基于故障樹(shù)的吊鉤裝置應(yīng)急開(kāi)鉤故障技術(shù)歸零方法的研究與應(yīng)用

張行 任冠楠 李向東

摘 要：本文針對(duì)某型號(hào)產(chǎn)品在試驗(yàn)中出現(xiàn)的應(yīng)急釋放功能失效的故障，采用技術(shù)歸零的思想和故障樹(shù)的方法分析，定位故障原因，并有針對(duì)性的制定整改措施，更換產(chǎn)品材質(zhì)，優(yōu)化了產(chǎn)品特性，最終消除了故障。

關(guān)鍵詞：技術(shù)歸零;質(zhì)量問(wèn)題;故障樹(shù)

中圖分類(lèi)號(hào)：TH213 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）18-0064-02

1 技術(shù)歸零“五條標(biāo)準(zhǔn)”的內(nèi)涵

技術(shù)歸零“五條標(biāo)準(zhǔn)”是指“定位準(zhǔn)確、機(jī)理清楚、問(wèn)題復(fù)現(xiàn)、措施有效、舉一反三”五條要求。

定位準(zhǔn)確：?jiǎn)栴}定位分析可通過(guò)故障樹(shù)等方法或試驗(yàn)等手段從上到下層層分解，由系統(tǒng)逐步定位到單機(jī)、部件，直至零件、元器件、原材料，問(wèn)題定位可結(jié)合機(jī)理分析進(jìn)行。

機(jī)理清楚：分析質(zhì)量問(wèn)題產(chǎn)生的深層次原因，確定問(wèn)題的底事件，分析、判斷質(zhì)量問(wèn)題發(fā)生的原因。必要時(shí)應(yīng)采取失效分析等技術(shù)手段。

問(wèn)題復(fù)現(xiàn)：故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)原則上應(yīng)在故障發(fā)生時(shí)相同或類(lèi)似環(huán)境、條件下進(jìn)行。無(wú)法完全再現(xiàn)故障環(huán)境的，可以進(jìn)行故障模擬試驗(yàn)，故障模擬試驗(yàn)應(yīng)能重現(xiàn)有關(guān)的故障現(xiàn)象。確實(shí)無(wú)法進(jìn)行故障復(fù)現(xiàn)試驗(yàn)，或會(huì)造成災(zāi)難性危害和巨大經(jīng)濟(jì)損失的故障現(xiàn)象，可進(jìn)行原理復(fù)現(xiàn)。

措施有效：制定糾正措施，明確需更改的設(shè)計(jì)文件和工藝文件及已制品和在制品的處理意見(jiàn)。措施應(yīng)能有效排除故障原因及其影響，并落實(shí)到相關(guān)技術(shù)和管理文件中。

舉一反三：根據(jù)本產(chǎn)品情況，提出有針對(duì)性的舉一反三要求，并開(kāi)展同類(lèi)產(chǎn)品的舉一反三工作。

2 故障定位

2.1 應(yīng)急釋放原理

應(yīng)急釋放原理示意見(jiàn)圖1。在載荷臂上掛有負(fù)載的情況下，扳鎖臂壓滾壓到凸輪上端面圓弧面上，圓弧面的圓心線與凸輪轉(zhuǎn)軸（電爆螺栓）中心線重合，當(dāng)電爆螺栓作用后，凸輪轉(zhuǎn)軸飛出，凸輪在壓滾的壓力N作用下繞傳動(dòng)桿（O點(diǎn)）順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)壓滾滾離凸輪上端面后，在外負(fù)載的作用下，扳鎖臂繞P點(diǎn)逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，機(jī)構(gòu)解鎖，負(fù)載釋放。

