基于层次分析法的混凝土泵车泵送液压系统故障预防策略.pdf

Hy d r a u l i c s Pn e u m a t i c s S e a l s ／ No ． 0 3 ． 2 0 1 5 d o i l O ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 8 0 8 1 3 ． 2 0 1 5 ． 0 3 ． 0 1 3 基 于层次分析法的混凝土泵车泵送 液压系统故障预防策略 何 伟 ， 隆建波 ， 贺尚红 1 ． 三一重工股份有限公司， 湖南 长沙 4 1 0 1 0 0 ；2 ．长沙理工大学， 湖南 长沙4 1 0 0 0 4 摘 要 采用故障树法分析混凝土泵车泵送液压系统的失效状况 ， 建立了失效的故障树。通过对故障树的定性分析， 得到最小割集。 通过定量分析计算出顶事件发生的概率及底事件发生的重要度。用层次分析法和故障频率相结合的方法评估出底事件发生概率的 模糊性。参考定性分析和定量分析结果 ， 制定出混凝土泵车泵送液压系统故障的预防措施。 关键词 故障树 ； 定性分析； 定量分析； 层次分析法 中图分类号 T HI 3 7 ． I 文献标志码 A 文章编号 1 0 0 8 0 8 1 3 2 0 1 5 0 3 0 0 4 5 04 Th e Re s e a r c h o n Fa ul t P r e v e n t i o n a n d M a i n t e n a nc e S t r a t e g y o f Hy d r a ul i c P u mpi n g S y s t e m f o r Co n c r e t e Pump T】 1 J c k Ba s e d o n Ana l y t i c Hi e r a r c h y HE We i ， LO NGJ i a n b o 2, HES h a n g - h o n g 1 ． S a n y He a v y I n d u s t r y C o ． ， L t d ． ， C h a n g s h a 4 1 0 0 0 0 ， C h i n a ； 2 ． C h a n g s h a Un i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y , C h a n g s h a 4 1 0 0 0 4 ， C h i n a Ab s t r a c t Ap p l y i n g t h e f a u l t t r e e a n a l ys i s t o h y d r a u l i c p ump i n g s y s t e m o f c o n c r e t e p um p t r u c k ， t h e f a u l t t r e e f a i l u r e mo d e l i s s e t u p ． T h r o u g h t h e q u a l i t a t i v e a n a l y s i s o f t h e f a u l t tre e ， the mi n i mu m c u t s a r e o b t a i n e d ． Wi t h t h e q u a n t i tat i v e a n a l y s i s ， we c a l c u l a t e t h e t o p e v e n t p r o b a b i l i t y a n d the i mp o r t a n c e d e g r e e o f b o t t o m e v e n t o c c u r r e n c e ．