防爆液压提升机制动系统的可靠性仿真.pdf

2 0 1 0年 1 O月 第 3 8卷 第 1 9期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAULI CS Oc t ．2 01 0 V0 1 ． 3 8 No ． 1 9 D OI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 l一3 8 8 1 ． 2 0 1 0 ． 1 9 ． 0 3 7 防爆液压提升机制动系统的可靠性仿真 刘 乐平 ，林凤 涛 华东交通大学江西省载运工具与装备重点实验 室，江西南昌 3 3 0 0 1 3 摘要以矿用防爆液压提升机制动系统为对象建立其故障树模型，运用蒙特卡罗法对制动系统关键部位可靠性进行仿 真分析。实际使用情况及仿真结果表明，在防爆提升机液压制动系统中采用基于故障树的可靠性仿真分析，能够提高可靠 性分析精度，发现制动系统的薄弱环节，为制动系统维修提供科学依据。 关键 词 故 障树 ；防爆液压提升 机 ；制动 系统 ；可靠性仿 真 中图分类号T P 1 8 文献标识码A 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 0 1 91 2 9 3 Re l i a bi l i t y S i mul a t i o n o f Br a ke Sy s t e m o f Ex p l o s i o n pr o o f Hy dr a u l i c Ho i s t L I U L e pi n g，LI N F e n g t a o J i a n g x i P r o v i n c e K e y L a b o r a t o r y o f C o n v e y a n c e a n d E q u i p m e n t ，E a s t C h i n a J i a o t o n g U n i v e r s i t y ，N a n c h a n g J i a n g x i 3 3 0 0 1 3 ，C h i n a Abs t r a c tTh e f a u l t t r e e mo d e l o f t h e br a ke s y s t em o f e x p l o s i o n p r o o f h y d r a ul i c ho i s t wa s b u i l t ．Th e r e l i a bi l i t y s i mul a t i on s a b o u t ma i n p a r t s o f t h e b r a k e s y s t e m we r e ma d e b a s e d o n Mo n t e C a r l o a n a l y s i s ． P r a c t i c a l a p p l i c a t i o n a n d s i mu l a t i o n r e s u l t s i n d i c a t e t h a t i n t h e b r a k e s y s t e m o f e x p l o s i o n p r o o f h y d r a u l i c h o i s t ，u s i n g r e l i a b i l i t y s i mu l a t i o n b a s e d 0 n f a u l t t r e e mo d e l c a n e n h a n c e t h e p r e c i s i o n o f r e l i a b i l i t y a n a l y s i s ，fi n d o u t t h e we a k l i n k ． T h i s me t h o d c a n p r o v i d e r e f e r e n c e f o r t h e ma i n t e n a n c e o f t h e b r a k e s y s t e m． Ke y wo r d s F a u l t t r e e ；E x p l o s i o n p r o o f h y d r a u l i c h o i s t ；B r a k e s y s t e m ；Re l i a b i l i t y s i mu l a t i o n 作为矿用防爆液压提升机 安全运行的关键环 节，提升机制动系统的可靠性水平直接关系到整机可 靠性 ，并同时影响到矿井生产和生命安全。对提升机 制动系统 进行可靠性分析，研究提高其可靠性的途 径和措施，对提高生产效益、保障安全生产及延长设 备使用寿命，都具有较强的现实意义和经济价值。 作者采用故障树 分析手段，建立起 J K Y 2 ． 0型 防爆液压提升机制动系统的可靠性框图，并仿真计算 得到其可靠性数值，为提高提升机液压制动系统的可 靠性和进行有效的故障分析提供科学依据 。 1 可靠性仿真基本模型 1 ． 1 系统 故 障树模 型 设 系统 由 n个基本 单元组 成 ，用 S 表示 系统 ，则 有 S ，z ，⋯ ， ，⋯ ，Z } 表示 系统 由 n个基 本 单元组成 ，每 个基 本 单 元 的失 效 分 布 函数 为 F t i 1 ，2 ，⋯ ，n 。 1 ． 2逻 辑 关 系 故障树是系统中各事件之间的逻辑关系图 ，对 于大型复杂系统 ，用系统的故障树表示蒙特卡罗仿真 逻辑关系。故障树的顶事件 为系统 s的失效事件， 其底事件为基本单元的 i 1 ，2 ，⋯，n 失效事 件。故 障树 的结 构 函数 用 [ t ]表 示 ，其 中 t [ t ，⋯ t ]， t i 1 ， 2 ，⋯，n 表 示第 i 个 底事件 的状 态变量 ，取 ，、 f 1 在 t 时刻第 i 个底事件发生 ， ， 、 一 0 在 t 时刻第 i 个底事件未发生 用 t 表示顶事件在 t 时刻 的状态变量 ，则有 c ， { 筹 蓁 辜 箨 生 c2 1 ． 3 防爆 液 压提 升机 制动 系统 故 障树 卜 制 动系统故 障 61一 制动器 开闸失效 一制 动力矩不足G 3 一制动 油压低 一 制动 器液压缸 不动作 6 一 正压 力不足 G 6 一 盘形制动 器的 摩 擦系数 降低 一溢 流 阀的压力低G 一辅助泵 出现故 障 G 。 一蝶 形弹 簧 故障 一 回油 缓慢 G ． ～ 闸瓦表面被液压 油液污染 x ，一 网式滤 油器 堵塞 一辅助泵 出现故障 一 回油 不畅通 一液 压缸本身滑 动部位配 合过 紧 x 一 闸瓦 间隙过大 一 闸瓦过 热而烧流 或变焦 r一 溢 流阀 的 密封损坏 ～溢流阀的阀芯磨损 ～弹簧疲劳 x , o -- O 动活塞卡缸 ， 一液压油液污染 x 一液控换向阀的加工精度低 一制动器液压缸 内活塞 的密封 圈破 损 图 l 制动系统故障树结构图 收稿 日期 2 0 1 0 0 5 0 4 基金项目江西省教 科研项目 G J J 0 9 2 1 0 ；江西省教育厅产学研项 目 G J J 0 9 0 0 5 ；载运工具与装备省部共建教育部 重点实验室开放基金资助项 目 作者简介刘乐平 1 9 6 5 一 ，男，教授 ，高级工程师。研究方向为机电一体化、液压与气动。Em a i l j x l l p 1 6 3 ． e o n l 。 1 3 0 机床与液压 第 3 8卷 通过查找使用维 修记 录 、相关 数据 和资料 一 ， 以故障树的底事件作为 系统 的基本单元 的失效事件 ， 以系统故障树中有可能产生故障的各液压元件及有关 油路作为基本单元 ，建立 J K Y 2 ． 