基于故障树的弯管机液压系统故障分析_杨猛.pdf

o基础油中的摩擦性能试验研究 润滑与密封，（）：，o，oo o oo o o ，（）：，oo o o o o oo ：，引用本文：张天亮，王婷婷，隋雨婷，等 不同摩擦状态下 镁合金磨损行为研究 液压气动与密封，（）：，o o o o oo ，（）：基于故障树的弯管机液压系统故障分析杨 猛，刘 伟，李 浩，王永芝，刘亚喆，梁 柯（河南航天液压气动技术有限公司，河南 郑州）摘 要：弯管机系统由机械系统、液压系统、电气控制系统及冷却系统组成，以弯管机液压系统为研究对象，分析了液压系统可能出现的故障以及其形成原因，通过建立液压系统故障树和计算结构重要度系数定性地对弯管机液压系统进行故障分析，实现易发故障预警和故障快速定位功能，提高了弯管机可靠性。此分析法可扩展至其他领域。关键词：故障树；弯管机；液压系统；结构重要度中图分类号：文献标志码：文章编号：（）o o o Y g，Yg，Y，（o o oo o，o，）：o oo o ，oo oo o o，o o ，o o o o，o o o，o o oo ，o o，o o o ：；o ；o 引言弯管机作为管材弯曲的主要机械设备，被广泛应用于船舶领域、电力施工领域、公铁路建设领域及桥梁领域等。随着我国综合国力的不断提升和各类弯曲管材需求量的不断增加，对弯管机械生产设备弯管机的可靠性和安全性要求正在不断提高。弯管机操作方收稿日期：作者简介：杨猛（），男，山西忻州人，工程师，硕士，主要从事液压气动系统设计。便、工作效率高，其工作原理：在电气控制系统的监控下，由液压系统为机械系统所要完成的预定动作提供动力，冷却系统进行辅助将管材弯曲成型，其中液压系统作为动力源是极易出现故障的，为了减少弯管机故障修复时间、故障产生率以及提高弯管机工作效率，对弯管机液压系统进行故障树分析是极其必要的。弯管机液压系统弯管机液压系统是弯管机系统的重要组成部分，同时也是最易出现故障的部分。弯管机液压系统由液液压气动与密封年第期压缸、三位四通电磁换向阀、先导式电磁溢流阀、溢流阀、压力表、液压泵、双向液压锁、平衡阀、油箱、过滤器及辅助管路构成，如图 所示为弯管机液压系统原理图。前卡夹紧液压缸 基座导向夹紧液压缸 旋转液压缸 溢流阀 平衡阀 双向液压锁 三位四通电磁换向阀 单向阀 压力表 先导式电磁溢流阀 液压泵 过滤器图 弯管机液压系统原理图先导式电磁溢流阀是由先导式溢流阀和 个二位二通电磁阀组成，在系统运行中既可以控制液压系统的压力又可以在任何时刻使液压系统卸荷；三位四通电磁换向阀是利用电磁铁得电吸合、失电释放的原理推动阀芯从而改变油液的流动方向；平衡阀是由顺序阀和单向阀组成，结合了单向阀的原理和顺序阀的原理进行工作，可以提高液压系统的安全性；双向液压锁是由两个液控单向阀组成，其原理为两个液控单向阀取对方油路的压力作为先导油，当一方管路没有压力时，另一方同时关闭；液压泵是液压系统的动力元件，是把机械能转换成液压能的装置，利用密封容积的变化的原理进行工作，故又称为容积式液压泵；液压缸是液压系统的执行元件，是把液压能转换成机械能的装置，是液压系统的主要输出装置；液压泵为管材的弯制动作提供了动力；先导式电磁溢流阀实现了在液压系统不工作时，对液压系统进行卸荷；平衡阀提高了旋转液压缸的安全性；双向液压锁避免了夹紧液压缸出现软腿、脱腿现象。弯管机液压系统工作原理：在管件弯曲开始时，前卡夹紧液压缸动作将预弯管件首端固定在弯管机悬臂上，基座导向夹紧液压缸动作将管件待弯曲部分压在基座上，起到导向作用，然后旋转液压缸动作带动悬臂旋转，弯管完成。弯管机液压系统故障树分析2.1 故障树分析法概述故障树分析法又称事故树分析法。在 世纪 年代首次被美国贝尔实验室提出，是工程安全性分析法中的一种。故障树分析法从可能的故障事件出发从上到下依次找出故障事件以及导致该故障事件发生的原因，直到分析出最基本的底事件，并用树状逻辑图将它们之间的逻辑关系表示出来。故障树分析法具有直观性强、逻辑性强、科学性强的特点，可以进行定性分析也可以进行定量分析，从而科学地预警易发故障以及快速地锁定故障原因。2.2 构建弯管机液压系统故障树结合弯管机的工作原理、根据实际经验和查阅相关文献可知，弯管机液压系统故障主要由先导式电磁溢流阀故障、溢流阀故障、单向阀、三位四通电磁换向阀故障、平衡阀故障、双向液压锁故障、液压泵故障及液压缸故障构成，且任何一个故障的发生都会导致弯管机液压系统故障，从而造成弯管机无法正常工作。可能导致先导式电磁溢流阀故障的原因：电路故障、压力调定异常、阀芯卡死、内泄漏严重；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致前卡夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀故障的原因：压力调定异常、阀芯卡死；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差。可能导致前卡夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀故障的原因：压力调定异常、阀芯卡死；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差。可能导致基座导向夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀故障的原因：压力调定异常、阀芯卡死；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差。可能导致基座导向夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀故障的原因：压力调定异常、阀芯卡死；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差。可能导致单向阀故障的原因：反向密封异常；导致反向密封异常的原因：阀芯卡死、内泄漏严重；导致阀芯卡死的原因：油液污染、几何精度差；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致平衡阀故障的原因：阀芯卡死、压力调定异常、内泄漏严重；导致阀芯卡住的原因：油液污染、几何精度差；导致内泄漏严重的原因是油液污染、油液 o图 弯管机液压系统故障树黏度低。