基于故障树的叉车液压系统故障诊断研究.pdf

2 0 1 1 年 9月 第 3 9卷 第 1 7期 机床与液压 MACHI NE TOOL HYDRAUL I CS S e p ． 2 01 1 Vo l _ 3 9 No ． 1 7 DOI 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 13 8 8 1 ． 2 0 1 1 ． 1 7 ． 0 4 3 基于故障树的叉车液压系统故障诊断研究 苏欣平 ，吴学深 ，杨成禹 ，肖汇。 ， 杨钢 1 ．军事交通学院军事物流系，天津 3 0 0 1 6 1 ； 2 ．军事交通学院研究生二队，天津 3 0 0 1 6 1 摘要将故障树分析法运用于叉车液压系统的故障诊断中，针对液压系统的失效模式及故障机理 ，建立了故障树，并 进行故障分析与排除。实践证明，该方法简便、可靠、实用，用于液压系统故障诊断，能取得预期的效果。 关键词故障树；叉车；液压系统；故障诊断 ‘ 中图分类号T H 7 0 7 文献标识码 B 文章编号1 0 0 1 3 8 8 1 2 0 1 1 1 71 3 82 S t ud y o n Fa u l t Di a g no s i s f o r t h e FO r k l j f t Hy d r a u l i c S y s t e m Ba s e d o n Fu z z y Tr e e Ana l y s i s M e t h o d S U Xi n p i n g ， W U Xue s h e n ，YANG Ch e ng y u ，XI AO Hui ，YANG Ga ng 1 ． Mi l i t a r y L o g i s t i c s D e p a r t m e n t ，A c a d e m y o f Mi l i t a ry T r a n s p o rt a t i o n ， T i a n j i n 3 0 0 1 6 1 ，C h i n a ； 2 ． N o ． 2 P o s t g r a d u a t e T r a i n i n g B r i g a d e ， A c a d e m y o f Mi l i t a ry T r a n s p o rt a t i o n ， T i a n j i n 3 0 0 1 6 1 ，C h i n a Ab s t r a c t F a u l t t r e e a n a l y s i s me t h o d wa s u s e d t o f o r k l i ft h y d r a u l i c s y s t e m f a u l t d i a g n o s i s ．Ac c o r d i n g t o f a i l u r e mo d e s a n d f a i l u r e me c h a n i s m o f t h e h y d r a u l i c s y s t e m ，t h e f a u l t t r e e w a s b u i l t ， a n d f a i l u r e a n a l y s i s a n d e x c l u s i o n w a s c a r r i e d o u t ．P r a c t i c e p r o v e s t h a t t h e f a u l t t r e e a n a l y s i s me t h o d i s e a s y ，r e l i a b l e a n d p r a c t i c a1．