基于故障树分析的挖掘机液压系统故障诊断.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 NG ＆ AUT0MATI ON No． 2 Apr ． 文章 编 号 1 6 7 2 6 4 1 3 2 0 0 9 0 2 0 1 0 7 0 2 基于故障树分析的挖掘机液压系统故障诊断 张武松 ，王新 晴，徐兴 宇 解 放 军 理 工 大学 ，江 苏 南京 2 1 0 0 0 7 摘要 将故障树分析法运用于工程机械 复杂液压系统的故障诊断中 ， 针对典型液压系统建立故障树 ， 并进行故 障分析与排除。该方法实用有效 ，在实际维修 中收到 了很好的效果 。 关键词 故障树 ；液压系统 ；故障诊断 中图分类号 TD 4 2 2 ． 2 TP 2 7 7 文献标识码A 0 引言 液 压挖掘机是 土石方工程 机械化施 工 中的重要 机 械之一 ，在建筑 、道路 、水利水电、矿山和国防等工程 施工 中都有着十分广泛 的应用 ， 但是 ， 其复杂的液压系 统也给维修人员带来不便 。 比如国产某 型轮式挖掘 机的 液控操 纵阀组是进 口 日本东芝 的产 品， 其所 有换 向阀以 及大部分单 向阀、溢 流阀等 2 O多个液压阀均密封在 箱 体内部， 而且液压系统的故障症状与故障原因不是一一 对应的 ， 而是存在着重叠与交叉 ，因果关 系复杂 ， 使液 压系统的故 障具有隐蔽性和复杂性 。因此 ， 在生产 实践 中检查液压系统 的运行状态是 否正 常， 确定 液压 系统 故 障的性质 ， 寻找故 障部位 和原 因 ， 进 而提出相应 的排除 故 障的措施 ，对保 障工程机 械的正 常运 行是 十分重要 的。 本文引入故障树分析法 ，对该 型挖掘机液压 系统典 型故障作具体分析。 该方法可以简化故障诊断过程， 使 故障症状和原因的关 系变得简单明了。 1 故障树分析 法概述 故 障 树分 析 F A T， F a u l t T r e e An a l y s i s 是 可靠 性设 计 及故 障 诊 断技 术 中 的一 种 有 效 方法 。是 美 国 B E I I 电话 实 验室 的 Wa t s o n和 Me a r n s首 先提 出来 的 。故障树分 析法就是在 系统设计 过程 中 ．对可 能造 成系统故障的各种因素由总体至部件按树枝状逐级细 化 ，画 出逻辑框 图 故 障树 ，从 而确定 系统 故 障原 因 的各种可能组合 方式及其 发生概 率 ．制定故 障诊 断和 检修 流程 ．寻找故 障检测最 佳部位 。 2建立液压 系统 故障树 2 ． 1 液 压 系统 原 理 图 与 功 能 国产某型 高速 挖掘机 采用双 泵双 回路全 功率变 量 液压 系统 ， 动臂液压缸 Gd 1 、 G d 2主要 由液 压泵 P 2 供 液 ， 液压泵 P 1 输 出油液压力 可调节插装 阀 I D的开 口 大小 ．并与液压 泵 P 2合 流 ，共同 向动臂液压 缸供液 ， 充分利 用了发动机功 率 。 动臂伺 服 阀 S d l 、 S d 2控制动 臂换 向阀 Hd动 作 ， 由此 实现 动臂的举 升和下 降 。 单 向 收稿 日期2 0 0 8 0 8 0 4 ；修 回日期 2 0 0 8 1 1 - 0 4 作者简介 张武松 1 9 8 0 一 ， 男 ． 安徽淮北人 ． 在读硕士研究生 。 节流 阀 J d 3 、D d 3可构成 液压锁 ，控制 动臂下降 速率 。 动臂支 路液压 系统原理 图见 图 1 。 2 ． 2 故 障现 象 支腿支 路工作正 常 ，但 动臂液压 缸达不到 额定工 作压 力 ，动臂 举升无 动作 ，影 响工程施 工 。 2 ． 3根据 系统原理 图建立 故障树 为了正确 地建立 系统故 障树 ，必须 熟悉液压 系统 工作 原理 ，要 求分析人 员对系 统设计 的工艺要求 、技 术规 范 、工作 流程等 文件和资 料有透彻 的 了解 ，并 具 有 比较 丰富 的设 计和运 行经验及 较高 的知识水平 和严 密清 晰的逻辑 思维能力 。由动臂支路 液压系统原理 图 及故障现象可建立如图 2所示的故障树 。 3 故 障树结 构 函数 的建立与 故障分析 3 ． 1 故 障树 结构 函数 的建立 故 障树 顶 事件 的状 态 由底 事 件 的状态 X 取 值决 定 ，结 构 函数用 X 来表 示 X 一 X l 。 X2 ， X 3 ， ⋯ ， X l 5 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 1 由图 2所 建立的液 压系统故 障树 逻辑关 系可得 X 一 X l X 2 X7 X8 X9 X1 o X 1 1 1 2 1 3 X1 { 十 X3 X 4 X5 X l s X6 。 ⋯ 2 其 中“ ”表示逻辑 或 ，即至少一 个输入 事件发 生时 输出事 件发生 ；“”表示逻辑 与 ，仅 当所 有输入事 件 发生时输 出事件 才发生 。 3 ． 2 由故障树 结构 函数 求取故 障范 围 工程 机械 的复 杂液压 系统 的各执 行机构 油路之 间 都 有一些 公共部分 ，若有一 个执行机 构 正常工作 ，则 可推 出公 共部分没 有故 障。本文所讨 论 的故 障现象 是 支腿支路工作正常，但动臂液压缸操作时无响应。分 析该挖掘机支腿支路液压系统得知 支腿支路工作正 常 ，则公共部分即液压泵 P 2油路工作正常，底事件 、 、 。