故障樹分析法在某型架橋機故障診斷中的應用

摘 要：以某型架橋機兩主梁縱向走行不同步為研究對象，介紹了利用故障樹分析法對該故障進行診斷分析的方法。從系統(tǒng)故障樹的建立，到故障樹的定性分析，全面分析了該故障的原因，并依據(jù)故障樹進行排查和診斷。該方法簡便、可靠、使用，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：故障樹分析；液壓系統(tǒng)；同步故障；故障診斷

1 概述

1.1 故障樹分析法

故障樹分析是系統(tǒng)可靠性和安全性分析的工具之一，于1961年由美國貝爾實驗室開發(fā)。它用事件符號、邏輯門符號和轉(zhuǎn)移符號描述系統(tǒng)中各種事件之間的因果關(guān)系。故障樹分析法是把所研究系統(tǒng)的最不希望發(fā)生的故障狀態(tài)作為故障分析的目標，找出直接導致這一故障發(fā)生的全部因素，再找出導致下一級事件發(fā)生的全部直接因素，直至不需再查的因素為止。故障樹分析法以故障樹為根據(jù)，分析系統(tǒng)發(fā)生故障的各種原因和途徑，在系統(tǒng)使用維修階段，可幫助故障診斷、改進使用維修方案。

1.2 節(jié)段梁架橋機

某公司用于某跨海大橋的TP50/2300型節(jié)段梁架橋機，設(shè)計吊重荷載2300噸，為該項目施工的關(guān)鍵設(shè)備。該架橋機由主體結(jié)構(gòu)（主梁、前支腿、后支腿、前后中支腿）、起升系統(tǒng)（起重天車、卷揚機具）、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)等組成。該架橋機有前后兩個中支腿。中支腿是整個架橋機的關(guān)鍵部件之一，其主要起著支撐和頂升整個架橋機、驅(qū)動架橋機前移過孔等作用。它由滑動支承、回轉(zhuǎn)鉸座、縱移機構(gòu)、主桁架支撐、旋轉(zhuǎn)臺、橫移機構(gòu)、支撐梁和頂升裝置等組成。中支腿縱移機構(gòu)位于主桁軌道正中的帶孔槽鋼滑道平面內(nèi)，其工作原理是通過液壓站控制液壓縱移油缸伸縮，利用縱移車上的兩個Φ60銷子在主桁槽鋼滑道上來回插拔來實現(xiàn)整個架橋機的前進。其液壓系統(tǒng)工作原理見圖1。圖中：1-油路開關(guān)，2-油泵，3-濾油器，4-溢流閥，5-單向閥，6-換向閥，7-單向閥，8-分流集流閥，9-快速接頭，10-液壓油缸，11-帶排氣測壓接頭。在施工過程中發(fā)現(xiàn)架橋機兩邊主梁走行不同步，由于架橋機過孔時兩邊主梁走行不同步會造成整機失穩(wěn)，具有極大的危害性，因此必須及時解決該故障。

2 故障樹的建立

建造故障樹的目的是通過建樹過程更好地對系統(tǒng)進行了解，從中找出容易發(fā)生故障的環(huán)節(jié)，以便更好地進行維修，并為故障樹定性分析提供前提。

2.1 建樹的方法和步驟

在建樹之前，應收集并分析相關(guān)技術(shù)資料。建樹的方法有很多，對文章中的故障可以采用演繹法進行人工建樹。演繹法建樹應從頂事件開始由上而下，循序漸進逐級進行，步驟如下：（1）分析頂事件，尋找引起頂事件發(fā)生的直接的必要和充分的原因。將頂事件作為輸出事件，將所有直接原因作為輸入事件，并根據(jù)這些事件實際的邏輯關(guān)系用適當?shù)倪壿嬮T相聯(lián)系。（2）分析每一個與頂事件直接相聯(lián)系的輸入事件。如果該事件還能進一步分解，則將其作為下一級的輸出事件，如同（1）中對頂事件那樣進行處理。（2）重復上述步驟，逐級向下分解，直到所有的輸入事件不能再分解或不必要再分解為止。這些輸入事件即為故障樹的底事件。