An t i c i p a t i v e r e s u l t s c a n b e a c h i e v e d wh e n i t i s u s e d t o d i a g n o s e h y d r a u l i c s y s t e m f a u l t ． Ke y wo r ds F a ul t t r e e； Fo r k l i ft； Hy d r a u l i c s y s t e m ； F a u l t d i a g n o s i s 叉车广泛用 于车站 、码 头 、机场 、货场 等场所 ， 对各种运输工具实施物资的装卸搬运，广泛用于仓储 物资的堆垛、拆垛 、运输以及舱内、车内、库内物资 的装卸搬运。它一方面能够提高物资作业效率 ，降低 人员劳动强度，缩短作业时间；另一方面能够提高作 业质量，降低作业成本，提高经济效益。而液压系统 作为叉车的 “ 心血管系统”部分 ，其对系统的功能 和效率产生的影响巨大。若液压系统一旦失效将会导 致系统的失效，从而造成严重的经济损失。因此 ，对 叉车液压系统的分析及故障诊断尤为重要。 1 叉车液压系统故障树的建立 故障树分析法是把所研究系统的最不希望发生的 故障状态作为故障分析的目标 ，然后找出直接导致这 一 故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生 的全部直接因素，一直追查到毋需再深究的因素为 止 。 现以某叉车升降无力液压系统故障为例。某叉车 液压系统原理如图1 。根据原理图分析，可知起升油 路路线为从齿轮泵 1 1出来 的高压油经二位二通电 磁阀71 、单向阀到前起升液压缸2 前起升液压缸 2的负载小于后起升液压缸 3的，所 以前起升液压缸 1 一手动卸荷阀 2 一前起升液压缸 卜 后起升液压缸 4 一前移液压缸 5 一倾斜液压缸 一 侧移液压缸 7 一组合 电磁 阀 7 ． 1 一二位二通电磁 阀 7 ． 2 一 比例 阀 7 ． 卜 三位 四通 电磁 阀7 ． 4 一主 溢 流阀7 ． 5 一 补油 阀 7 ． 6 一 过 载 阀 7 ． 7 一 三 位 四通 电磁 阀7 ． 8 一单 向溢流 阀7 ． 9 一三 位 四通 电磁阀 8 一透气装置 9 一回油过滤器l O 一液压泵 电机I 1 一低噪声齿 轮 泵l 2 一 油箱 图 1 某叉车液压系统原理图 2先动作 ，推动前起升液压缸 2工作；当前起升液 压缸 2 运行到位时，高压油流向后起升液压缸 3 ，推 动后起升液压缸 3 动作。通过前、后起升液压缸的动 收稿日期2 0 1 0 0 8 2 3 作者简介苏欣平 1 9 6 1 -- ，男 ，博士，教授，研究方向为流体传动与控制的教学与研究。Em a i l s u x i n p i n g 一 2 0 O 8 1 6 3．c o m。 第 1 7期 苏欣平 等基于故障树的叉车液压系统故障诊断研究 1 3 9 作实现叉车起升。叉 车下降油路路线为 后起升液 压缸 3及前起升液压缸 2里的液压油经比例阀 7 2 、 回油过滤器 9回油箱 1 2 ，实现货叉下降功能。 根据原理图分析故障机理，形成以叉车升降无力 液压系统的故障树如图2所示。 图 2 某叉车升降无力故障树 其中置 表示液压缸活塞密封不 良，内泄，其 故障概率为 6 ． 2 0 X 1 0 一；X 2 表示活塞杆拉毛别劲 ， 其故障概率为 2 ． 0 0 X 1 0 一； 表示油温过高 ，内泄 增加 ，其故障概率为 3 ． 6 0 X 1 0一；咒 表示油箱损坏 ， 导致外泄，其故障概率为 1 ． 5 0 X 1 0 ～；X 5 表示液压 泵损坏，其故障概率为 1 ． 3 5 X 1 0 ～；X 6 表示滤油器 损坏 ，其故障概率为 8 ． 2 0 X 1 0 ～；X 7 表示油箱油量 不足 ，其故障概率为 2 ． 1 0 X 1 0 ～；X 表示溢流 阀卡 死在打开位置，其故 障概率为 5 ． 