·60· 故障与诊断 机械 2008年第10期 总第35卷 汽车起重机液压缸爬行的故障树研究 刘希亮，陈小虎 （第二炮兵工程学院，陕西 西安 710025） 摘要：故障树分析是复杂系统可靠性分析的一种重要方法。以汽车起重机液压缸爬行的典型故障为例，介绍了变幅液压缸的工作过程，运用故障树分析的基本原理构建了故障树。通过定性分析得到了导致故障发生的各种可能事件，其中任何一个事件的发生都会引起液压缸爬行；在定量分析的基础上计算出了各事件的重要程度，发现液压缸的摩擦和润滑情况是主要的故障源。根据分析结果提出了故障诊断策略：按照重要程度依次排查，直到找出最终的故障源。 关键词：汽车起重机；液压缸爬行；故障树分析 中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2008) 10－0060－03 Fault tree research on the hydraulic cylinder creeping of the automobile crane LIU Xi-liang，CHEN Xiao-hu (Second Artillery Engineering College，Xi'an 710025，China) Abstract：Failure tree analysis (FTA) is an important method to analyze reliability of complex system. A representative fault phenomenon “hydraulic cylinder creeping” was given as an example. The hydraulic cylinder work process was introduced and the fault tree was built up on the basic theory of fault tree analysis. The qualitative analysis found the possible events which lead to fault. As long as any one happened, the creeping fault would happen. The quantitative analysis calculated the significant degree of all events, of which the friction and lubrication were the primary fault source. From the results the diagnosis strategy was raised: check the events with the significance in order, and find the final fault source in the end. Key words：automobile crane；hydraulic cylinder creeping；fault tree analysis 在工程机械液压系统中，一种故障对应一系列当换向阀处于左位时，压力油经平衡阀8中的单向故障原因，通过故障树可以划分出故障原因的不同阀进入缸9和缸10的下腔，使活塞杆伸出，因两缸层次及各层次所包含的子系统。故障树是一种将系铰接并联于起重臂上，基本上保持同步运动，此时统形式的原因做整体至部分按树枝状逐步细化的示吊臂仰角增大；当换向阀处于右位时，压力油直接意图，层次分明，已广泛应用于系统的故障因果关进入缸9和缸10的上腔，同时，进入顺序控制油路系分析上，能将系统的复杂关系直观地显示出来。 的控制油将顺序阀打开，于是两缸下腔的回油变能汽车起重机是一种常见的工程机械，主要通过经顺序阀回油箱，随着活塞杆缩回吊臂仰角变小。 液压系统完成作业。由于经常出现液压故障，且不2 构建故障树 易诊断和排除，故对其进行故障诊断显得尤为必要。 故障树建立 1 汽车起重机变幅液压原理 以NK－160型汽车起重机变幅机构经常出现的图1为NK－160型汽车起重机变幅液压回路。故障－变幅液压缸爬行为研究对象，运用故障树分起重机吊臂变幅机构主要用来改变作业半径，作业析的基本原理，将故障原因逐步细化，层层推进，高度随之改变，要求能带载变幅，且变幅动作平稳找出导致这一故障的基本原因。在分析过程中，假可靠。图1中，阀6和阀7处于中位，此时泵卸荷设条件：①该回路不受其它回路影响；②不存在人以减少非工作状态时的功率消耗、防止温度升高；———————————————— 收稿日期：2008－05－06 作者简介：刘希亮（1983－），山东德州人，硕士研究生，主要研究方向为机械设备状态监测与故障诊断。
机械 2008年第10期 总第35卷 故障与诊断 ·61· 为干扰因素；③底事件相互独立。 （3）底事件X：X为油箱油量不足；X为导轨12选取“变幅液压缸爬行”作为顶事件，它的发润滑不良；X为油路中形成负压进气；X为接口处34生是由三个原因引起的：一是油源部分、二是控制密封不严；X为溢流阀内泄漏；X为换向阀内泄漏；56回路、三是自身故障，三者只要出现其一，都会导X为平衡阀内泄漏；X为导向套与缸筒不同轴；X789致液压缸爬行，因此用“或”门将它们与顶事件相为进油口吸油进气；X为油液中混有气体；X为1011联。若油源部分出现故障，可能是油箱油量不足，泵轴油封损坏；X为导向压条压得太紧；X为密1213也可能是液压泵故障，任何一个事件发生，都会使封圈太紧；X为活塞杆弯曲；X为活塞杆两端螺1415油源部分无法正常工作，故也用“或”门连接。循母拧得过紧，同轴度下降；X为密封圈失效；X1617此下去可得如图2所示的故障树。 为活塞与缸体磨损；X为缸体与配流盘磨损；X1819为活塞杆与缸盖磨损；X活塞与缸筒磨损。 定性分析 定性分析用于识别故障模式，判明潜在故障，最终指导故障诊断。