故障樹分析技術(shù)在液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用

1、故障樹分析技術(shù)在液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障檢測(cè)中的應(yīng)用摘 要： 故障樹分析技術(shù)在船舶機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用越來越廣泛； 通過建立某液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障樹， 討論了應(yīng)用故障樹查找故障的方法，并應(yīng)用于系統(tǒng) “轉(zhuǎn)舵太慢” 故障檢測(cè)中，直觀、高效地解決了問題。關(guān)鍵詞： 故障樹分析；液壓舵機(jī)；操舵；液壓系統(tǒng)；故障診斷abstract:in this paper,the fault tree of a hydraulic steering gear system was built,methods of fault-shooting with fta were analyzed.such trouble as steer

2、ing gear moving too slowly of the system could be solved audio-visually and efficiently with mentioned methods.keywords：fault tree analysis(fta);hydraulic steering gear;steering gear operation引言故障樹分析法 (簡(jiǎn)稱 fta) 是把所研究系統(tǒng)的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故障分析的目標(biāo) ，即頂事件，并用規(guī)定的邏輯符號(hào)表示 ，找出所有可能導(dǎo)致這一不希望事件發(fā)生的直接因素和原因，并將它們作為過渡狀態(tài)的中間事件。

3、再由此逐步深入分析，直到找出事故的基本原因 ，即故障樹的底事件為止，這些底事件又稱為基本事件。故障樹分析法是系統(tǒng)可靠性分析的常用方法，較為適合于復(fù)雜系統(tǒng)的故障分析。它以圖形的方式表明 “系統(tǒng)是怎樣失效的”，所以便于設(shè)計(jì)人員、運(yùn)行人員和管理人員有效地進(jìn)行系統(tǒng)故障分析。本文介紹了利用故障樹分析法診斷液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障檢測(cè)中所存在的故障，以該液壓系統(tǒng) “轉(zhuǎn)舵太慢”這一典型故障為例，對(duì)其進(jìn)行了定性分析，并且介紹了應(yīng)用故障樹查找故障的方法。通過故障樹理論對(duì)液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障進(jìn)行分析研究，繪出故障樹圖，弄清各種潛在因素對(duì)故障發(fā)生影響的途徑和程度，因而許多問題在分析的過程中被發(fā)現(xiàn)和解決了，從而提高了液壓系統(tǒng)的可

4、靠性和穩(wěn)定性。實(shí)踐證明，此方法簡(jiǎn)便可靠和實(shí)用，取得了較好的效果，節(jié)省了診斷時(shí)間，減少了不必要的拆卸。總之，故障樹分析法具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值和應(yīng)用價(jià)值。1 液壓舵機(jī)系統(tǒng)介紹液壓舵機(jī)是自動(dòng)駕駛儀操縱航海航空器舵面的液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)。液壓舵機(jī)是一種重要的船舶輔助機(jī)械，系統(tǒng)組成復(fù)雜，工況多變，其工作的好壞，直接影響到船舶的航期和航行的安全。舵機(jī)是船舶操作系統(tǒng)控制的核心系統(tǒng)。液壓舵機(jī)控制系統(tǒng)主要采用兩種基本控制方式，即泵控型和閥控型，以及由此派生的液壓復(fù)合控制，即閥泵串聯(lián)控制、閥泵并聯(lián)控制、電液復(fù)合控制等。這幾種系統(tǒng)固有的靜、動(dòng)態(tài)特性，在系統(tǒng)精度、響應(yīng)速度、動(dòng)態(tài)指標(biāo)系統(tǒng)效率、總體布置、系統(tǒng)復(fù)雜程度等方面，有著

5、較大的局限性和差異性。某輪使用的是pel-ton型液壓舵機(jī)，系統(tǒng)組成示意圖如下圖1 所示。它由以主路由、遠(yuǎn)操機(jī)構(gòu)、自動(dòng)操舵控制系統(tǒng)等部分組成，詳見如下：1.1主由路四缸單作用柱塞式油缸帶動(dòng)撥叉式舵柄轉(zhuǎn)舵機(jī)構(gòu)，正常航行時(shí)2套主油泵機(jī)組中一套工作，一套備用， 必要時(shí)也可并聯(lián)工作。主電動(dòng)機(jī)可帶動(dòng)輔泵運(yùn)轉(zhuǎn)，以驅(qū)動(dòng)主泵伺服變量機(jī)構(gòu)并向主油路低壓側(cè)補(bǔ)油。1.2遠(yuǎn)操機(jī)構(gòu)由駕駛臺(tái)的舵輪泵25、舵機(jī)房的執(zhí)行油缸29構(gòu)成液壓遠(yuǎn)操系統(tǒng)；由伺服泵、換向閥27和油缸29構(gòu)成電液遠(yuǎn)操系統(tǒng)。兩個(gè)遠(yuǎn)操系統(tǒng)所傳遞的信號(hào)都匯集到拉桿32上，變成其位移信號(hào)。1.3自動(dòng)操舵 （羅經(jīng)導(dǎo)航） 控制系統(tǒng)由陀螺羅經(jīng)及其信號(hào)馬達(dá)、執(zhí)行馬達(dá)、油

