 2是属于管路安装的范畴 ，由于提梁机本身机械结构 的限制，管路不能缩短。为补偿事件 2的损失 ，可以 提高减速机的输入压力，故把减速机的打开压力从原 先的多路阀控制口引入改为从冷却泵引入，这样事件 2得以补偿或抵消。 4小结 当调试人员不能很快地找到引起 系统发生故障 的原 因时 ，可 以进行故 障树 分 析法 一级 一级 有 条理 地找出引发系统故障的与液压元件或者系统设计有 关的原因，并且在解决问题的同时，还对于改进 以 后设备的液压系统，提高系统的可靠性都有一定的 意 义 。 参考文献 【 1 】 G r a s s o F ， L u c h e t t s A ， M a n e t t i S ， e t a 1 ． S y m b o l i c T e c h n i q u e s f o r t h e S e l e c t i o n o f T e s t F r e q u e n c i e s i n An a l o g F a u l t Di a g n o s i s [ J ] ． A n a l o g I n t e g r a t e d C i r c u i t s a n g S i g n a l P r o c e s s i n g ， 2 0 0 , 4 ， 4 O 3 2 0 52 1 3 ． 【 2 】 谢里阳， 何雪宏， 李佳． 机电系统可靠性与安全性设计 [ M] ． 哈尔滨工业大学出版社， 2 0 0 6 ． 9 ． 【 3 】姜星} 胃 ． 可靠性工程技术[ M] ． 哈尔滨工业大学出版社， 2 0 05 1 0 上接 第 1 l 2页 的现状 ，通过加长吐丝管长度来适当调整吐丝管出口 抛角来满足吐丝机对吐丝管的基本要求是可行的。根 据具体情况对吐丝机参数进行适当调整。当然要保证 吐丝机 良好的工作状态，除了针对上述因素采取措施 外 ，适 当进行 动平 衡也是 必要的。 6结束语 当吐丝状 况不 良时 ，首先要 进行 细致的检查 、调 整和检测 ，确定 产 生 的原 因 ，才 能采 取针 对 性 的措 施，争取快速解决问题，这样才能满足生产需要 ，减 少事故发生，又为吐丝机保持良好的吐丝状况创造条 件，提高产品质量，使吐丝管使用周期延长，消耗合 理 。 参考文献 【 1 】张显平． 高速线材轧机装备技术[ M] ． 北京 冶金工业出 版社 ， 1 9 9 7 2 3 4 0 ． 【 2 】吴惕如， 姜逊． 达涅利高线轧机成圈器的结构与使用 [ J ] ． 轧钢 ， 1 9 9 4 2 2 5 2 7 ． 【 3 】 刘金山， 周庆田． 吐丝机吐丝曲线的设计及力能参数的 分析[ J ] ． 钢铁 ， 1 9 9 7 5 4 1 4 3 ． 【 4 】 赵嘉容． 轧制理论 [ M] ． 北京 冶金工业 出版社 ， 1 9 9 8 2 5 3 3 4 3