FTA在直臂式高空作业车液压系统中的应用.pdf

入的构件压迫外壳凹陷处 ，最终外壳复原 。 2 ． 2修理步骤 由于电动葫芦一般距 地面较高 ，首先 搭检修 平台 ，此工艺较简单 ，一人可操作 ，也可 用人字 梯 。根据钢丝绳及 导绳器 的损毁情况 ，决定 是否 拆 除 ，如果需要 更换 ，就 将钢丝绳及导绳器 全部 拆 除。然后用直尺测量卷筒和外壳 的正常间距 ， 卷筒和外壳凹陷处 的最小 间距 ，凹陷最 大直径 D。依据 3个 数据 ，选择 高强度构 件 的直径 d及 长度 ，即 L dD，高强度构件在修理 现场一般选 择丝杠 比较方便 ，强度高 ，选好直径 后 ，无齿锯切 出长度 即可。丝杠 准备就绪后 ，将 丝杠放置于卷筒 和外壳 凹陷处 间距 的边缘 ，点动 电动葫芦控 制手柄按钮 ，使卷筒逆 时针转 动 ，并 逐渐送 进丝杠 ，在卷筒 的力 矩作用 下挤 压丝 杠 ， 丝杠压迫外壳 凹陷处 ，迫 使 凹陷处复原 ，待全部 复原后 ，卷筒顺 时针转 动 ，退 出丝杠。最后将钢 丝绳 、吊钩及导绳器安装完毕 ，调好 限位即可。 2 ． 3新方法的特点 1 在不增加任何设施 的情况下 ，充分利用现 有电动葫芦 ，避 免 了电动葫芦 的拆卸和解 体 ，不 仅减少了施工影响，而且大大节约人力和物力。 2 采用 丝杠滚顶 ，减少 了人 员 的作业 时 间， 降低 了施工难度 ，提高了作业人员的安全可靠性。 3 由于不需对 电动葫芦拆卸和解体 ，大大缩 短了修理时间，减少了对生产的影响。 4 新技术操作简单 ，安全可靠 ，速度快 ，适 用于所有葫芦式起重机 葫芦外 壳 凹陷 的修理 ，实 践证明具有很好 的推广应用价值。 3经济效益 比对 采用传统修理方法修理 1台 5 t 电动葫芦外壳 凹陷至少需要 4 d ，需要投入人工 2 0多工 E t ，需要 搭拆脚手架 ，技工水平要求高 ，吊拆装工具使用 多。采用新工艺修理 1台5 t 电动葫芦外壳凹陷只 需 1 d ，仅需投人人工 2个工 E t ，可搭拆脚手架也 可用人字梯 ，无 吊装 工具 ，工装 只需钢直尺 和一 段丝杠 ，不计减少修理影 响的经济产值 ，仅减少 人工费用就可为使用单位节约开支 1 8 0 0元 。 4 结语 我国葫芦式起重机应用非常广泛 ，快速维修已 成使用单位的广泛要求 ，该滚装工艺值得推广。 作者地址 张家口市安全生产技术服务中心 邮 编 0 7 5 0 0 0 收稿 日期 2 0 1 20 21 3 F T A在直臂式高空作业车液压 系统 中的应用 张 卫 亮张奕千登 长安 大 学西安7 1 0 0 6 1 摘 要介绍了直臂式高空作业车伸缩臂液压系统的原理及故障树分析法 F T A ，在此基础上对直臂式高 空作业车伸缩臂进行故障诊断，建立作业臂液压故障树模型，通过实际运用和定性分析，对高空作业车伸缩臂 故障有了更深刻认识 ，方便维修人员及时找出故障。 关键词高空作业车；伸缩臂 ；液压系统；故障树 中图分类号 U 2 7 3 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 2 0 9 0 0 9 9 0 4 Ab s t r a c t r h e p a p e r i n t r o d u c e s t h e p r i n c i p l e o f h y d r a uli c s y s t e m o f s t r a i g h t a Ⅱ n a e ri a l w o r k i n g t r u c k a n d f a u l t t r e e a n a l y s i s me t h o d 兀 IA ．