6、泵變量執(zhí)行馬達(dá)、電反饋發(fā)信馬達(dá)和接收馬達(dá)，以及一套傳動(dòng)齒輪等組成。自動(dòng)舵航行時(shí)，由此機(jī)構(gòu)控制舵機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)，在復(fù)雜航道航行時(shí)，可扳動(dòng)轉(zhuǎn)換手柄，自動(dòng)控制就切換到手動(dòng)控制了。2故障樹的建立一次航行中，使用自動(dòng)舵，發(fā)現(xiàn)舵機(jī)系統(tǒng)轉(zhuǎn)舵很慢，向系統(tǒng)補(bǔ)油、放氣之后，故障現(xiàn)象未見減輕，在后來的使用中越來越慢了；切換成手動(dòng)方式，也沒有好轉(zhuǎn)。后來用兩臺(tái)主油泵機(jī)組并聯(lián)運(yùn)行，轉(zhuǎn)舵速度有所提高，但仍低于正常運(yùn)行時(shí)單機(jī)組的速度。再后來，轉(zhuǎn)舵速度慢得難以接受，只得改成應(yīng)急操舵方式。起初以為可能是某一閥件旁通或泄漏了，但檢查中一直沒有找到癥結(jié)所在，于是就求助于故障樹分析技術(shù)。根據(jù)故障現(xiàn)象，確定“轉(zhuǎn)舵太慢”為頂事件。邊界條件為：液壓

7、系統(tǒng)管路安全可靠，應(yīng)急操舵部分管路、閥件工作正常。為簡(jiǎn)化建樹工作，“線路故障” 、“電機(jī)激勵(lì)電流不足” 等可以再分解的事件當(dāng)作基本底事件；兩臺(tái)油泵機(jī)組工作油路一部分相同，另一部分對(duì)稱，建立其故障樹時(shí)只需將主油泵5-6、主泵變量機(jī)構(gòu)23-24、閥v17-v18、閥v9-v10、輔油泵7-8、閥v11-v12、閥v13-v14、閥v15-v16、閥v19-v20調(diào)換即可。故障樹符號(hào)意義如下：與門 全部輸入發(fā)生，則輸出發(fā)生；或門 任意輸入發(fā)生，則輸出發(fā)生；圓形 有足夠數(shù)據(jù)的基本事件；矩形 用門表示的中間事件；菱形 不發(fā)展事件或沒探明事件；三角形 轉(zhuǎn)出或轉(zhuǎn)入。根據(jù)系統(tǒng)組成， 手工建立如下圖2所示的1#

8、機(jī)組故障樹。圖1 pelton液壓舵機(jī)系統(tǒng)示意圖1-4缸閥；1-4應(yīng)急操舵用缸閥；5、6 主油泵；7、8 輔油泵；9、10 泵閥（二位四通滑閥）；11、12 伺服變量先導(dǎo)閥（三位三通轉(zhuǎn)閥）；13、14 輔泵溢流閥；15、16 背壓閥；17、18 主油路安全閥；19、20 補(bǔ)油單向閥；21、22 旁通閥；23、24主泵變量機(jī)構(gòu)；25舵輪泵；26伺服泵；27電磁換向閥；28 旁通閥；29伺服油缸；30、31柱塞；32拉桿；33插銷3故障樹的應(yīng)用分析對(duì)于船舶輪機(jī)管理人員來說，根本問題在于如何建立故障樹并應(yīng)用它來查找系統(tǒng)故障。通常有以下幾種方法：3.1故障樹的分析對(duì)故障樹進(jìn)行定性和定量的分析，求出全部

9、最小割集以及結(jié)構(gòu)重要度等參數(shù)，并對(duì)故障事件依次排序，結(jié)合系統(tǒng)組成和故障現(xiàn)象，找出故障所在。所建系統(tǒng)故障樹布爾代數(shù)表達(dá)式為p=（x1+x2+x3+x4）+（x9+x10+x11+x12+x13）*（x14+x15+x16+x17）*（x18+x15+x16+x17）+（x19+x20）+（x21+x22+x23+x24+x25+x26）+（x5+x6）+（x23+x22+x21）+(x23+x24+x22）+（x7+x8）其最小割集是很容易求得的。 最小割集為：xi，i=1,28（xj）,j=19,2026 xk，x14，x18，xk,x15,xk,x16,xk,x17,k=9,10,11,12