0型防爆液压提升机 制动系统故 障树如图 1 所示 。 故障树结构 函数可以简化为 ， f l n [ 1 一 ] 3 2 蒙特卡罗法仿真模型建立 2 ． 1 蒙特卡 罗法可靠性仿真基本思路 用蒙特卡罗法 ，对 n个基本单元寿命进行随 机抽样 ，取得 每个 基本 单 元 失效 时 间 的简 单样 本 ， 即 F i- 7 i l ，2 ，⋯，n ，其 中 叼为 0 ，1 区间上均匀随机变量 。进行 Ⅳ次仿 真 ，在第 ． 次仿真 运行中，第 i 个基本单元失效时间抽样值表示为 t t 叩 ，其中 7 是第 i 个基本单元第 次抽取 的随机数 。抽样 n 个 基本单 元 的失效 时 间为 t t ⋯ ，t 将这 n个失 效时 间按其取 值大小进 行排序 ， 顺序为 t t ⋯t ，与之相应 的基本单 元排 列顺序 为 z ，z ，⋯，z ，按照 以上顺序 ，首先 将基本单 元 置为失效状 态 ，系统 状态发 生改变 ，模拟 时钟 ￡t ⋯则所有基本单元 在此时刻的状态变量为 f t ,j 4 t O t t ． 在第 次 仿 真 运 行 中 t 时 刻 的 系 统 状 态 函 数 ， t [ t ，⋯ ， ， t ]和 顶 事 件 的 状 态 变 量 t ， [ t ]，根据系统仿真逻辑关系判断系统 S在此时刻是否处于失效状态 。若 ， t 1 ，令系统 寿命的抽样值 t t 第 次仿真结束 ；否则将基本 单元 2 ， 置于失效状态，系统状态发生改变，模拟时 钟 t t 一 再检查系统 S是 否发生失效 ，如此进行 下 去 ，直 到某基本单元 。 发生 失效而 引起系统 处于 失 效状态为止 ，系统寿命的抽样值 t t 。 。此时第 次 仿真运行结束。 重复上述步骤，直到 Ⅳ次仿真结束 ，然后采用 区间统计法进行 系统失效数的分 布统计 ，评估系统各 项可靠性指标。 2 ． 2 可靠性指标的点估计计算 1 基本失效率修正 系数 在不同的使用 环境 中，须对基本 失效率 A 乘 以 一 个修正系数 ，即AK A 。 。根据提升机的使 用情况 ，K 值应取为 2 0 3 0 ，对其进行 服从均匀 分 布的随机抽样 。 2 系统失效数 设系统最大工作时 间为 t ⋯ ，将 0 ， t 分成 m个区间，则每个间隔为 A t t m a x ／ m ，统计在时间间 隔 [ t ，t ]内系统失效数用 A m， 表示，则 V A m ， ∑ ￡ 卜 ． t ≤t 5 1 3 系统的不可靠度 当tt ， 时，不可靠度 F ， P ≤ 塞 t 4 系统的失 效概率分布 在 t t ≤t ， 区间内，失效分布 1 N P f ， P 一 ， ≤t r ∑ 6 △m N 7 则元件或系统失效分布密度函数 t P t ／ A t ， 一 A m ， ／ A t ， N 8 5 系统的平均寿命 MT B F M T B F E 一∑[ t P t r ] 9 6 重要度 基本单元模式重要 度 用来 判断系统 可靠 度 的薄弱环节 ，定义为 WN 1 0 2 ． 3 J K Y 2 ． 0型防爆液压提升机制动系统可靠性仿真 仿真程序流程图如图2所示。 图2 制动系统仿真程序流程图 第 1 9期 刘乐平 等防爆液压提升机制动系统的可靠性仿真 1 3 1 l 2 3 0． 2 9． 0 4． 5 2 ． 3 6． 1 l 1 ． 2 1 O． 3 4． 5 1 5 ．1 0． 9 1 5． 2 1 ． 5 8．1 3 仿真结果 在计算机上使用 M a t ， l a b语 言 编 写 程 序 ，对 制 动系统进行可靠性仿真。 取 随 机 抽 样 次 数N 效概率服从指数分布 ，平均寿命 MT B F为 5 5 6 ． 0 9 0 5 h 。 2 由图3可知，当提升机工作 6 0 0 h后应加强 对制动系统的检修，及时更换工作油液和密封件、补 充工作油 ，从而降低制动系统发生故障的可能性。 