液压系统齿轮泵T—S模糊故障树分析.pdf

第 2期 总第 1 5 3 期 2 0 0 9年 4月 机 械 工 程 与 自 动 化 MECHANI CAL ENGI NEERI NGAUTOMATI ON No． 2 Ap r ． 文章 编号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 0 2 0 1 0 2 0 3 液压系统齿轮泵 TS模糊故障树分析 李志勇 ，吴和斌 1 ．太原科技大 学 材料科学与工程学院 ，山西 太原0 3 0 0 2 4 ；2 ．桂林电子科技大学 机电工程学 院，广 西 桂 林5 4 1 0 0 4 摘要 介绍 了 TS模糊故障树分析法 ，该方法将 模糊逻辑和 TS模糊模型引入到故障树分析中，使故障树 具有处理模糊信息的能力。以液压系统齿轮泵为例， 对其进行了分析 。 结果表明， 此方法具有较强的灵活性和 适 用 性 。 关键词 齿轮泵；故 障诊断；故障树分析 中图分类号 ；T H1 3 7 文献标识码A 0 引 言 随着现代工业的发展 ， 液压传动技术在各行各业得 到了广泛的应用． 齿轮泵作为液压系统的心脏 ， 其故障 诊断是液压系统故障诊断的重要组成部分。 液压设备的 故障主要来源于油液污染 、泄漏、磨损等 ，其故障体现 出多发性 、 不确定性 和隐蔽性 的特点 ，往往多种故障交 叉 出现 ，因而 给其故 障诊断带来 了很 大难 度。 基 于布 尔代 数 和概率论 的故 障树分 析理论 ，广 泛 应用 于复杂 系统 的可靠 性 和安全性 计算 ] 。故 障树 由 “ 事件”和 “ 门”组成，事件可用故障概率表示，门用 来描述 事件 间的关 系 。在定 量分析 时它要求 各个零 部 件 的故 障概率 为精确 已知 ，这 就需要 收集 足够 的故 障 数据 ，但对许 多系统 来说获 取故 障数据 非 常困难 ，且 当系统 工作环 境改 变时 ，已有的数据 也不再 使用 ；同 时随着技术 的不断更 新 ，新 的零部件 经常应 用到 系统 中 ， 它们 基本上没 有故 障数据I 2 ] 。 模糊 技术具 有处理 模 糊和不精确信息的优点，使故障诊断在一定程度上容 忍信息描述 的误差 ，具有较 强的适用性 。 1 故障树模 型 本文 以某数控 镗铣床 变速过程 中出现 的 “ 齿 轮泵 工作不正 常” 为分析对 象 ， 根据齿 轮泵 的工 作情 况 ， 并 结合其失效 机理及领 域专家 经验 ， 建 立故 障树 模型 ， 见 图 1 [ 3 ] 。其 中 ，用 丁表示 顶事件 ； 用 S表示 中间事 件 ； 用 表示底 事件 。各 事件 的含义见表 1 。 2 T S模糊 故障树分 析法 2 ． 1 事件描 述 零部 件的故 障概率 一般根据 历史数 据得到 ，但 由 于历史 数据的缺 乏以及 系统环境 的改 变 ，零部件 的故 障概率具有不确定性。本文引入模糊逻辑，将故障概 率 的不 确定性考 虑到模 糊可能性 中，即将 由历史 经验 得到 的故障概率 用模糊 数表示 为模糊 可能性 。 同时 ， 由 于对故 障程度 的描述也 具有不确 定性 ，故采用模 糊数 来描述 故障 的程 度 j 。 图 1 齿轮泵 TS故障树 表 1 各事件 的含义 7 齿轮泵不正常工作 7 轴向间隙与径 向间隙过大 Sl 噪声严重及压力波动 8 泵体裂纹与气孔泄露 5 2 输油量不足 9 油液粘度过高或油温过高 3 油泵运转小正常或有咬夕 匕 X l 0 电动机反转 1 滤清器有污物 J r 1 1 压力阀失灵 ．1 7 2 油位不足 l 2 泵轴向间隙及径 向闻隙过小 ．／ 7 3 泵体 与泵盖不垂直密封 l 3 滚针转动不灵活 4 泵的主动轴与电机联轴器不同心 Z 1 4 盖板与轴的同心度不好 5 齿轮泵啮合精度不够 1 5 泵中有杂质 X 6 泵轴 的油封骨架脱落 *广西 区教育厅立项项 目 桂教科研 [ 2 o o 6 3 2 6号 ，桂林电子科技大学学科软环境项 目 收稿 Iq 期 2 0 0 8 0 9 0 9 ；修回 日期2 0 0 8 1 0 2 0 作者简介 李志勇 1 9 8 2 一 。 男 ， 山西忻州人 ． 