10、,13根據(jù)bariowd定律：一階最小割集中基本事件結(jié)構(gòu)重要度大于多階最小割集中基本事件結(jié)構(gòu)重要度。利用最小割集，可以求得底事件結(jié)構(gòu)重要度依次為：i（x1）=i（x2）=i（x3）=i（x4）=i（x5）=i（x6）=i（x7）=i（x8）=i（x19）=i（x20）=i（x21）=i（x22）=i（x23）=i（x24）=i（x25）=i（x26）>i（x15）=i（x16）=i（x17）>i（x9）=i（x10）=i（x11）=i（x12）=i（x13）>i（x14）=i（x18）據(jù)此并結(jié)合系統(tǒng)組成及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試， 即可查找故障所在。3.2結(jié)合查找原因結(jié)合系統(tǒng)組成、故障現(xiàn)象、

11、管理人員的經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)觀察、測(cè)試，利用子樹法、樹枝法查找原因。所謂子樹法、樹枝法，就是從某一中間事件開始，或者向上查找，或者向下查找；這一中間事件，一般確定為可能性最大的事件，利用現(xiàn)場(chǎng)的觀察、測(cè)試，可以迅速排除某些事件,所以不需要從頭到尾查找一遍。在此次轉(zhuǎn)舵太慢事件中，按故障樹先檢查事件少的一路主由路泄露，若主由路無(wú)泄露則開始檢查主油泵量情況，按照由小事件到較大事件的順序開始，首先查看主油泵內(nèi)漏情況，再檢查進(jìn)口流量大小，再查看電機(jī)轉(zhuǎn)速，最后檢查流量控制機(jī)構(gòu)，逐級(jí)往下查看尋找故障源頭。這種方法非常適合對(duì)系統(tǒng)比較熟悉、有一定管理維修經(jīng)驗(yàn)的船舶輪機(jī)人員，這也正是我們解決問題的方法。x7=柱塞、缸體間隙

12、太大x8=缸體中央閥間隙太大x11=電機(jī)激勵(lì)電流不足圖2 舵機(jī)系統(tǒng)“轉(zhuǎn)舵太慢”故障樹4系統(tǒng)故障分析利用以上方法，找出“轉(zhuǎn)舵太慢”的原因是三點(diǎn)式追隨機(jī)構(gòu)的儲(chǔ)存彈簧的剛度不夠，如圖3。正常運(yùn)行時(shí)，操縱點(diǎn)g被拉桿32帶動(dòng)到g1點(diǎn)，油泵浮動(dòng)環(huán)控制點(diǎn)從c移動(dòng)到c1點(diǎn)，油泵開始在c-c1控制的偏心距下向系統(tǒng)供油；當(dāng)彈簧剛度不足時(shí)，g移動(dòng)到g1以后，彈簧被壓縮，b移動(dòng)到b1甚至b2點(diǎn)， 那么c只能移動(dòng)到c2點(diǎn)甚至不移動(dòng)，浮動(dòng)環(huán)偏心距比正常時(shí)減小甚至等于零，所以泵的排量減小甚至為零，舵機(jī)轉(zhuǎn)舵速度當(dāng)然減小甚至不能轉(zhuǎn)動(dòng)了。更換緩沖彈簧以后，系統(tǒng)恢復(fù)正常工作。圖3三點(diǎn)式杠桿機(jī)構(gòu)5結(jié)論故障樹的建立，形成了供輪機(jī)人員進(jìn)

13、行故障檢修的實(shí)用型指導(dǎo)文件，可以減少故障查找的時(shí)間；對(duì)故障樹的定量分析，可以對(duì)系統(tǒng)部件進(jìn)行可靠性評(píng)估，使備件的配備種類和數(shù)量以及維修周期的確定更加科學(xué)合理。故障樹分析法，不但對(duì)系統(tǒng)典型故障能夠進(jìn)行定性分析和定量計(jì)算 ，而且對(duì)系統(tǒng)故障診斷與系統(tǒng)設(shè)計(jì)提供理論指導(dǎo)。本文對(duì)液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障檢測(cè)進(jìn)行了故障樹建立和分析，與現(xiàn)場(chǎng)故障情況與分析一致 ，說明分析過程是正確的。同時(shí)，也為液壓舵機(jī)系統(tǒng)故障其它典型故障分析提供了參考總之，故障樹分析技術(shù)在船舶機(jī)械設(shè)備維修中的應(yīng)用將會(huì)越來越廣泛。參 考 文 獻(xiàn)1閻永閣.船舶輔機(jī).大連：大連海事大學(xué)出版社，1990.112朱繼洲.故障樹原理和應(yīng)用.西安： 西安交通大學(xué)出版社，1989.13