a n d b a s e d o n t h i s ．f a u l t d i a g n o s i s t o t h e t e l e s c o p i c a r m i s p e r f o r me d，w i t h e s t a b l i s h me n t o f f a ult t r e e mo d e l f o r w o r k i n g a l q n h y d r a u l i c s y s t e m ． T h r o u g h a c t u al a p p l i c a t i o n an d q u ali t a t i v e an a l y s i s ， t h e f a u l t o f t e l e s c o p i c a r l n o f s t r a i g h t ． a 聊a e r i a l wo r k i n g t ru c k i s a b l e t o b e u n d e t o od d e e p l y，w h i c h i s c o n v e n i e n t for r e p air e r t o t i me l y fi n d o u t an y f a ult ． Ke y wo r d sa e ri a l w o r k i n g t ruc k； t e l e s c o p i c a Y n l ； h y dra u l i c s y s t e m ；f a u l t t r e e 。 。 多高层建筑、市政道路建设的需求，高空作业车进 I J 刖 罱 人 了全面快速发展时期 。近些年来随着机 电液技术 高空作业车于 1 9 5 0年诞生于英国，随着越来越 的发展和 日趋成熟 ，现代工程机械液压 系统 向着 起重运输机械 2 0 1 2 9 一 高性能 、高精度 和复杂 的方 向发展 ，与此 同时高 空作业车液压系统的故障诊断也越来越 多地 引起 人们的关注。高空作业车是以液压传动为主导， 当液压系统 出现故 障后 ，由于系统元件 多以及液 压系统工作 元件和工作介质 的封闭性 ，要 准确诊 断 出 故 障点 往 往 较 复 杂。鉴 于 故 障 树 分 析 法 F T A在分析系统时具有形象直观、容易被接受 等优点，本文选择该方法来 分析直臂式高空作业 车液压系统 ，建立伸缩臂 的故 障树模型 ，通 过模 型方便维修人员 了解液压 系统故 障的成因与形成 过程 ，对高空作业车 的故障预 防、保养 、快速维 修意义重大。 1 伸缩臂 工作 原理分 析 所研究的直臂式伸缩臂由大臂 、二臂 和小臂 3 节臂组成 。直 臂式高空作业车伸缩功能采用 伸缩 缸和链传动结合 的方式实现。伸缩液压缸倒 置安 装在作业臂内，安装 中心线与二臂的中心线重合 ， 液压缸一端固定在大臂根部 ，另外 一端固定在二 臂的根部 ，通过 图 2中的差动 液压 缸的运动推动 二臂实现伸缩功能 。小臂 的动作通过安装在作业 臂 内的钢丝绳和滑轮装 置跟 随二 臂 同步动作 ，如 图 1所示 ，缩臂钢丝绳一端固定在大臂前端 7处 ， 另一端绕过固定在二臂底部上的滑轮与小臂相连 ， 伸臂钢丝绳 一端 固定于小臂上 ，另一端绕 过 固定 在二臂上端 6处的滑轮 固定于大臂底部 ，当二臂 伸缩时钢丝绳带动小臂伸缩 ，实 现作业 臂 的同步 伸缩功能 ，满 足作业 过程 中对 不 同高度 的需求。 