在读硕士研究生。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年第 2期 李志勇 ，等液压 系统齿轮 泵 TS模糊故障树分析 1 0 3 可将 模糊 数的 隶属 函数 描述 为 四边 形隶 属 函数 ， 见 图 2 。 为了使用方便 并不失 一般性 ， 将 四边形隶 属 函 数 F表示为 图 2 模糊 数的隶属 函数 F一 Fo ， f ， m f S r ， 7 ， 。 其 中F 。 为模糊数 支撑集 的 中心 ； S ， 和 S ， 为左 、右支 撑半径 ； ， 和 为 左 、右模 糊 区。其隶属度 为 F 0 O ≤F≤F o 一 一 ， F一 F0 5 ， 一 ， ， 1 十s ， 十m 一F m 0 F o s mI F F 一s t F 0 一 ， ≤F ≤F 0 ， 。 F。 s FF0 ， 7 ， F o S m ≤F≤0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ 1 当 5 一S ， 一0时 ，四边 形 隶属 函数 变 为三 角 形 函 数 ；当支撑半径 为 0且左 、右模糊 区为 0时 ，模糊数 变为确定数 。 假 设得 到第 个部 件的故 障概率 为 P ，则认 为其 模糊 可能性 为模糊 数 声 ，若 第 个部件 的历史 数据 丰 富 ，则认 为其故 障概率是 确定的 ，并令模糊 可能性 中 的支 撑半 径为 0 ．且模 糊 区为 0 。 按照 实际应用 。 故 障的程度 可在 O ～1间选 取模糊 数来描述 。 若实际 某部件 的故障程 度可分 为大、 中、 小 ， 则可采用 模糊数 0 、0 ． 5 、1 来描 述 。一般 可认 为模糊 数的隶属 函数左 、右对称 ，即有 ， 一 ，， ， 一 。 2 ． 2 TS模 糊 门 TS模 型 由一 系列 I FT HE N 模糊 规 则 组成 ， 是一种万 能逼近器 ．可用来 描述事件 间的联 系 ，从而 构成 TS模 糊 门。TS模 型可表述 为 已知规则 ， 一1 ， 2 ， ⋯ ， ， 。 如果 2 为 ， 且 为 一 ．则输 出y为 y ， 。 其中。 [ 。 ， ， ， ⋯， ] 为前进 变量 ， ， 为模糊集 。设模糊集 的隶属 度为 。 ， ，则 州 - 、 T S 模 型 的 输 出 为 Y 一 乙 。 Y ， ， 其 中， ，一 1 ，H n ] 1 厶 ， 。 一1 ． f f 一 ／ ， ， 。 为模 糊规 则 的可执 行度 。 设基 本事件 ， ，⋯ ， 的上级事件 为 y，则 它们之 间的联 系可用 图 3描述 。 假设基 本事件 ． r ， ， 。 ，⋯ ， 和上级 事件 y的故 障程度 分别描述 为模糊 数 ， z ， ⋯ ， ． ⋯ ， ， ， ⋯ ， 和 ， Y 。 ， ⋯ ， Y ， 其 中模糊数 都小 于 1 ，且是 顺 次增 加 ，则 TS模糊 门规则可 表述 为 互2玉 图 3 TS模 糊 门 已知 规则 Z l ， 2 ， ⋯ ， ，如果 为 z - 且 工 为 ， 则 y 为 Y 的可能性 为 P ， ⋯ ， 为 的可能 性 为 尸 。其 中 ， i 1 1 ，2 ，⋯ ，七 1 ；⋯ ；i 1 ，2 ， ⋯ ，七 ；， 为规则总数 ，满足 一是 志 。 ⋯愚 。 记 一 ， ， ⋯ ， -t， ， 若 已知 基本 事件 的故 障程 度为 一 z ， 。 ， ⋯ ， ，则 用 TS模 型可估计 出 上级事 件故障程 度的模糊 可能性 P 一∑ 厂 P l 一 1 尸 y Z 一∑ l 1 r 扒 。 ⋯⋯⋯ 2 i P y 一∑ ， P ‘ ／一 1 其中 卢 Ⅱ ／ ／ ∑ Ⅱ ， ， ， x ／ 表示 i 一 1 t一 1}一 1 第 条 规则 中 ， 对 相应模糊集 的隶属 度 。 假 设 基 本 事 件 各 种 故 障 程 度 的 模 糊 可 能 性 为 P ， 则 规 则 执 行 的 可 能 性 为 尸 P i P ≯ ⋯P 。因此上级事件 的模糊 可能性Ⅲ为 P 3 ， 一∑P l。 P ．y 尸 y2 。 ⋯⋯⋯⋯ ． 