一種抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的故障樹分析

劉志芳

【摘 要】本文介紹了一種抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能，分析了傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的兩種故障模式，并分別建立了兩種故障的故障樹;進(jìn)行了故障樹定性分析，求得故障樹的最小割集;進(jìn)行了故障樹定量分析，計(jì)算頂事件發(fā)生的概率及底事件相對(duì)概率重要度;通過故障樹分析確定了設(shè)計(jì)上的薄弱環(huán)節(jié)，并提出了改進(jìn)措施，提高產(chǎn)品的可靠性。

【關(guān)鍵詞】傳動(dòng)機(jī)構(gòu);故障樹;故障樹分析;可靠性

中圖分類號(hào)： U672.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A文章編號(hào)： 2095-2457（2019）03-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.096

Fault Tree Analysis of a Grab Device Drive Mechanism

LIU Zhi-fang

（China Academy of Atomic Energy Sciences， Beijing 102413， China）

【Abstract】This paper introduces the structure and function of a grasping device transmission mechanism， analyses two kinds of fault modes of transmission mechanism， and establishes two kinds of fault tree respectively; conducts qualitative analysis of fault tree， obtains the minimum cut set of fault tree; conducts quantitative analysis of fault tree， calculates the probability of top event occurrence and the relative probability importance of bottom event; and divides the fault tree into three parts. The weaknesses in design are analyzed and determined， and improvement measures are put forward to improve the reliability of products.

【Key words】Transmission mechanism; Fault tree; Fault tree analysis; Reliability

0 引言

故障樹分析（Fault Tree Analysis，F(xiàn)TA）是運(yùn)用自上而下的演繹法對(duì)結(jié)構(gòu)逐級(jí)分析，尋找導(dǎo)致某種故障事件（頂事件）的各種可能原因，直到最基本的原因，并通過邏輯關(guān)系的分析確定潛在的設(shè)計(jì)缺陷，以便采取改進(jìn)措施。本文依照GJB/Z 768A-1998《故障樹分析指南》[1]對(duì)該抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)FMECA分析出的重要故障進(jìn)行了故障樹分析，形成了故障樹分析報(bào)告，并通過邏輯關(guān)系的分析確定潛在的設(shè)計(jì)缺陷，以便采取改進(jìn)措施。

1 功能和結(jié)構(gòu)

抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的作用是驅(qū)動(dòng)抓取裝置上下運(yùn)動(dòng)，實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)抓取裝置所受到的拉力和壓力，并提供過載保護(hù)。

抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)通過滾珠絲杠裝置使被抓取物體上升或下降，它主要由滾珠絲杠裝置、蝸輪減速器、傳感器組及電機(jī)和手輪機(jī)構(gòu)組成。

蝸輪減速器通過密封的磁力聯(lián)軸節(jié)、蝸輪組、牙嵌式安全離合器將電機(jī)扭矩傳遞給絲杠;滾珠螺母在絲杠旋轉(zhuǎn)時(shí)移動(dòng)，使抓取裝置上升和下降;傳感器組用于控制抓取裝置運(yùn)動(dòng)和給出抓取裝置位置的信息;在電機(jī)不能工作時(shí)將由手輪機(jī)構(gòu)執(zhí)行被抓取物體的上升或下降，同時(shí)通過開關(guān)通知電機(jī)斷開。

2 抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)故障樹構(gòu)建

在進(jìn)行故障樹分析前，對(duì)產(chǎn)品FTA分析進(jìn)行如下約定：故障樹中的底事件之間是相互獨(dú)立的;每個(gè)底事件和頂事件只考慮其發(fā)生或不發(fā)生兩種狀態(tài)。

抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)FMECA分析出的重要故障如下：抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法操作抓取裝置;抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封失效。

（1）抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法操作抓取裝置

故障樹構(gòu)建如圖1。一個(gè)最小割集代表系統(tǒng)的一種故障原因，設(shè)計(jì)中如果能做到使每個(gè)割集中至少一個(gè)底事件發(fā)生概率極低，則頂事件發(fā)生概率就會(huì)極低。

（2）抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封失效

故障樹構(gòu)建如圖2。頂事件描述：抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)在運(yùn)行狀態(tài)下必須保證零件與零件之間的密封、零件本身的氣密性能達(dá)到要求，若氣密性不能達(dá)到要求即為故障狀態(tài)。

故障樹定性分析如下：抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封失效故障樹最小割集為{X31}，{X32}，{X33}。

故障樹定量分析如下，運(yùn)用一階近似算法求解頂事件發(fā)生概率：P（T3）=7.92×10-6;

底事件相對(duì)概率重要度計(jì)算：Ip1=0.985;Ip2=0.009;Ip3=0.006

3 結(jié)論及改進(jìn)措施

從故障樹分析結(jié)果可以得出如下幾條結(jié)論：（1）在設(shè)計(jì)中盡量降低一階最小割集的發(fā)生概率，也可以在設(shè)計(jì)中加入冗余設(shè)計(jì)，減少一階最小割集的數(shù)量。（2）引起抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)密封失效的原因：密封隔板變形、緊固件松脫及密封元件損壞。

改進(jìn)措施：（1）抓取裝置傳動(dòng)機(jī)構(gòu)無法操作抓取裝置，可選擇可靠性高的外購件（電機(jī)、軸承），提高傳動(dòng)鏈的可靠性;（2）密封失效，可選用高可靠性的密封元件，并定時(shí)更換;選用剛度高的材料制造密封隔板;緊固件在設(shè)計(jì)中采取防松措施。

【參考文獻(xiàn)】

[1]GJBZ 768A-1998故障樹分析指南.