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900t提梁机液压卷扬系统的故障树分析2011年8月第39卷第16期机床与液压MACHINETOOL&HYDRAULICSAug.2011Vo1.39No.16DOI:10.3969/j.issn.10013881.2011.16.039900t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050041;2.石药集团河北中润制药有限公司,河北石家庄050041)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:TH137.5文献标识码:B文章编号:10013881(2011)161133FaultTreeAnalysisofHydraulicWinchControlSystemofthe900t-gantry-craneWANGJunfeng,SUNYouxiao,LIUJia,WANGBingjun(1.ShijiazhuangInstituteofRailwayTechnology,ShijiazhuangHebei050041,China;2.CSPCHebeiZhongrunPharmaceuticalCo.Ltd.,ShijiazhuangHebei050041,China)Abstract:Byusingfaulttreeanalysis,seeingthefaultoccurredorwouldbeoccurredofthehydraulicwinchcontrolsystemasfaulttreetopevents,thecausesofsystemfaultweregraded,andseenthemasintermediateandbottomevents.Thentheminimalcutsetswerefoundwhichcausedtopeventstooccur.Accordingtothis,qualitativeanalysistofaulttreecanbeconducted,andthebottomeventsarefoundwhichcausedthetopevents,anddetectedandexcludedthesystemfault.Keywords:Gantrycrane;Faulttreeanalysis;Topevent;Intermediateevent;Bottomevent;Minimalcutsets900t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:20091026作者简介:王军峰(1983一),男,硕士,研究方向为智能控制,网络控制,机电控制.Email:wj020209yahoo.concn.?114?机床与液压第39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16期王军峰等:9OOt提梁机液压卷扬系统的故障树分析?I15?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Mcs),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】GrassoF,LuchettsA,ManettiS,eta1.SymbolicTechniquesfortheSelectionofTestFrequenciesinAnalogFaultDiagnosisJ.AnalogIntegratedCircuitsangSignalProcessing,200,4,4O(3):205213.【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,2006.9.【3】姜星胃.可靠性工程技术M.哈尔滨工业大学出版社,200510(上接第1l2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