不发 生 ； 伺 服控制支 路公共 部分正 常 ， 底 事件 X 不发 生 ； 回油路 工作正 常 。 底事件 X 不发生 。 同时 ，由于 液压泵 P 2油路工 作正常 ，液压泵 P l 油路 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 1 O 8 机 械 工 程 与 自 动 化 2 0 0 9 年 第 2期 工 作是 否正 常不会 对液压缸 无响应 产生影 响 ，可不去 探 明 。经 简化 ，可 得 一 X X。 X 。 X s 。 ⋯ ⋯ ⋯ ⋯ 3 L 于 是故 障原 因就 压缩 到动臂 换 向 阀 Hd 、动 臂液 压缸 Gd l ， Gd 2 、 液 压锁 部 分 J d 3 ， D d 3 、 过 载 保 护 机 构 D d 1 、 Y d l ， D d 2 、 Yd 2 和动臂 伺服 阀范 围内。 图 1 国产某型高速挖掘机动臂支路液压系统原理 图 说 明 底 事 件． 中 中 间 事 件， [ 顶 事 件 图 2 动臂支路液压系统故 障树 3 ． 3 故 障 分 析 根据现场维修 经验 ，动臂液 压缸 的故障形 式主要 为泄 漏 ，外泄漏我 们可 以比较直观 地看 到 ，内泄漏较 轻会造成动臂液压缸举升缓慢， 不会使液压缸无动作； 根 据单 向阀工 作原理及特性 分析得 知 ，液压锁 及过载 保 护机 构一般不 会导致 系统 故障 。经 以上分析 ，初步 判 断故 障发生在 动臂换 向阀和动臂 伺服 阀部分 ，测量 动臂伺服 阀工作状 态下油路 压力 ，发现 达不到 工作要 求 ，拆卸检 查后发 现伺服 阀阀芯卡 死 ．修 复后故 障得 到解决 。 4结语 1 故 障树分析法 直观形象 地表达 了液压 系统 的 内在联系和逻辑关系，可对各零部件故障对系统故障 的影响及 传播途 径进行 分析 ，为系统 的改进 提供 了依 据 。 2 通过分 析故 障树及 液压系统 原理 图 ，可有效 快 速地得 出产生 故障 的原因及 原因组 合 ，及 时解决 出 现的故障。本文针对高速挖掘机动臂液压缸无动作故 障现象建 立故 障树 ，结 合原理 分析增 加限制 条件将原 来许 多底事 件迅速 排 除 ．具有 实用快 捷性 。 参考文献 [ 1 ] 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 o ． Y- 2 3 邵延峰 ． 薛红军 ． 故 障树分析法在 系统故障诊断中的应用 [ J ] ． 中国制造业信 息化 ， 2 0 0 7 1 7 2 7 4 ． 英文 摘要转 第 1 1 l 页 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 0 9年 第 2期 机 械 工 程 与 自 动 化 擦力 变化 曲线 ．经过仿真 分析发 现 ，在倾 斜角度 为 6 。 时机 器人 出现 倒退现 象 。随着倾 斜角 度的增加 ，稳定 运 行所需静摩 擦力增 大但动摩擦 力变 化很小 。 Z ＼ 、 蝼 登 图 6 不同倾斜角度下摩擦力的变化 曲线 4 试验样机 运行试验 结果 依据上 述设计方 案 ， 制作 了一个原 始试验 样机 见 图 7 ，机体 直径约 为 4 0 mm，长度约 为 2 0 0 mm，给 直线致动器 提供不 同的伸缩长 度和速 度信号 ．记录机 图 7 最初试 验样机的图片 器人 的运行 速度 ，可 以看 出，机器人 的运行速度 与电 机轴 的伸缩 长度没有关 系 。图 8为在 电机轴伸 长和收 缩速 度相等 时机器人 的运行速 度和伸缩 速度之 间的关 系曲线 ．可 以看 出，它们呈 直线关系 。 5 结论 本文提 出了一种仿 生介入微 机器人 ，利用致 动器 的伸 缩和机体 与环境 管壁间 的摩 擦力 的周期性 变化实 现 了机器人 的前 进和 后退 ，通 过分析 和试验可 以得 到 以下 结论 1 当粘附力 一定 时 ， 机 器人有 一定 的爬坡 能力 ， 在本 文的仿 真 中， 该 机器人最 大可 以爬 越 的坡 度为 6 。 。 2 当直线致动器伸出轴的伸长和收缩速度相等 时 ，机器人 的运行速 度将随 着致动器 伸缩速度 的增加 而增 加 ，它们 呈线性 关系 。 ， 量 、 三 ＼ 、 世 瑙 - 翡 图 8 机器人运行速度 和直线致动器伸缩速度关系曲线 参 考 文 献 [ 1 ] D e n n y M． T h e r o l e o f g a s t r o p o d p e d a l mu c u s i n l o c o mo t i o n [ J ] ． N a t u r e ， 1 9 8 0 ， 2 8 5 5 1 6 O 一 1 6 1 ． [ 2 ] 陈柏 ， 周银生 ， 康剑 莉。 等． 一种新型仿蜗牛微机器人 的研 究E J ] ． 中国机械工程 ， 2 0 0 3 ， 1 4 2 2 1 9 5 4 1 9 5 7 ． [ 3 ] 张永顺 ， 邓宗全 ． 贾 振元 ， 等． 管内轮式 移动机器人弯道内 驱 动 控制 方法 [ J ] ． 中 国机械 工程 ， 2 0 0 3 ． 1 3 1 8 1 5 3 4 15 3 7． [ 4 ] 李 增刚． AD AMS入 门详 解与实 例[ M] ． 