Co mb i n i n g an a l y t i c h i e r a r c h y wi t h f a u l t f r e q u e n c y o f h y dra u l i c p um p i n g s y s t e m， the f u z z i n e s s o f a s s e s s me n t o f b o tt o m e v e n t p r o b a b i l i ty i s e s t i ma t e d ． Wi th r e f e r e n c e t o t h e q u a l i t a t i v e a n a l y s i s and the q u ant i tat i v e an a l y s i s ， we f o r mu l a t e t h e me a s ur e s o f p r e v e n t i n g t h e c o n c r e t e p ump h y dr a u l i c s y s t e m f a i l u r e ． Ke y wo r d s f a u l t t r e e； q u a l i tat i v e ana l y s i s ； q u ant i tat i v e a n a l y s i s ； a n a l yti c h i e r a r c h y O引言 混凝土泵 车泵送液 压系统在长期 的工作过程 中 ， 由于所处 的环境恶劣 ， 经常受到内外多种因素的影响 ， 造成液压系统失效 ， 给用户带来经济损失。为了减少 液压系统失效 ， 有必要对其安全性和可靠性进行分 基金项目 国家科技支撑计划资助项 目 2 0 1 2 B A F O 2 B O 1 收稿 日期 2 0 1 4 0 8 2 8 作者简 介 何伟 1 9 6 7 一 ， 女 ， 湖南湘潭人 ， 工程师 ， 本科 ， 主要从事工程机 械技术研究 。 析 。故 障树 分析法 F r A [ 1 1 是分析 大型复杂系统安 全 性和可靠性的有效工具， 已在核能、 航天航空、 化工等 领域得 以广泛 的应用 ， 在液压系统的失效分析也正 在 受到重视。 在传统的故障树定量分析中， 底事件发生的概率 通常被认为是精确值唪 ] 。然而 ， 在实际大型复杂系统 中， 影响底事件发生的因素复杂多变 ， 同时 ， 人为因素 也是一个重要 的原 因。因此 ， 底事件 的概率很难得 到 精确值 。针对上述 的不确定 问题 ， 采 用层次分析法 和 故障发生的频率来评估底事件发生的概率p 。 器完成对多 自由机械手动作顺序化控制过程的方法是 可行有效的。 参考文献 [ 1 】 赵云伟． 气动柔性五指机械手的运动学抓持能力[ J ] ． 机械人， 2 0 1 4 ， 2 3 5 3 8 ． 【 2 】 唐立平二 自由度自动机械爬虫P L C 控制系统设计[ J 】 ． 液压 与气动 ， 2 0 1 0 ， 1 2 6 7 7 0 ． [ 3 】 岳鹏． 水下七功能电动机械手设计研究[ J ] ． 机械设计与制造 ， 2 01 4 ， 4 8 2 8 5 ． [ 4 ] 赵美宁 动供料机械手的P L C控制系统设计 [ J 】 ． 液压与气 动， 2 0 1 1 , 9 5 6 - 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X I 6 X X 1 7 “ {- X , l s X I 9 X 2 0 2 l 2 2 2 3 2 4 2 5 ] 1 3 1 1 3 2 1 3 3 1 3 4 l 3 戈5 l 3 6 l 3 7 l 3 B 1 3 9 1 3 Xl o Xl 3 l 1 l 3 Xl eXl 3 X1 4 XI 7 X1 3 X1 4 Xl S X1 3 l 4 1 9 l 3 X1 4 X2 0 I 3十 1 l 7 X1 3 l 1 l 3 l l l 3 l 2 嘣 l 3 1 1 l 3 XI 6 X] s XI 3十 X1 6 X1 9 X1 3 1 6 X2 o X1 3 X2 1X2 3 Xl 3 X2 1 X2 4 I 3 2 l 2 5 l 3 2 2 2 3 l 3 Xz T X2 4 Xt z x2 2 2 s 1 3 由上式可见 故 障树 由 1 2 个二阶最小割集和 l 8 个 三阶最小割集组成。一般情况下 ， 阶数越小 ， 它发生的 可能性就越大。