2.2 可能的故障原因

通過(guò)對(duì)吊鉤裝置結(jié)構(gòu)和應(yīng)急釋放工作原理進(jìn)行分析，筆者以吊鉤裝置應(yīng)急釋放未開(kāi)鉤為頂事件建立故障樹(shù)，分析了造成頂事件發(fā)生的因素包括：電爆螺栓未動(dòng)作、電爆螺栓軸移動(dòng)距離不達(dá)標(biāo)、凸輪卡死。針對(duì)上述因素逐條深入，對(duì)故障原因進(jìn)行分析定位，建立故障樹(shù)見(jiàn)圖2。

2.3 故障原因排查

為進(jìn)一步定位故障，將故障吊鉤裝置的側(cè)板拆下，觀察內(nèi)部結(jié)構(gòu)情況，發(fā)現(xiàn)電爆螺栓軸已與主體分開(kāi)，說(shuō)明電爆螺栓收到應(yīng)急釋放信號(hào)并觸發(fā)，同時(shí)說(shuō)明供電正常。從手動(dòng)側(cè)板的保護(hù)殼體中取出電爆螺栓軸，取出過(guò)程中不存在卡滯且應(yīng)急保護(hù)殼后段的聚氨脂墊片有明顯變形痕跡，說(shuō)明電爆螺栓軸移動(dòng)到位。觀察故障狀態(tài)下的各部件位置見(jiàn)圖3，發(fā)現(xiàn)在外載荷作用下，扳鎖臂壓滾緊壓在凸輪上端圓弧面上，傳動(dòng)桿緊壓在側(cè)板的圓弧孔面上，凸輪向下移動(dòng)了約2mm并卡住，未能順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)到解鎖位置。

通過(guò)上述分析，排除了電爆螺栓未動(dòng)作或動(dòng)作不到位的可能性，發(fā)現(xiàn)吊鉤裝置內(nèi)部凸輪機(jī)構(gòu)卡死是導(dǎo)致應(yīng)急釋放故障的直接原因。按照故障樹(shù)提供的底事件，凸輪卡死可能的原因如下：（1）凸輪及相關(guān)零件加工尺寸不符合圖紙要求;（2）凸輪及相關(guān)零件材料不符合要求。

查閱該吊鉤裝置各零件的檢驗(yàn)記錄及裝配檢驗(yàn)記錄，發(fā)現(xiàn)各零件加工尺寸和裝配符合圖紙和工藝要求。通過(guò)查閱吊鉤裝置研制過(guò)程的設(shè)計(jì)及試驗(yàn)文件，發(fā)現(xiàn)該設(shè)備樣機(jī)的凸輪和壓滾材料為40Cr，樣機(jī)通過(guò)了應(yīng)急釋放等功能試驗(yàn)及“六性”相關(guān)試驗(yàn)驗(yàn)證，功能性能均滿(mǎn)足技術(shù)要求。為進(jìn)一步提升吊鉤裝置“三防”特性并減輕設(shè)備重量，該設(shè)備的壓滾材料和凸輪材料在后續(xù)生產(chǎn)階段更換為T(mén)C4，更換后未進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證。因此，吊鉤裝置應(yīng)急釋放故障借助故障樹(shù)分析及排除法定位為凸輪及相關(guān)零件材料不符合要求。

3 機(jī)理分析

根據(jù)故障定位的結(jié)論，對(duì)凸輪裝置卡死狀態(tài)進(jìn)行機(jī)理分析。

參照吊鉤裝置受力簡(jiǎn)化圖（見(jiàn)圖4），初始的掛載Fp，在經(jīng)過(guò)力的傳遞后，最終凸輪上端弧面的受力N=（l1l3/l2l4）Fpsinθ。

加載后加載指示燈變“亮”，說(shuō)明扳鎖臂的壓滾壓到凸輪上端弧面上觸發(fā)了觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)。在應(yīng)急功能自檢時(shí)，凸輪轉(zhuǎn)軸釋放，凸輪將在上端弧面的壓力N下以傳動(dòng)桿為轉(zhuǎn)軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)，從而解鎖吊鉤機(jī)械鎖緊狀，此時(shí)凸輪的受力情況（見(jiàn)圖5）分析如下：