北京 国防工 业 出 版 社 ， 2 0 0 6 ． Re s e a r c h 0 n a Bi o n i c I nt e r v e nt i 0 n a I M i c r o r o b o t W AN G W e n qu a n， CH EN Bai C o l l e g e o f Me c h a n i c a l a n d E l e c t r ic a l E n g i n e e r i n g． N a n j i n g Un i v e r s i t y o f Ae r o n a u t ic s a n d As t r o n a u t ic s ． Na n j i n g 2 1 0 0 1 6 ， C h i n a Ab s t r a c t Ba s e d on t he g a s t r o po d’ S mot i on pr i nc i pl e s， a no v e l bi on i c mi c r o～ r ob ot whi c h c o ul d i n t e r v e ne i n ar t e r y wa s i n t r o du c e d． And a bo ut t he r o bot ， i t s i mul a t e d t h e r ol e s o f ga s t r o po d’ S muc us ． t h er e by a l a r g e di f f e r e n c e o f t h e f r i c t i on f or c e be t we e n t he c a bi n uni t a nd t h e p r o pul s i v e u ni t o f t h e r ob ot s i n m l t a n e ou s l y c a me i n t o b e i ng． Al o ng wi t h t h e mo t or ’ S e l o ng a t i n g a nd s hr i nki ng． t h e r ob ot wo ul d a c hi e v e f or wa r d l oc o mo t i o n or ba c kwa r d l o c omot i on． The r ob ot ’ S v i r t ua l pr ot o t yp e wa s bui l t wi t h t he s of t war e ADAM S a n d t h r oug h t he s i mul a t ion t he mo t i o n p r i nc i pl e o f t he r ob ot wa s p r o v e d． Th e r e l a t i o ns hi p b et we e n t he l oc omo t i o n s p e e d of t h e r ob ot a nd t he e xt e ns i on s p e e d of t he 1 i ne a r a c t ua t o r wa s a na l yz e d ex pe r i men t a l l y． Ke y wor ds i nt e r v e nt i o na l mi c r o r o bo t b i o ni c； ga s t r o po d； s i mul a t i o n e生业 业坐 } e 业生 e堂 业}坐 业 尘 业 } 业业 }业 }坐 业业 业坐坐业 坐 e坐坐生坐坐 上接第 l O 8页 Fa u l t Di a g n o s i s 0 f Ex c a v a t o r Hy dr a u l i c S y s t e m Ba s e d 0 n Fa u l t Tr e e Ana l y s i s ZHANG W u s o ng， W ANG Xi n qi n g， XU Xi ng - yu P I A Un i v e r s i t y o f S c ie n c e a n d Te c h n o l o g y， Na n j i n g 2 1 0 0 0 7． Ch i n a Ab s t r a c t Fa ul t t r e e a na l y s i s i s a do pt e d i n t h e f a u l t di a gn o s i s of t he hy dr a ul i c s y s t e m of c o ns t r uc t i on ma c hi ne r y ．Ac c o r d i n g t O t h e t y pi c a l hy dr a ul i c s y s t e m f au l t，t hi s p a pe r bu i l ds u p t he f a ul t t r e e a n d c a r r ys on a na l ys i s ．I t i s a n e f f e c t i v e wa y i n t he l o c a l m a i nt e n a nc e． Ke y wo r ds f au l t t r e e； hy dr a ul i c s y s t e m ； f a ul t di a g nos i s 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m