【《装载机变矩器系统的故障树模型构建分析》2900字】

装载机变矩器系统的故障树模型构建分析目录TOC\o"1-3"\h\u6375装载机变矩器系统的故障树模型构建分析 1276071.1变矩器系统的故障树模型构建 1204641.2变矩器系统故障树的定性分析 3222321.2.1割集与最小割集 427421.2.2径集与最小径集 4119741.2.3故障树定性分析实例 4305381.3变矩器系统故障树的定量分析 5257461.3.1故障树的结构函数 5228991.3.2顶事件概率分析 6207581.3.3事件重要度计算 65191.3.4故障树的定量分析实例 61.1变矩器系统的故障树模型构建根据变矩器系统的结构组成和各个部件之间的逻辑关系，再结合系统的故障模式，可以构建出变矩器系统的故障树模型。将变矩器系统作为顶事件，由其基本结构可将变矩器系统故障视为由泵轮故障、涡轮故障和导轮故障所直接引起的。根据部件间的逻辑关系，发现液力变矩器系统故障也可能与平面轴承、密封圈及单向离合器有关。泵轮故障可能与油泵驱动轴颈、导环及叶片等有关；涡轮故障可视为由轴套故障和花键故障直接引起；对于单向离合器而言，其可能与楔块、内外环和保持架有关。因此，根据以上分析结果，确定以变矩器系统故障为顶事件，然后层层推出各级事件的直接原因，从上到下建出倒立的树形图，并利用逻辑门将对应事件进行连接。如图4-1所示。图4-1变矩器系统故障树表4-1故障树中符号含义符号事件符号事件T变矩器系统故障X4磨损M1泵轮故障X5断裂M2平面轴承故障X6磨损M3涡轮故障X7阻塞M4油温过高X8漏油M5导轮故障X9疲劳M6单向离合器故障X10过载M7油泵驱动轴颈故障X11划伤M8叶片故障X12磨损M9花键故障X13断裂M10导环故障X14破坏M11轴套故障X15滤网间隙过大M12花键故障X16油液杂质过多M13油道堵塞X17油液变质M14油泵供油不足X18油量不足M15花键故障X19磨损M16楔块故障X20磨损M17内外环故障X21磨损M18保持架故障X22变形M19漏油X23断裂M20密封圈故障X24散热管裂开X1磨损X25老化X2断裂X26损坏X3变形D1冷却液故障1.2变矩器系统故障树的定性分析1.2.1割集与最小割集割集：故障树中能让顶事件失效的底事件的集合。最小割集：在割集中不能再分解的集合。计算最小割集：将各级事件都分别用对应的直接原因表示，直到最后全部以底事件来表示。其中，逻辑门为“或门”时用“加”连接，“与门”时用“积”连接。最后，顶事件就表示成几个基本事件的与，则每个基本事件的与就称为一个最小割集。1.2.2径集与最小径集径集：是割集的相反集合，在故障树中不能让顶事件失效的底事件的集合。最小径集：是将径集分解后的最小限度的底事件集合。成功树：即将原故障树中所有的“与门”和“或门”互换，再把所有事件的状态互换，这样变换后的树形就称为原来故障树的成功树[23]。计算最小径集：将成功树用最小割集表示，则求解出的最小割集就是原系统模型的最小径集。1.2.3故障树定性分析实例由图4-1可以计算出装载机变矩器系统故障树的最小割集：T=M1+M2+M3+M4+M5+M6=M7+M8+M9+M10+X9+X10+M11+M12+M13+M14+D1+M15+M16+M17+M18=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+X14+X15+X16+X17+X18+X19+X20+X21+X22+X23+X15+X24+X25+X26+D1求得最小割集为K1={X1},K2={X2}，K3=X3},K4={X4}…K26={X26},K27={D1}所以，变矩器系统故障树共有27个最小割集。1.3变矩器系统故障树的定量分析故障树的定量分析与定性分析是紧密相关的，是在定性分析的基础上对系统进行更深程度的研究，一般以基本事件的发生概率作为基础，从而得出顶事件发生的概率和底事件的概率重要度。定量分析的步骤如图4-2所示。图4-2定量分析步骤1.3.1故障树的结构函数假设故障树由n个相互独立的底事件构成,并且元部件与系统只有正常与故障两种状态[24]。若用表示底事件的状态变量,T表示为顶事件的状态变量,则令（4-2）（（4-2）（4-1）（4-3）（4-3）T=T(X)=T(X1,X2,…,Xn)则称其为故障树的结构函数,各元部件的状态变量为自变量。