因此， 为了提高混凝土泵车泵送液压 系统 的安全性和可靠性 ， 应该首先考虑发生概率较 大 的二阶最小割集以及基本事件 。 H y d r a u l i c s P n e u ma t i c s S e a l s ／ No ．0 3 ． 兰 3 泵送液压系统失效概率的定量分析 故障树的定量分析是指对故障树 的顶事件进行定 量 的概率计算 ， 对基本事件进行概率重要度及临界重 要度计算。 设 U t 为故障树的结构函数 ， 任何故障树都可以 找到结构函数 。 或门故障树的结构函数为 Y 1 一 1 一 X 1 1 一 X 2 ⋯ 1 一 n r1、 1 一 Ⅱ 1 一 X i 1 与门故障树结构函数为 y 一 。 ～ 兀 2 i l 式 中 X i基本事件的概率。 概率重要度是指各基本事件概率发生变化会给顶 上事件概率有多大的影响， 是顶上事件发生的概率对 某基本事件发生概率 的偏导数 3 d i 临界重要度是一个变化率的比值 ， 即基本事件故 障概率 的变化 率与所 引起 系统 故 障率 的变化率 的比 值 。基本事件 的临界重要度为 C ／ ， 4 i i 在现实 中系统很难得到基本事件故障的概率 ， 比较容 易得 到基 本 事故 发生 的故 障频 率 ， 而故 障频 率往往与故障概率有一定的差距。笔者采用层次分 析法 和基本 事件发 生 的故 障频率来 确定基本 事件 的 概率 。 对 于混 凝土泵车泵送液压 系统来说 ， 可 以按照如 下的步骤对故 障的基本事件进行估算 1 建立指标体系 ， 把上一层作为准则层 ， 把下一 层作为次准则层， 用 c 、 c 、 ⋯c 表示。 2 对次准则层 中每个指标相互之间进行 比较 ， 根据 比较结果 建立 起判 断矩 阵 。而判 断矩 阵 的建立 主要 是 由相关 专家对 次准则层 中的指 标体重要 度进 行评价结合标度建立起来。选择对混凝土泵车泵送 液压系统很了解的专家 ， 对次准则层的每个指标进行 相互 的评价 ， 评价 意见分 为 同等重要 ， 稍重要 ， 明显 重要 ， 强烈重要 ， 极端重要 ， 稍不重要 ， 明显 不重要 ， 强 烈不重要， 极端不重要。然后 ， 结合标度 见表 1 作出 判断矩阵。 表 1判 断矩阵标度及含义 序号重要等级 赋值 得 到 的判 断矩 阵 如 F C ⋯c c C2 - C ．2 z‘ 。 5 ． ． 3 计算次准则层各个指标 的权重。计算判断矩阵 每 一行 元素的 乘 i 兀c ， 然后 对M 的 次 方根 f 兀c 6 ， 1 对 向量 ⋯ 正规 化 归 一化 处 理 则 ⋯ 轰 l∑ ∑ 7 为所求的特征 向量即各个指标权重。 4 把基本事件故障频率和权重结合评估出基本 事件的概率。x i-- p Z i p 为基本事件发生的频率 。通 过对某公司产品维修数据分析及调查 ， 得泵送液压系 统故障基本事件的概率及权重如表 3 所示。 通过定量计算可以得出混凝土泵车泵送液压系统 故障的概率为0 ． 1 0 7 。计算出基本事件概率重要度和 临界重要度 ， 并排序如下 把概率重要度从大到小排列 I 2 1 2 3 ， g 1 1 2 1 5 厶 7 6 ， g 2 2 0 l g 9 I g 1 0 厶 2 4 1 6 5 厶 2 2 3 厶 1 9 ， E 1 7 厶 2 5 1 1 ， g 1 4 8 4 1 8 8 把临界重要度从大到小排列 C I , 2 1 C I 2 3 C I , 1 5 C h 1 C h 1 2 C h 2 0 C l g 7 6 C I , 2 4 2 2 5 C I , 1 7 3 C I 1 9 c ， g 9 5 C I I O C I , 1 6 8 C i g 2 2 C ， g 4 C ， g 1 1 C I 1 4 C I , 1 8 9 下转第5 1 页 47 ]， ●● ●●● _ _ 1 一 一 Hyd r a ul i c s Pn e u m a t i c s Se a l s ／ No ． 03． 2 01 5 了阀控液压缸的传递 函数 ， 并在 MA T L A B中建立 了针 对斜 坡路面 的液压 悬架仿真模 型 ， 模 型中利用 P I D对 阀控液压缸进行位置控制， 仿真结果表明在特殊路面 下液压悬架可以实现位置调节来适应路面情况。 