凸輪在壓力作用下轉(zhuǎn)動(dòng)需滿(mǎn)足方程：Ns>FH+fL，即Ns>FH+NμL，即壓滾與凸輪間的摩擦系數(shù)μ

4 問(wèn)題復(fù)現(xiàn)

將已用過(guò)的電爆螺栓軸復(fù)裝到設(shè)備上，并將凸輪等零件復(fù)位。在設(shè)備上掛100kg載荷，手動(dòng)將電爆螺栓軸快速拉出，摸擬應(yīng)急釋放，設(shè)備未打開(kāi)。多次重復(fù)上述試驗(yàn)，設(shè)備均未開(kāi)鉤，故障穩(wěn)定復(fù)現(xiàn)，不存在偶發(fā)性。

將材料為40Cr的樣機(jī)凸輪和壓滾拆下并替換發(fā)生故障的產(chǎn)品中凸輪和壓滾，模擬應(yīng)急釋放過(guò)程，吊鉤裝置均可正常開(kāi)鉤。查閱相關(guān)文獻(xiàn)可知，材料為40Cr的凸輪和壓滾理論摩擦系數(shù)約為0.1～0.15，小于機(jī)理分析的最大摩擦系數(shù)0.232。

通過(guò)比對(duì)試驗(yàn)，證明了問(wèn)題出現(xiàn)的原因與機(jī)理分析的結(jié)果相吻合，進(jìn)一步驗(yàn)證了機(jī)理分析的結(jié)論。

5 措施有效及舉一反三

針對(duì)上述原因分析及試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果，對(duì)故障產(chǎn)品制定了整改措施如下：（1）重新生產(chǎn)一批材料為40Cr凸輪和壓滾，并且經(jīng)檢驗(yàn)加工尺寸等指標(biāo)滿(mǎn)足要求;（2）將加工生產(chǎn)合格的材料為40Cr的凸輪和壓滾重新裝配到故障產(chǎn)品中，重新進(jìn)行產(chǎn)品應(yīng)急釋放功能試驗(yàn);（3）應(yīng)急釋放試驗(yàn)通過(guò)后，更換在生產(chǎn)的同批次吊鉤裝置的凸輪和壓滾并逐個(gè)進(jìn)行整機(jī)檢驗(yàn)。

經(jīng)實(shí)際檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，重新更換材料為40Cr的吊鉤裝置凸輪和壓滾后，產(chǎn)品應(yīng)急釋放功能均可正常實(shí)現(xiàn)，證明整改措施制定合理有效。對(duì)其他同型產(chǎn)品采取了相同的整改措施，優(yōu)化了產(chǎn)品設(shè)計(jì)，從根本上消除了該產(chǎn)品出現(xiàn)應(yīng)急開(kāi)鉤故障的可能。

6 技術(shù)歸零總結(jié)

綜上所述，通過(guò)對(duì)吊鉤裝置應(yīng)急釋放故障建立故障樹(shù)逐級(jí)定位，結(jié)合機(jī)理分析和故障復(fù)現(xiàn)的比對(duì)試驗(yàn)，提出了更換吊鉤裝置內(nèi)部凸輪和壓滾部件的材質(zhì)的解決措施，經(jīng)過(guò)應(yīng)急釋放的功能試驗(yàn)驗(yàn)證，確認(rèn)故障消除，證明通過(guò)故障樹(shù)的方法定位問(wèn)題準(zhǔn)確，整改措施合理有效，可有效的解決該問(wèn)題。從吊鉤裝置技術(shù)歸零過(guò)程可以看出，執(zhí)行技術(shù)歸零的五條標(biāo)準(zhǔn)可以從根本上排查和解決產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題，有效地杜絕產(chǎn)品質(zhì)量問(wèn)題的重復(fù)發(fā)生。

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