3 由 表 2可 知 ，与 其 他 元 件 相 比 ， 、 、 5 0 0 0 ， t 2 0 0 0 h ，并 0 2 0 0 4 0⋯ 0 ～ 6 00 80 0 1 000 9 、 模式重要度较大，为系统的薄弱环节，即闸瓦 盯 】 日 ． ／ h 将 t 划 分为 2 0个 区间 ， 过热 、溢流 阀的密封 、弹簧疲劳 、液压油液污染为提 每个 区间 1 0 0 h 。输 出 结 图 提升机液压制动系 升机液压系统的薄弱环节 ，这与实际使用情况是一致 果见 图 3和 表 2 。根 据输 统可靠度曲线图 的 。因此，应高度重视这些元件的性能及质量，它们 出结果 ，可以得 出 是影 响设 备 工作 可 靠性 的关 键 因素 ，如果要 改 进 系 1 提升机液压系统的失效率 A 0 ． 0 0 1 5 2 4 1 8 ，失 统 ，应 优先考 虑这些元部件。 表 2 基本单 元的模 式重要度 参考文献 【 1 】彭佑多， 张永忠， 刘德顺 ， 等． 液压防爆提升机的发展概 况[ J ] ． 矿山机械， 2 0 0 1 9 2 2 2 5 ． 【 2 】叶笑洋． 液压提升机现存技术问题分析及其解决方案 [ J ] ． 工矿 自动化 ， 2 0 0 2 5 2 3 2 6 ． 【 3 】吴定海， 张培林 ， 傅建平 ， 等． 基于故障树分析的液压系 统故障诊断专家系统研究[ J ] ． 液压与气动 ， 2 0 0 7 7 7 98】 ． 【 4 】国家机械工业局． J B 8 9 1 8 1 9 9 9 液压防爆提升机和提 升绞车安全要求 [ s ] ． 北京 机械工业部机械标准化研 究所 ， 2 0 0 0 ． 【 5 】王丽丽． 防爆液压提升机液压系统的故障树分析与研究 [ D] ． 阜新 辽宁工程技术大学， 2 0 0 6 ． 【 5 】肖刚， 李天柁． 系统可靠性分析中的蒙特卡罗法[ M] ． 北 京 科学 出版社 ， 2 0 0 2 3 6 6 3 ． 法因数控推出国内领先水平深孔钻床 近日，法因数控制造的两台 D D 2 5 ／ 2型深孔钻床在东方锅炉顺利通过验收，该机床的精度和稳定性均达到国内领先水 平 ，非常适合在锅炉 和核 电行业推广使用。 深孔钻是机械制造行业中用于深孔加工的高精度数控机床，需要解决刀具冷却、排屑以及孔的直线度等方面的难题，目 前国内替代进 口的产品较少。 据介绍，D D 2 5 ／ 2型深孔钻床的立柱、工作台、立板等大型件均为铸件，从而提高了机床的刚性及稳定性；同时，机床 的定位精度和关键部位的装配精度颇高；改进密封圈部分的结构，以加强对钻杆的支撑刚性 ；改进钻杆的夹持方式，在完全 解决 了夹持不牢的问题的同时 ，还大幅提高了夹持钻杆 的回转精度 ；将主轴轴承的润滑方式为 油脂润滑 ，主轴箱的密封 方式 也有了很大的改进，成功解决了主轴高速运转时温升过高的问题；冷却泵为螺杆泵 ，在大幅降低机床噪声的同时提高了稳定 性，并通过使用可调变频电机 ，增加对冷却液流量的实时调节功能，使流量的调节更方便也更有效。 国内最大桥式双龙门数控镗铣床正式投用 9月9日，在河南洛阳中信重工的机加工部车间里 ，国内最大的桥式双龙门数控镗铣床正式投入使用。 当天，刚安装就位的9 m 3 0 m桥式双龙门数控镗铣床就开始加工国产大飞机项目的大型部件。这台由北京第一机床厂 生产的具有世界领先技术 的数控机床是 目前我国该类设备中规格最大 、功能最全 、加工精度最高的核心装备 ，它 同时创下了 中信重工购进单台设备投资最高的记录。 据悉 ，此 台数控桥式双龙门镗铣床加工行程 3 0 m，龙门加工宽度 9 m，加工高度 8 m，属重型机械加 工设 备 ，可进行超 大尺寸和超大重量零件的加工，广泛应用于国防军工、工程机械、矿山机械、船用壳体、汽轮机、大型环保设备制造行业的 大型复杂零件的粗、精加工。它的此次加盟将使中信重工进一步确立其在高端制造领域地位。 据中国工业报报道