割集为故障树中一些底事件的集合，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，则该割集就是最小割集。一个最小割集代表 系统的一种故障模式，故障树分析的一个主要任务1.油箱 2.过滤器 3.发动机 4.液压泵 5.溢流阀 6、7.手动联动换向阀 8.平衡阀 9、10.变幅液压缸 就是要寻找故障树的全部最小割集。 图1 NK－160型汽车起重机变幅液压回路 求故障树最小割集的方法很多，常用的有上行T法和下行法两种，本文采用下行法，规定在下行过程中，顺次将逻辑门的输出事件置换为输入事件，MMM231遇到与门就将其输入事件排在同一行，遇到或门就将其输入事件一列，这样直到全换成底事件为止。 MXMMXMM4156278由于本文底事件较多，全部列出较为繁琐，现将求割集和最小割集的全过程按照中间事件M、M12 M MX XXXX MX M M345678910111213和M划分为三个过程。以M为例的求解过程1如31XX XMXXX XXM9表1所示：从步骤1到2，因M下面是或门，所以1014111213151415161在2中M的位置换之以X和M，且竖向串列；从114XXXX17182019 步骤2到3时，因M下面也是或门，同样竖向串列；4图2 NK－160型汽车起重机变幅液压缸树 由此下去，直到第5步。M和M的求解过程2和23过程3方法相同。将求出的割集通过集合运算加以故障树中各符号的含义如下。 简化、吸收，最终得到全部最小割集为：{X}、{X}、12（1）顶事件T：变幅液压缸爬行。 {X}、{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、345678910（2）中间事件M：M为油源部分引起的爬行；1{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、{X}、11121314151617M为控制油路引起的爬行；M为液压缸引起的爬23{X}、{X}、{X}。 181920行；M为液压泵故障；M为管道内存在气体；M456为阀件故障；M为机械故障；M为液压缸故障； 定量分析 M为泵内进气；M为泵内泄漏；M为摩擦阻力过91011故障树定量分析包括顶事件的发生概率和底事大；M为活塞杆故障；M为缸内泄漏；M为泵121314件的重要度等。 内磨损；M为缸内磨损。 15
·62· 故障与诊断 机械 2008年第10期 总第35卷 （1）顶事件的发生概率 上述定性分析总结出了导致“变幅液压缸爬行”顶事件的发生概率是衡量系统可靠性的指标，这一顶事件发生的可能原因，定量分析则进一步量由故障树的结构和底事件的概率决定。假设底事 化了这些原因对顶事件的影响程度，二者有机结合，件的概率为P(t)、P(t)、……、P(t)，对于或 可以为液压缸爬行故障提供详细的诊断策略。 XXX12i门来说，顶事件的发生概率P(t)为： 3 液压缸爬行故障诊断策略 nP(t)=1−∏[1−P(t)] （1） Xii=1在汽车起重机的使用过程中，变幅液压回路经结合故障树，各底事件的发生概率如表2所示，常出现故障：在发动机供油量、变幅换向阀开度不当t＝1000 h时，计算得顶事件发生概率％。 变的情况下，吊臂运动速度不稳，时快时慢，且吊（2）底事件的概率重要度 重越大，这种现象越明显。 实践证明，液压系统中各部件并不是同等重要对于上述液压缸爬行的故障诊断，可以按照由的，有的部件一有故障就会引起回路故障，有的则简到繁、由易到难的原则；首先通过目测法，检查不然。一般认为，一个部件故障对顶事件发生的贡油箱液面及液压回路是否存在外泄漏；然后在定性献称为概率重要度，可用顶事件的发生概率对某个和定量分析的基础上，确定各事件的检查顺序为：底事件的发生概率的偏导数表示，即： X、X、X、X、X、X、X、X、X、X、X、1213219201691041415I=∂P(t)∂P(t) （2） XXiiX、X、X、X、X、X、X、X、X；从这些事817185673111式中：I为底事件X的概率重要度。 Xii件的概率重要度来看，变幅液压缸自身对故障的影汽车起重机变幅液压缸爬行故障树中各底事件响较大，因此，重点对液压缸进行分析检查；将液概率重要度见表2，其排序为： 压缸拆卸，检查导轨和活塞的润滑情况、密封圈是I=I>I>I=I>I>IXXXXXXX否失效、缸内各部件的磨损状况，尤其是活塞杆的121321920169=I>I>I=I>I>I=I XXXXXXX弯曲、刚度及紧固情况；然后检查液压泵的工作状104141581718>I=I=I>I>I>IXXXXXX567311况，主要是泵内是否吸入空气以及因部件磨损造成的泄漏；最后检查控制油路的各种阀件。通过上面表1 求割集与最小割集的过程1 步骤 过程1 由主到次、由表及里的检查判断，可以基本上分析1 M 1出液压缸爬行的故障原因，为维修人员的现场排除2 X M 143 X X M 1910故障提供依据和方法。 4 X X X X M 191011145 X X X X X X19101117184 结束语 表2 底事件发生概率和概率重要度 底事件 发生概率（%） 概率重要度（%）本文运用故障树分析的基本原理，对汽车起重 1机变幅液压回路经常出现的故障进行了定性和定量X 3分析，并将两者结合给出了液压缸爬行的诊断策略。X 5此法可以推广到其它工程机械液压系统的故障诊X 断，具有较大的应用价值。 7X 9参考文献： X [1]黄志坚，等. 液压设备故障诊断与监测实用技术[M]. 北京：机械X 11X 工业出版社，2005. X 13[2]徐宗昌. 保障性工程[M]. 北京：兵器工业出版社，2002. X 15[3]陈桂芳. 液压与气动技术[M]. 北京：北京理工大学出版社，2006. X [4]夏廷栋. 液压系统的使用与管理[M]. 北京：机械工业出版社，1986. 17X [5]李河清，等. 叉车液压系统起升液压缸无力的故障树分析[J]. 机床X 19X 与液压，2008，（2）：199－201.