大臂底部与转 台之 间铰接 ，可 以相 互转动 ，通过 铰接在大臂底部 的举升液压缸实现伸缩臂 的变幅 1 1 ．大臂2 ．伸臂钢丝绳3 ．小臂钢丝绳固定点 4 ．二臂5 ． 小臂6 、9 ．二臂上滑轮 7 、1 0 ．大臂钢丝绳 固定点8 ．缩臂钢 丝绳 图 1 伸 缩臂 原理图 一 l 00 一 功能 ，满足作业过程中特殊位置 的需求。 直臂式高空作业车伸缩臂液压系统原理图见 图 2 。图 2中二位三通 电磁换 向阀 3通电、5断电 时 ，液压油经换 向阀 3的左位和单 向阀进 入液压 缸无杆腔 ，液压缸伸 出，回油经换 向阀 5的右位 与换 向阀 3出 口的油液 汇合流入液 压缸无 杆腔 ， 实现对作业臂伸 出动作 的差 动控制 ，实现作业臂 的快速伸出功能 。二位三通电磁换 向阀 5通电、3 断电时 ，液压 油经阀 5的左位和单 向阀进 入有杆 腔 ，无杆腔油液经换 向阀 3直接 回油箱 ，作 业臂 缓慢缩回。液压缸伸缩速度 由比例流量 阀 1调节 ， 差别感应阀 2调定 比例流量 阀两端 的压差 ，维持 进入液压缸油液 的压力恒定 ，当 比例 流量 阀 1阀 芯开 口量一定 时，实现恒流量 控制 ，使作业 臂伸 缩运动平稳。设 置双平衡 阀组 6以防止作业 臂 因 油管破裂或严重 泄漏导致的 自动滑落 ，双平衡 阀 组 6中的单 向阀可 确保进入液压缸 的油液有一定 的压力。蓄能器 4提供 一定背压 ，减 少液压缸运 动冲击 。 1 ．比例流量阀2 ．差别感应阀3 、5 ．二位三通电磁换向阀 4 ．蓄能器6 ． 平衡 阀组7 ． 差 动液压缸 图 2 作业臂伸 缩系统液 压原 理图 2 故障树分析法 的介绍 故障树分析法 F T A是一种有效的故障诊断 方法 ，它将系统故障形成 的原 因由总体至局部按树 状进行逐级细化 ，将 最不希望发生 的事件作为顶 事件 ，然后 找出导致 故障发生 的直接 原 因，直 至 追查到最原始 的故障 因素。不 能再 展开或者深 究 的最基本 的故 障事件为底事件 ，介于顶事 间和底 事件之间 的其他事件称 为中间事件 ，用适 当的逻 辑门把顶事件 、中间事件和底事件按逻辑关 系联 接起来 ， 就形成一种树状结构图，称为故障树。故 起重运输机械 2 0 1 2 9 障树表示被分析系统的顶事件与它的子系统或各 元件 的故障之 间的逻辑关系。应用 故障树分 析法 对高空作业车液压系统的典型故障进行分析研究 ， 可以有效 帮助维修人员 理解故 障发生 的机理 ，快 速排除液压系统故 障。 故障树常用符号见表 1 。 表 1 故障树 常用符号 名称 符号 说明 不能 再 分 或者 深 究 的事 件 ， 基 本 事 件 6 也 称 底 事 件 ， 它 总 是 某 个 逻 辑 门的输 入事件而不是输 出事件 顶事件 V- - - ] 它是系统最不希望发生的位 于故障树最顶端的事间 中 间 事 件 [ 兰 ] 位 于 顶 事 件 和 中 间 事 件 之 间 的 事 件 与门 仅当输人事件都发生时输出 事件才发生 至少有 一个输入事 件发生 或门 时 ，输 出事件才发生 非 门 输出事件是输入事件 的对立 3故障树的建立 高空作业车 的液 压 回路主要包 括扩桥 回路 和 工作平 台调平 回路 、作业臂变 幅和伸缩控 制 回路 、 转台回转 回路 等。作业臂 的伸缩 回路是最典 型和 使用较频繁 的回路 ，本文 以作业臂伸 缩 回路为研 究对象对其液压 系统进 行深入分析 。