3 ； P y 一∑ P ／ 一 1 由下级 事件 的 模糊 可 能性 并 根据 TS模 糊 门 ， 用式 3 可得 出上级事 件 的各种 模糊性 ； 由下级事 件的 当前状 态并根 据 TS模糊 门， 用式 2 可估计 出上级 事件 的模糊 可能性 。 2 ． 3 TS模糊 故障树 在齿 轮泵故 障树模 型 的基 础上 ，利用 TS模 糊 门来 描 述事件 问的关 系 ，所得 到 的齿轮 泵 TS模糊 故 障树见 图 4 。 假设 ， ． 。 ，z ， ．“ 和 的故障程度 为 0 ． 0 ． 5 ， 1 ． 其隶属 函数 为 S ， 一 ， 一f ] ． 1 ，m， 一 一0 ． 3 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 0 4 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 9年 第 2期 根据 经验 和专家数 据 可得到 TS模 糊 f - I 1 ，见 表 2 。 同理 可得 到 TS模 糊 门 2 、TS模糊 门 3和 TS 模 糊 门 4 。 图 4 齿 轮泵 TS模糊故 障树模型 表 2 T～S模糊 门 1 规 l 则 1 X 2 3 X 4 ．2 7 5 Z 6 O O ．5 l l O 0 O 0 0 0 1 0 0 2 O O O O O O ． 5 0 ． 3 0 ． 4 O ． 3 3 O O 0 O O l O O 1 4 O 0 0 O O ． 5 0 0 ． 1 0 ． 5 0 ． 4 0 0 0 O O O ． 5 O ． 5 O ． 1 0 ． 4 0 ． 5 6 O O O O O ． 5 1 O O l 7 O O O 0 1 O O O l 中 的第 1行代表 的规则 为 规则 1 ， 如果 为 0 ， z z 为 0 ，_z 3 为 0 ， 4 为 0 ， 5 为 0 ， z 6 为 0 ，则 Y 1 为 0的可 能性为 1 ，为 0 ． 5的可能性 为 0 ，为 1的可能性 为 0 3结论 故障树分析法是分析大型复杂系统的安全性和可 靠性的有效工具 。模糊性是故障树分析中客观存在的 问题 。 本 文将 TS模糊 门引入故 障树分 析 中， 用模糊 可能性描 述故 障概率 ，用模糊 数描述 故障程 度 ，克服 了传统故 障树 中求故 障概率 精确值 时 的误 差 ] ，大 大 拓展 了故 障树 的应用 范 围，使 故障 分析结果 更符合 实 际 ，具 有较强 的适应性 和灵 活性 。 参考文献 [ 1 ] 蔡宗平 ， 汤正平 ， 闵海波． 故障树分 析法的专家系统在故 1 ． Sc h o o l o f M a t e r ia l S c i e n c e a n d E n gine e r i n g． Ta i y u a n U n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n d Te c h n o l o g y， Ta i y u a n 0 3 0 0 2 4 ． Ch i n a ； 2 ． Sc h o o l o f Me c h a n i c a l a n d El e c t r on i c En g i n e e r i n g， Gu i l i n Un i v e r s i t y of El e c t r o n i c Te c h n o l o g y， Gu i l i n 5 4 1 0 0 4 ， Chi n a Ab s t r a ct A a ppr o a c h f o r T S f u z z y f a ul t t r e e a na l ys i s i s pr es e nt e d． By i nt r od uc i ng t he f uz z y l o gi c a n d T S mo d el ， t h e ne w f u z z y f au l t t r e e a n al ys i s i s c a pa b l e of ha nd l i ng t he f uz z y i nf or ma t i o n．