故障树中常用的逻辑门为“与门”和“或门”。其中,“与门”的结构函数为（4-4）（4-4）“或门”的结构函数为（4-5）（4-5）1.3.2顶事件概率分析假设故障树中底事件的概率为,最小割集的阶数为m，则最小割集发生的概率为：（4-6）（4-6）顶事件发生的概率P(T)可以分为三种情况：最小割集为独立事件：（4-7）（4-7）其中，为最小割集的失效概率。（4-8）最小割集为互斥事件：（4-8）最小割集中含有相同基本事件，则按照布尔代数的幂等原则将每个基本事件相同的部分去掉，则（4-9）（4-9）1.3.3事件重要度计算底事件引起顶事件发生的程度大小可以用重要度表示，即底事件的概率重要度越大，该底事件将引起顶事件发生的可能性就越大。如果底事件重要度趋近于1，则表示该底事件一旦发生，变矩器系统就一定出现故障。概率重要度：（4-10）（4-10）其中，Q为系统的不可靠度。1.3.4故障树的定量分析实例在对变矩器做定量分析前，为了能够确定其系统的薄弱环节，需要进行大量的数据统计，使研究结果更有参照性和说服力。现对杭州一家大型汽车维修服务中心同一型号的液力变矩器的维修记录进行统计分析，并通过随机抽取大量该型号液力变矩器的产品使用者的反馈数据，最后再结合大连交通大学的陈启轩[25]发表的基于故障树对液力变矩器可靠性研究的数据，进行归纳整理便可以计算出各底事件的故障概率。但尽管如此，仍无法得到所有事件的具体数据，如泵轮轴颈断裂、泵轮叶片磨损和内外环磨损这三项数据的缺失，则可以对这些数据进行假设。通过第1.2节计算系统的最小割集，发现各独立的基本事件就是顶事件的最小割集，则可以按照独立事件计算出各基本事件的重要度。下面以液力变矩器系统泵轮故障及单向离合器故障为例进行传统动态故障树定量分析，其各底事件概率及重要度数据如表4-2。表4-2泵轮和单向离合器故障各底事件概率及重要度底事件符号事件故障概率重要度X1油泵驱动轴颈磨损0.00210.00662X2轴颈断裂0.00030.03974X3泵轮叶片变形0.00600.01987X4泵轮叶片磨损0.01200.00436X5花键断裂0.00070.01325X6花键磨损0.00410.00232X7导环阻塞0.00420.00753X8导环漏油0.00040.00132X20楔块磨损0.00440.0031X21内外环磨损0.0060.01987X22保持架变形0.0010.0301X23保持架断裂0.00050.0332根据公式（4-7）计算泵轮故障和单向离合器故障的概率分别为：P(M1)=0.4193,P(M5)=0.3085。由此可以看出，泵轮故障发生的概率相对较高。对泵轮故障的各底事件按照其重要度的大小进行排列，从大到小依次为：X2,X3,X5,X7,X1,X4,X6,X8由此可以看出，对于泵轮叶片磨损发生最为常见，轴颈断裂对系统的影响最大，当变矩器轴颈一旦发生断裂，系统必然失效。所以，在平时对变矩器系统进行检测时要重点关注轴颈的情况。对于变矩器轴颈发生断裂的主要原因有：轴颈安装时设计不合理，安装时部件间的位置间隙过大或过小都会使轴颈承受的载荷过大；部件的强度不足，没有达到设计的标准。所以，选用该部件时应具有较高的可靠性能，并且在维修或保养的时候，可以重点检查其性能。由于上述计算分析时对泵轮故障事件的数据假设偏高，导致计算结果会稍高于单向离合器故障，若假设单向离合器故障的概率比泵轮故障概率高时，则有：表4-3底事件故障概率及重要度底事件符号事件故障概率重要度X1油泵驱动轴颈磨损0.00210.00662X2轴颈断裂0.00010.02874X3泵轮叶片变形0.00600.01987X4泵轮叶片磨损0.00200.00236X5花键断裂0.00070.01325X6花键磨损0.00410.00232X7导环阻塞0.00420.00753X8导环漏油0.00040.00132X20楔块磨损0.00440.0031X21内外环磨损0.01230.00987X22保持架变形0.0010.0301X23保持架断裂0.00050.0332则此时泵轮故障和单向离合器故障的概率分别为：P(M1)=0.2985，P(M5)=0.3876。则此时，与泵轮故障相比，单向离合器故障的概率较高，对单向离合器故障的各底事件按照其重要度的大小进行排列，从大到小依次为：X23,X2