球磨机传动齿轮失效的故障树分析.docx

材料失效分析学 院：专业班级：姓 名：学 号：球磨机传动齿轮失效的故障树分析齿轮是常用的机械传动件之一，齿轮传动具有效率高、结构紧凑、传动比稳定等特点，被广泛应用于各种设备中。球磨机是冶金、矿山、水泥、电厂等行业的主要粉磨设备，它的传动形式主要采用齿轮传动，传动齿轮失效不仅会影响球磨机的正常使用，甚至还会造成事故，直接影响着整机性能。研究传动齿轮副的失效形式对提高球磨机的工作效率具有重要的意义。故障树分析法又称失效树分析法，是一种以故障树为工具，分析系统发生故障的各种途径，对系统的安全性或可靠性进行评价的一种图形演绎方法。我们以球磨机传动齿轮副为例，建立传动齿轮失效故障树，应用故障树分析法对其失效形式进行研究。1传动齿轮副特点及失效形式11特点本文研究的球磨机为湿式格子板型，其传动系统为半开式单边传动，其传动系统结构简图如图1所示。 电动机通过联轴器将动力传递给小齿轮，经过齿轮和装在筒体出料端的大齿圈啮合传动，带动球磨机转动来完成物料的粉磨工作。电动机型号为TD陴10(转速为187rmin，磨机转速为216rmin。传动齿轮有关参数如表1所示。该传动齿轮副具有高速、重载、大传动比、周期性冲击、较强的振动等特点。滑动12失效形式该传动齿轮的失效形式主要表现为轮齿折断、齿面磨粒磨损、点蚀、胶合和塑性变形等形式。2系统故障树21故障树分析方法故障树是用各种事件的代表符号和描述事件逻辑因果关系的逻辑门符号组成的表示因果关系的倒立树状逻辑图。故障树分析法(FauhAIlalysis)简称为丌A法，是1961年由美国贝尔实验室的HAWatson和DFHaSsl首先提出的，它是以故障树为模型对系统进行可靠性分析的一种图形演绎方法。该方法把系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，称为顶事件，它通过对导致顶事件的各种因素(包括客观、人为因素等)进行分析，画出故障树，再根据故障征兆找出引起顶事件的底层因素，对系统中发生的故障事件由总体到部分按树枝状逐级分析，通过层层分析，确定故障原因判断故障发生的概率，找出系统的薄弱环节。故障树分析法，既可以对系统进行定性分析，也可以对系统进行定量分析，可以评价引发故障的各种因素的相关重要度。m法已被国内外公认为是对复杂系统进行安全性、可靠性分析的一种好方法。22建立系统故障树221 故障树建立步骤正确建造故障树是故障树分析法的关键，故障树的完善程度将直接影响定性分析和定量计算的准确性。在故障树分析中，对于所研究系统的各种故障和失效、不正常情况皆称为故障事件，各种完好状态或正常情况皆称为成功事件，两者均简称为事件。故障树分析中所关心的结果事件称为顶事件，是故障树中首先要分析的系统故障事件；把导致顶事件发生的根本原因称为底端事件；顶事件和底端事件之间的中间结果事件称为中间事件。在齿轮传动故障中，顶端事件是指最初故障症状；其次，在齿轮传动故障中底端是指最小故障点；最后，把其他事件称为中间事件。故障树是由第一层顶端事件、多层中间事件、最后一层底端事件构成。建造故障树常用的有计算机建树和人工建树两种方法。计算机建树一般用于大型系统的故障树的建立，人工建树多用于小型系统故障树的建立。建树的一般步骤如图2所示。我们采用人工建树的方法，即把系统的故障状态作为顶事件，然后找出系统故障与导致系统故障诸因素之间的逻辑关系，并将这些关系用特定的逻辑符号表示，由上而下逐级分解，直到不能分解为止，这样就建成一棵倒置的故障树。其建树流程如图3所示222建立齿轮传动系统故障分析过程中假设：各组成部分只有故障状态和正常工作状态；各组成部分底事件相互独立；不存在外界干扰6J。球磨机传动齿轮系统从功能上可以看作是由各个部件串联而成的，任一部件的失效都会导致整个传动系统的失效，因此各部件之间是“或”的关系。以“传动齿轮工作不正常”为顶事件建故障树如图4所示。 图4球磨机传动齿轮故障树图4中各符号含义如图5所示。图5逻辑门和事件符号图各底事件含义如表2所示。3故障树分析31定性分析311确定最小割集所谓最小割集就是导致顶事件发生的必要而充分的底事件集合，每一个最小割集代表一种故障。求出最小割集可以全面掌握顶事件不发生的各种可能性，为事故的调查分析、预测提供可靠的依据。本系统中最小割集就是每一个底事件。由图4可知该故障树为串联系统，底事件间为“或”的关系，最小割集的常用求法有上行法和下行法两种，我们采用下行法(Fussell)，经分析可得故障树的结构函数为【8J由上式可得齿轮传动系统失效故障的最小割集。在底事件中，每一个底事件都构成一个最小割集，共计22个最小割集。312定性分析定性分析的主要内容有两个方面首先是通过故障树了解不希望事件发生的过程，其次是通过最小割集分析可能的薄弱环节。目的是找出引起系统故障的全部可能原因，定性地识别系统的薄弱环节。一般来说，最小割集能定性地反映出基本事件的重要程度。表现为：顶事件发生的故障种类随最小割集的增加而增加；基本事件在最小割集中出现的次数愈多，则愈霞要；一阶最小割集的底事件结构重要度大于多阶最小割集中底事件结构重要度。本文中每一最小割集均为一阶，所以每一底事件都应重视。32定量分析故障树定量分析的主要任务是计算顶事件发生的概率，并对各底事件进行重要度分析，对系统的可靠性、可用性和安全性作出定量评价。常用的有直接概率法、最小割集法，我们采用最小割集法对故障树进行定量分析，由上可知该故障树共有22个最小割集。本文中取g(P)顶事件发生的概率P(xi)每一底事件发生的概率Qi每一个最小割集元素发生的概率，本文中即为每个底事件发生的概率则顶事件发生的概率可用下式计算33重要度分析重要度分析是故障树分析法的重要组成部分，其定义和计算方法很多，在定量分析中为确定各个最小割集或底事件概率变化对顶事件概率变化的影响程度，常用概率莺要度来衡量最小割集或底事件的重要性，底事件Xi的概率重要度可由下式式中，如为底事件概率重要度。可利用上式计算各最小割集发生的概率，再根据重要度的大小将各底事件发生的概率就可以确定关键的最小割集和底事件，找到系统的薄弱环节。34应用实例以垂27003600型球磨机传动齿轮失效形式为例，传动齿轮参数同表l，根据相关资料结合生产经验得到各底事件发生的概率如表3所示 各底事件发生的概率排队顺序如下由此可以得到引起传动齿轮失效的各种因素的重要度，利用该分析结果，可以很快找到事故发生的原因，同时为设备的日常维修、维护提供理论参考，延长万方数据4结论1)故障树分析法是一种逻辑性很强的可靠性分析方法，可对系统故障进行定性、定量分析，对系统部件进行可靠性评估，为故障分析及设计提供理论依据，在生产、故障分析和设计