直臂式高 空 作业车作业 臂 的伸缩故 障主要是指系统无法完成 正常的伸缩 动作 ，例如伸 缩臂不能伸 出、伸缩缓 慢 、伸出后缓慢 回落 、落臂有振 动、伸 缩过程 中 系统噪声大等。以高空作业车 “ 伸缩臂液压 系统 故障”为顶事件建立故障树如图 3所示 ，分析过程 中做如下假设 1 故 障树各 底事 件之 间相 互独 立 ；2 液压系统不存在外界干扰 ；3 液压 系统 管路接头处不失效。故障树 中各符号的意义 1 顶事件伸缩臂液压系统故障 。 2 中间事件M1工作 噪声大 ，M2臂不上升 起重运输机械 2 0 1 2 9 或者上升无力 ，M 3落臂有振动 ，M4液压缸故 障， M5液压缸进 口处压 力不 足 ，M 6供 油压力 不足 ， M 7油路故障，M 8液压泵泄漏 ，M9液压泵吸油不 足 ，MI O二位三通 电磁换向阀故 障。 3 底事件x 1油液粘度太高；X 2油箱与油 路系统中有空气 ；X 3换 向太猛 太快 ；X 4管 路堵 塞 ；X 5液压缸异物卡住 ；X 6液压缸变形 ，活塞与 缸体卡住 ；X 7液压缸 活塞磨 损严 重 ；X 8密 封不 良，内泄漏增大 ；X 9油温过高 ，粘度下降，内泄 漏增 大 ；X I O发 动 机转 速 低 ；X 1 1液 压 油 过脏 ； X 1 2液压泵损坏严重 ；X1 3安全阀故 障；X1 4油箱 油量不足；X1 5泵进油口密封不 良；X1 6泵有吸空 现象 ；X 1 7滤 油 器堵 塞 ；X 1 8液压 油 管 路堵 塞 ； X 1 9换 向阀 阀体 和 阀芯 磨损 严重 ，内泄 漏 增大 ； X 2 0弹簧太软或者失效 ；X 2 1换 向阀被异物卡住 ； X 2 2单向阀卡死在小开度位置 ；X 2 3缸 内有空气 ； ．X 2 4蓄能器失效 ；X 2 5差别感应阀调整不当。 图3 高空作业车液压系统故障树 4 故障树的定性分析 故障树定性分析 的 目的是找 出导致 顶事件发 生的所有可能 的故 障模式 ，辨 明潜在 的故 障。而 一 个系统的最小割集是导致故 障树顶事件发生 的 数目最小又最必要的底事件的集合，所以故障树 定性分析的任 务就是要 寻找故 障树 的全部最小割 集。求故障树最小割集 的方 法很多 ，常 用的有上 行法和下行法 2种 。上行法是从最下级 的事件开 始 ，凡遇与 门则表示为输 人事件 的逻辑乘 ，凡遇 或门则表示 为输人 事件的逻辑和 ，再利用 逻辑运 算加以简化 ，简化后每一个乘积项就是一个最小 一 1 01 割集。下行 法是根据故 障树 的实际结构 ，从 顶事 件 开始 ，逐 渐 向下 查 寻 ，与 门使割 集容 量增 加， 或门使割集数 目增加。因为所建立 系统 全部为或 门，运算得 到全部最小 割集就是全部底 事件。即 全部最小割集为 { x 1 } 、{ X 2} 、{ x 3} 、{ X 4} 、{ x 5} 、{ X 6} 、 { X 7} 、{ X 8} 、{ X 9} 、{ X1 0} 、{ X 1 1} 、{ X 1 2} 、 { X 1 3 } 、 { X 1 4} 、 { X1 5} 、{ X1 6} 、 { X1 7} 、{ X1 8} 、 { X1 9 } 、 { X 2 0} 、 { X 2 1} 、 { X 2 2} 、 { X 2 3} 、{ X 2 4} 、 { X 2 5 } 。 最 小割集 可 以定性 地 给出底事 件 的重要 度。 由本文中故 障树最小割集可知 ，任一底事件 的发 生均会导致伸缩臂液压 系统故 障，所 以对每一底 事件都应引起足够 的重视 。