2.2 構(gòu)建故障樹

文章針對“兩主梁縱移走行不同步”這一故障采用故障樹分析法進行系統(tǒng)分析，建造故障樹，以快速發(fā)現(xiàn)故障原因，及時解決該故障。首先做如下假設(shè)：（1）各底事件之間相互獨立；（2）事件均為二值性且不存在外界干擾因素；（3）各管路和連接接頭完好。在故障樹中，頂事件、中間事件、底事件分別用T、M、X符號表示，樹中各符號的意義分別為：（1）頂事件T：兩主梁縱移走行不同步。（2）中間事件M：M1為主梁摩擦力相差過大，M2為主梁荷載不同，M3為同步閥故障，M4為縱移油缸故障，M5為同步閥失靈，M6為縱移油缸外泄，M7為縱移油缸內(nèi)泄。（3）底事件X：X1為主梁摩擦系數(shù)相差過大，X2為主梁荷載相差過大，X3為同步閥誤差大，X4為固定節(jié)流孔堵塞，X5為主閥芯移動受阻，X6為系統(tǒng)壓力不足，X7為減壓閥彈簧失靈，X8為密封圈破損，X9為液壓缸體變形，X10為液壓缸體有劃痕，X11為柱塞與缸體配合磨損嚴重。通過分析，建立該故障的故障樹見圖2。

3 故障樹的分析

3.1 定性分析

故障樹定性分析的主要目的是：尋找導致與系統(tǒng)有關(guān)的不希望事件發(fā)生的原因和原因的組合，即尋找導致頂事件發(fā)生的所有故障模式，辨明潛在的故障。一個系統(tǒng)的最小割集代表一種故障模式，故障樹定性分析的任務就是要尋找故障樹的全部最小割集。計算最小割集的常用方法有上行法和下行法兩種。針對本故障，文章采用“下行法”求最小割集。由于本故障樹均由或門構(gòu)成，因此它的最小割集為{X1}、{X2}、{X3}、{X4}、{X5}、{X6}、{X7}、{X8}、{X9}、{X10}、{X11}，即這些事件中只要有1個發(fā)生就會導致頂事件的發(fā)生，在診斷過程中需要根據(jù)實際工況逐個進行分析判斷。

3.2 故障排查及診斷分析

由故障樹可以清楚地看出造成該故障的所有因素，可以用排除法對最小割集進行排查。步驟1：對于造成M1主梁摩擦力相差過大的所有底事件X1、X2，通過觀察可以發(fā)現(xiàn)兩主梁下部與滑板接觸面均平滑且潤滑良好，兩邊主梁荷載基本相同，故可排除{X1、X2}。步驟2：對于M6縱移油缸外泄，通過外觀檢查發(fā)現(xiàn)液壓缸無漏油現(xiàn)象，可排除{X8、X9}。對于M7縱移油缸內(nèi)泄，將兩縱移油缸不通過同步閥而通過兩單動閥進行聯(lián)動試驗，發(fā)現(xiàn)兩油缸離一個行程還有300mm左右時，兩油缸均較架橋機滯后15mm，說明兩油缸同步，無內(nèi)泄現(xiàn)象，可排除{X10、X11}。步驟3：針對M3同步閥故障，將縱移油缸通過同步閥進行過孔聯(lián)動，通過測量發(fā)現(xiàn)，施工方向左側(cè)油缸在伸出500mm時，較右側(cè)油缸滯后20mm；將左右側(cè)縱移油缸的油管對換，并通過同步閥進行過孔聯(lián)動，通過測量發(fā)現(xiàn)，施工方向右側(cè)油缸在伸出500mm時，較左側(cè)油缸滯后16mm。因此，可初步判定是同步閥故障。為避免發(fā)生誤判，采用“比較法”，即把同步閥卸下，換上同型號的合格的同步閥，重復上述檢查過程，發(fā)現(xiàn)兩縱移油缸伸出速度相同，兩主梁縱移走行同步，從而可確定故障的真實原因在同步閥。故障原因縮小在{X3、X4、X5、X6、X7}中。步驟4：對卸下的同步閥進行解體檢查，發(fā)現(xiàn)主閥芯被污物卡死，無法移動，使兩出口流量不同，從而導致進入兩縱移油缸的液壓油量不同，致使兩主梁走行不同步。對主閥芯進行清洗、裝配好后重新安裝在油路中，運行發(fā)現(xiàn)兩主梁縱移走行同步良好，從而確定故障原因為X5。

4 結(jié)束語

文章介紹了故障樹分析法，并通過發(fā)生的故障實例介紹了故障樹的分析程序。通過對故障樹進行定性分析，快速有效地找出故障發(fā)生的原因，減少了不必要的工作，節(jié)省了診斷時間，取得了較好的效果。

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作者簡介：孫浩（1985-），男，安徽渦陽人，工程師，本科。