7 0 X 1 0～；X 9 表示 单向阀卡死 ，其故障概率为 5 ． 0 0 x 1 0 ～； 。 表示组 合电磁阀 阀芯磨 损，内泄，其故 障概率 为 3 ． 5 0 X 1 0 一；置 表示组合电磁阀 0型密封圈破损 ，其故障 概率为 1 ． 2 01 0 一；X 表示单 向节流阀卡死 ，其故 障概率为4 ． 0 0 X 1 0 ～；X ． 3 表示液压油管管接头漏油， 其故障概率为 1 ． 2 0 X1 0 ～。 2故障分析 2 ． 1 定性 分析 1 最小割集求取 所谓割集是指故障树中底事件的集合，当这些底 事件都发生时 、 顶事件必然发生。若将割集中所含的 底 事件任意去掉一个就不 再成为割集 ，这就是最小割 集。一个最小割集代表一种故障模式，故障树定性分 析的任务就是寻找全部最小割集。作者利用上行法求 出图2故障树全部最小割集。所建系统故障树布尔代 数表达式 为 一 T 蜀 X 7 墨 1 0 X l 1 1 2 X i 3 1 X 3 由上行法运算得该例中全部最小割集就是全部底事 件 ，即为 { } ， { } ， { } ， { 置 } ， { } ， { } ， { 蜀 } { 墨 } ， { 蜀 } ， { 。 } ， { } ， { X } ， { X } 2 结构重要度分析 结构重要度分析是从故障树结构出发分析各底事 件的重要程度。通过这种重要度，可从结构上了解各 底事件对顶事件的发生影响程度大小 ，以便按重要度 顺序进行故障诊断。利用最小割集可排出结构重要度 顺序，方法如下 ①当最小割集中的底事件个数不相等时，底事件 少的割集中的底事件比底事件多的割集中的底事件结 构重要度大。 ②当最小割集中的底事件个数相等时，重复在各 最小割集中出现的底事件，比只在一个最小割集中出 现的底事件的结构重要度大；重复次数多的比重复次 数少的结构重要度大。 ③在底事件少的最小割集中出现次数少的事件与 底事件多的最小割集中出现次数多的相比较 ，一般前 者大于后者 。 由上述3条规则 ，可以得出图2各底事件的结构 重要度排序如下 X l X 2 Y 3 X 4 X 5 X 7 X S 墨 X 1 0 Xl 】 X1 2Xl 3 上述排序将底事件分成了 3个结构重要度等级 ， 置 为第一等级，其结构重要度最大；蜀 为 第二等级 ，结构重要度次之；X 。 一 ， 为第三等级 ， 结构重要 度最小 。 2 ． 2 定量分析 1 最小割集发生的概率 最小割集发生概率是系统可靠性分析中的重要指 标，通过各事件发生的概率和最小割集 ，可以求出最 小割集发生的概率 ，并通过排序 ，如表 1 所示，概率 发生大的先诊断。 表 1 叉车升降无力故障树定量分析 下转第8 6页 8 6 机床与液压 第3 9卷 为了检测硬质合金球在 研磨加工过程 中的振动变 化 情况 ，作者同时对表面有环 带的合 金球在研磨加工 的 0、1 ． 5、2、2 ． 5、3 ． 5 、5和 6 h 后 ，分别检测 了其研磨 振动信号。各个时间段内研 磨振动的平均振幅如图 9所 示。 可以很 清楚地看 到 在 时间， h 图9 硬质合金球研磨加 工过程中的振动振 幅变化情况 硬质合金球表面的环带基本消除前后 即研磨加工 的2～ 3 ． 5 h附近时间 ，振动振幅的斜率变化 比较明 显；在环带基本消除后 ，继续对合金球进行精加工时 加工后的 5 6 h ，研磨振动 的斜率变化比较小 ； 在研磨加工的 1 ． 5 h 后，振动有出现反复的情况。这 些都与图 8 所示的精密球体研磨加工过程中的球度变 化情况基本 一致。 因此，通 过研磨振 动的检测来 分析球体状态 主要是球度变化的方法是比较合理的。 4结论 精密球在现代工业中占有非常重要的地位 ，其研 磨加工主要采用研磨机或其他相近设备。随着对精密 球研磨加工的精度要求越来越高，保证精密球研磨加 工质量 、提高研磨加工效率是其中至关重要的一环。 