参考文献 【 1 】 汤靖 ， 高翔． 基于最优控制的四自由度汽车主动悬架控制器 [ J ] ， 农业机械学报 ， 2 0 0 5 ．4 4 9 - 1 2 ． 【 2 】 E ． E s ma i l z a d e h ， H． B a t e n i ． O p t i ma l A c t i v e V e h i c l e S u s p e n s i o n s w i t h F u l l S t a t e F e e d b a c k C o n t r o l [ R ] ． S A E T e c h n i c o l P a p e r s 9 2 2 4 7 3． 1 9 9 2 ． [ 3 】 刘少军 ， 李艳． 基于 1 1 2 车辆模型的主动悬架预见控制方法 上 接第 4 7页 表3 泵送液压系统基本事伯概率及权重 4 泵送液压系统故障预防策略 1 基本事件发生的概率对混凝土泵车泵送液压 系统的故障影响最大的因素依次为 孙 过滤器的破 损 ， X 2 3 零件的磨损 ， 。 插装 阀的磨损 主溢流阀 阀芯 的磨损 ， X l 5 风冷马达散热片不畅 ， f 摆缸 四通 研究[ J ] ． 信息与控制， 2 0 0 0 ， 1 6 - 1 3 ． f 4 1 董波． 主动悬架最优控制整车模型研究． 汽车工程[ J 】 ． 2 0 0 2 ， 2 4 5 4 2 1 4 2 5 ． 【 5 】 陈士安． 汽车主动悬架 四自由度模糊控制系统研究f J ] ． 汽车 工程 ， 2 0 0 1 ， 6 3 7 5 - 3 7 6 ． 【 6 】 李洪人． 液压控制系统【 M 】 ． 北京 国防工业出版社 ， 1 9 9 0 ． 【 7 】 陈翔， 张林燕． 汽车可控悬架及其控制策略的研究动态【 J 1 _ 公 路与汽运， 2 0 0 5 ， 2 1 3 - 6 ． 【 8 】 龚晨俊 ， 田晋跃． 组合式半挂车液压悬架系统的研究[ D 】 ． 镇 江 江苏大学， 2 0 1 1 ． 【 9 】 刘文强． 车辆主动悬架的模糊 P I D控制器研究【 D J ． 杭州 浙 江工业大学， 2 0 0 3 ． 阀故 障 ， ‰ 主四通 阀故障 ， 密封件 的磨损 ， 主 溢流阀溢流 ， 27 9 恒压 阀故 障 。 2 分析 临界重要度 ， 对系统故障率影响 比较大的 主要有 过滤器的破损 ， 27 2 3 零件 的磨损 ， 风冷 马达散热片不畅 2 7 1 插装阀的磨损 ， 主溢流阀阀芯 的磨损 ， ∞ 主溢流阀溢流 ， 27 7 摆缸四通阀故障 。 3 基本事件 ， ‰ ， ， 新， 27 6 ， 27 2 对泵送液压 系统发生故障影响最显著， 如果这些基本事件不发生 ， 那么液压系统不发生故障 的概率会大大的提高。从整 体考虑制定混凝土泵车泵送液压系统预防措施的时候 应首先考虑这些基本事件。 5 结论 1 文章分析 了混凝 土泵 车液压系统生产实际 中 的故障， 通过层次分析法和故障树分析法建立了混凝 土泵车泵送液压系统的故障树 ， 并定性分析了其失效 的途径 ； 2 通过建立故障树 的结构函数 ， 定量分析了基本 事件 发生概率对 顶上事件 的影 响 ， 并分析给 出了基本 事件概率重要度和临界重要度 的大小排列 。根据排列 顺序提出了有效的泵送液压系统故障预防措施。 参考文献 ⋯ 1 章国栋， 陆延孝， 等． 系统可靠性与维修的分析与设计【 M 】 ． 北 京 航空航天 大学出版社 ， 1 9 9 0 1 0 7 ～ 1 4 1 ． [ 2 ] 陈琳， 王国丽 ， 孟惠荣 ， 等．抽油泵故障树分析[ J ] ． 石油学报， 1 9 9 5 ， 1 6 3 1 4 5 1 5 1 ． [ 3 】 杜栋， 等． 现代综合评价方法与案例精选[ M] ． 北京 清华大学 出版社 ， 2 0 0 5 卜3 3 ． [ 4 ] 易秀明， 王尤毅 ， 易小刚． 混凝土泵车[ M] ． 长沙 湖南新华印 届 集 团 ， 2 0 0 7 ． 51