要提高工作的可靠性 ， 应该从降低 故障树 中每一底事件的发生率 、提高 系统 中每个元件的可靠性人手 ，避免 因液压元 件 过早失效导致系统故障。 求故障树 的结构 函数就是将故 障树 用简单 的 数学表达式表示 ，它是定性 和定 量分析故障树 的 基础。所建立的故障树只有或 门，可 以得 出结构 函数为 2 5 U l 5应 用实例 故障分析一般是根据 “ 由外到内、由简到繁 、 由易到难” 的原则 ，对导致某一故障 的可能原 因 逐一排查。例如某直臂式高空作业车在工作过程 中作业臂上升缓慢无力 ，根据本文建造的故障树 ， 现场查找 原因 ，排除此故 障。 由故障树很直观地 可以知道导致作业臂上升缓慢无力可能与安全 阀、 工作泵 、滤油器 、液压油 、液压缸 、电磁换 向阀 等元件的故障有关。因此按照该原则首先检查 油 量油质、油温和液压油粘 度是否符合标准 、发动 机转速是 否正常 、滤油器 和管路是否堵塞 ，经过 检查 ，油箱油量充足符合标准 ，液压油粘度正常 ， 发动机转 速正常 ，滤油 器和管路无堵塞 。进一步 检查发现 工作臂可 以缓慢上升和缓慢 收回，说 明 液压缸没有被 卡住 ，二位三通 电磁换 向阀换 向正 常 ，因此根据所建立 的故 障树 推测 可能是液压泵 一 1 0 2 一 或者液压缸故 障，利用变幅液压缸将大臂举 升到 一 定角度并且使伸缩臂 上升到某一高度 ，静止一 段时 间后发现伸缩臂在重力作用下基本维持在原 来高度 ，说 明液压缸工作 正常 ，排 除液 压缸 内泄 漏的原因 ，再将液压泵 的出 口接 到手 提式液压测 试器的进 口，通过检测发现泵 的输 出压 力低于正 常工作压力 ，卸下液压泵 ， 解体进行检查 ，发现液 压泵磨损严重 ，造成严重 内泄漏 ， 使液压系统达不 到正常工作压力 ，导致伸缩臂上升缓慢无力。更换 同型号的液压泵 ，液压系统恢复正常工作 ， 从而排 除了故障。 6结束语 应用故障树分析方法对直臂式 高空作业车作 业臂液压伸缩系统故 障进行诊断排除 ，直观性强 ， 能将系统故 障与其成 因形象地表 现 出来 ，帮助维 修人员对液压 系统有更深入 的认 识 ，其具有很 强 的灵活性 ， 在设备维修和优化方面能发挥较好 的作 用 ，可节省诊断时间 ， 减少不必要的拆卸 ，为高空 作业车其他部分典型故障的分析提供借鉴 ，具有 很好 的经济价值和应用价值。 参考文献 [ 1 ]张奕 ．工程机械液压系统分析及故障诊断[ M] ．北京 人 民交通 出版社 ，2 0 0 8 ． [ 2 ]陈新轩 ．工程机械状态监测与故障诊断[ M] ．北京 人 民交通 出版社 。2 0 0 4 ． [ 3 ]舒新祖 ．基于状态监测的 2 7 m自行直臂式高空作业 车故障诊断系统研究与设计 [ D] ．长安 长安大学， 2 01 0． [ 4 ]苏欣平 ．基于故障树 的叉车液压系统故障诊断研究 [ J ] ． 机床与液压 ，2 0 1 1 ． [ 5 ]何庆飞 ．故障树分 析法 在汽车起重 机液压 系统故 障诊 断 中的应用 [ J ] ．机床 与液压 ，2 0 0 8 ． [ 6 ]周爱萍 ．大型特种车辆液压系统的故障树分析与研究 [ J ] ．液压气动与密封，2 0 1 0 ． [ 7 ]马玉良． T L K 2 1 型高空作业车电液系统研究[ D ] ．秦皇 岛 燕 山大学 ，2 0 0 7 ． 作 者 张卫亮 地 址陕西省西安市南二环中段长安大学本部交通科 技大厦 邮 编 7 1 0 0 6 4 收稿 日期2 0 1 2 0 32 0 起重运输机械 2 0 1 2 9