An e xa mp l e of T S f uz z y f a ul t t r e e an a l y s i s of“ g e a r pump” i s i l l us t r a t e d． The r e s ul t s ho ws t ha t t he met h od i s f l e x i b l e a n d a da p t i v e ． Ke y wo r ds ge a r pump； f au l t di a g no s i s； f a u l t t r e e a na l y s i s 上接 第 9 9页 3 结论 该 工 艺 获得 的焊 接接 头各 项 性 能指 标 均符 合 蒸 汽锅炉安 全技术 监察 规程 要求 。 工 艺评 定合 格 。此焊 接工艺评 定可 以应用 于超 高压锅 炉受压 件上 。运用 本 焊接 工艺 焊 出 的焊接 接 头满 足 蒸汽 锅炉 安 全技 术 监 察规程 和产 品技 术条件 的要求 。 参考文献 [ 1 ] 姜求志 ， 王金瑞． 火力发 电厂金属材料手册[ M] ． 北京 中 国 电力 出版 社 ， 2 0 0 1 ． [ 2 ] 史文耀． 中国材料 工程 大典 第 2 3 卷 材料焊接工程 下 [ M] ． 北京 化学工业 出版社， 2 0 0 6 ． [ 3 ] 李亚江． 焊接组织性能与质量控制[ M] ． 北京 化学工业 出 版 社 ， 2 0 0 5 ． E 4 ] 中华人 民共和 国劳动人事部． 蒸汽锅炉安 全技术监察规 程 E s ] ． 北京 中国劳动 出版社 ， 1 9 9 6 1 - 1 0 9 ． We l d i n g P r o c e d u r e An a l y s i s a n d Qu a l i f i c a t i o n o f 1 C r l 9 Ni 9 S t e e l LI J i e mu， W ANG Xi ang - yu n Ta i y u a n Bo i l e r Gr o u p Co． Lt d ．． Ta i y u a n 0 3 0 0 21 ． Ch i n a Ab s t r ac t 1 Cr l9 Ni 9 s t e e l i s us e d o n pr e s s u r e pa r t s of t h e ul t r a hi gh p r e s s u r e bo i l e r a t f i r s t ．Ba s e d on t h e a na l ys i s of t he we l di n g pr op e r t i e s， t hi s pa p e r s e l e c t e d t he s ui t a bl e we l d i ng me t ho d s， we l di n g ma t e r i a l s，i n s pe c t i o n me t hod s． an d a d op t e d c o r r e s p on di n g me a s u r e s f o r q u a l i t y c o n t r o l t o e n s u r e t h e we l d i n g j o i n t s q u a l i t y t o me e t t h e r e q u i r e me n t s o f p r o du c t t e c h n o l o g y s p e c i f i c a t i o n ． Ke y w o r d s 1 C r l 9 Ni 9 s t e e l ； we l d i n g p r o c e d u r e ； q u a l i f i c a t i o n o f we l d i n g p r o c e d u r e 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m