保证研磨加工质量 ，提高研磨加工效率的基本方法是 对研磨加工工艺进行优化。而要对精密球研磨加工的 工艺参数进行优化，就必须首先 了解球体研磨的状 态，了解球体的球度变化等信息。由于球体球度的测 量比较复杂且不易经常进行，作者考虑通过其他参数 的测量来评定球体的球度，这其中对研磨装置和研磨 球体最有效的测试参数就是振动。因此，分析研磨装 置和研磨球体的振动特性是了解球体研磨状态和进行 研磨优化控制的基础。通过对精密球体研磨过程中振 动信号的检测，可以及时了解球体研磨的状态，为研 磨加工的工艺优化和控制提供依据。 利用传感器、数据采集卡和虚拟仪器软件L a b V I E W 研制的振动信号采集和分析处理系统，可实现 多测点、分布式振动场数据测量与动态信号分析处 理。从时域、频域等多个角度的分析表明在精密球 研磨加工过程中，精密球研磨加工中的振动幅值与研 磨压力 、研磨转速等因素有关；通过对研磨振动的测 量、分析，可以有效地对精密球研磨加工过程进行监 控，能够生产出高精度的精密球。 参 考文 献 【 1 】 夏其表， 戴勇， 王洁． 精密球体研磨加工的在线检测与优 化控制[ J ] ． 机电工程 ， 2 0 1 0， 2 7 1 1 51 7 ． 【 2 】高天晖， 陆峰． 精密球研磨精度的在线监控 [ J ] ． 机械设 计与制造， 2 0 0 6 2 1 1 7 1 1 9 ． 【 3 】张正松， 傅尚新， 冯冠平 ， 等． 旋转机械振动监测及故障 诊断[ M] ． 北京 机械工业出版社， 2 0 0 1 ． 【 4 】 秦展田， 任成祖． 陶瓷球研磨加工在线监测系统的研究 [ J ] ． 机床与液压， 2 0 0 7 ， 3 5 2 1 8 41 8 5 ． 【 5 】 郭杰． 基于虚拟仪器的切削振动检测与分析系统的研究 [ D] ． 南京 南京航空航天大学 ， 2 0 0 6 ． 【 6 】 姜春雷， 张也晗， 查玉成． 轴承振动的测量 [ J ] ． 哈尔滨 轴承 ， 2 0 0 7 ， 2 8 1 4 4 4 5 ． 【 7 】 梁德沛， 李宝丽． 机械工程参量的动态测试技术[ M] ． 北 京 机械工业出版社 ， 2 0 0 2 ． 上接第 1 3 9页 2 重要度分析 重要度是指当一个底事件发生时，其对顶事件发 生概率的贡献程度。文中采用最小割集诊断重要度。 最小割集的诊断顺序是根据其诊断重要度而定的，诊 断重要度大的最小割集优先诊断。引入最小割集诊断 重要度概念 ，即当系统发生故障时，最小割集发生的 概率，最小割集诊断重要度数学表达式为 D I F MC S P c 5 l S 式中 指第 i 个最小割集；D I F MC S 指第 i 个最 小割集的诊断重要度 ；P MC S ； I |s 指系统发生故障的 条件下 ，第 i 个最小割集发生的概率。算的各最小割 集重要度如表 1 所示。 重要度大的优先进行诊断，由数据可知，当叉车 升降无力或不能升降时，应最先诊断油箱油量是否不 足及液压泵是否损坏 ，其次是诊断液压缸活塞密封和 油温过高的情况，之后 ，再诊断控其他概率大的元件 是否发生故障。 3 结束语 通过建立故障树列出某叉车升降无力液压系统的 主要故障原因，有助于掌握叉车液压系统故障规律和 特征。结合实际发生的故障，对已建立的故障树进行 定性与定量分析，并在维修配件等方面优化选择，以 便减少故障发生率，延长叉车正常运行时间。实践表 明，故障树分析法能够提高故障诊断的效率及准确性。 参考文献 【 1 】 陆望龙． 实用液压机械故障排除与修理大全[ M] ． 长沙 湖南科学技术出版社 ， 2 0 0 4 ． 【 2 】 李浩 ， 杨今云． 故障树分析法在数控加工中心故障诊断 中的应用[ J ] ． 机床电器 ， 2 0 0 6 3 1 8 2 0 ． 【 3 】王玉萍． 机械设备故障诊断技术及应用[ M] ． 西安 西北 工业大学出版社， 2 0 0 1 ．