可能导致液压泵故障的原因：密封异常、内泄漏严重、电机异常；导致密封异常的原因：密封圈损坏；导致内泄漏严重的原因：油液黏度低、油液污染。可能导致前卡夹紧回路电磁换向阀故障的原因：阀芯卡死、内泄漏严重；导致阀芯卡死的原因：几何精度差、油液污染；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致基座导向夹紧回路电磁换向阀故障的原因：阀芯卡死、内泄漏严重；导致阀芯卡死的原因：几何精度差、油液污染；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致旋转回路电磁换向阀故障的原因：阀芯卡死、内泄漏严重；导致阀芯卡死的原因：几何精度差、油液污染；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致前卡夹紧回路双向液压锁故障的原因：锁芯卡死、内泄漏严重；导致锁芯卡死的原因：几何精度差、油液污染；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致基座导向夹紧回路双向液压锁故障的原因：锁芯卡死、内泄漏严重；导致锁芯卡死的原因：几何精度差、油液污染；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致前卡夹紧液压缸故障的原因：外泄漏严重、内泄漏严重；导致外泄漏严重的原因：几何精度差、密封圈损坏；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致基座导向夹紧液压缸故障的原因：外泄漏严重、内泄漏严重；导致外泄漏严重的原因：几何精度差、密封圈损坏；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。可能导致旋转液压缸故障的原因：外泄漏严重、内泄漏严重；导致外泄漏严重的原因：几何精度差、密封圈损坏；导致内泄漏严重的原因：油液污染、油液黏度低。通过整理故障和分析故障之间的逻辑关系构建如图 所示的弯管机液压系统故障树。表 所示为液压系统故障树事件表。2.3 定性分析从构建的故障树中可知，整个庞大的故障树是由或门逻辑关系将所有中间事件以及所有底事件联系在一起构成的，完成最小割集的寻找与各底事件结构重要度的计算是分析系统未发生故障时需加强检修维护部位和发生故障后必须检查部位的关键依据。（）利用上行法求出所构建故障树的最小割集。；液压气动与密封年第期表 液压系统故障树事件表类型事件顶事件弯管机液压系统故障 中间事件先导式电磁溢流阀故障 前卡夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀故障 前卡夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀故障 基座导向夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀故障 基座导向夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀故障 单向阀故障 平衡阀故障 液压泵故障 前卡夹紧回路电磁换向阀故障 基座导向夹紧回路电磁换向阀故障 旋转回路电磁换向阀故障 前卡夹紧回路双向液压锁故障 基座导向夹紧回路双向液压锁故障 前卡夹紧液压缸故障 基座导向夹紧液压缸故障 旋转液压缸故障 先导式电磁溢流阀阀芯卡死 先导式电磁溢流阀磨损严重 前卡夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀阀芯卡死 前卡夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀阀芯卡死 基座导向夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀阀芯卡死 基座导向夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀阀芯卡死 单向阀反向密封异常 平衡阀内泄漏严重 平衡阀阀芯卡死 液压泵内泄漏严重 液压泵密封异常 前卡夹紧回路电磁换向阀阀芯卡死 前卡夹紧回路电磁换向阀内泄漏严重 基座导向夹紧回路电磁换向阀阀芯卡死 基座导向夹紧回路电磁换向阀内泄漏严重 旋转回路电磁换向阀阀芯卡死 旋转回路电磁换向阀内泄漏严重 前卡夹紧回路双向液压锁锁芯卡死 前卡夹紧回路双向液压锁内泄漏严重 基座导向夹紧回路双向液压锁锁芯卡死 基座导向夹紧回路双向液压锁内泄漏严重 前卡夹紧液压缸外泄漏严重 前卡夹紧液压缸内泄漏严重 基座导向夹紧液压缸外泄漏严重 基座导向夹紧液压缸内泄漏严重 旋转液压缸外泄漏严重 旋转液压缸内泄漏严重 单向阀阀芯卡死 单向阀内泄漏严重 底事件先导式电磁溢流阀电路故障 先导式电磁溢流阀压力调定异常 前卡夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀调定异常 前卡夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀调定异常 基座导向夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀调定异常 基座导向夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀调定异常 平衡阀压力调定异常 液压泵电机异常 油液污染 先导式电磁溢流阀几何精度差 油液黏度低 前卡夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀几何精度差 前卡夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀几何精度差 基座导向夹紧液压缸有杆腔油路的溢流阀几何精度差 基座导向夹紧液压缸无杆腔油路的溢流阀几何精度差 单向阀几何精度差 平衡阀几何精度差 液压泵密封圈损坏 前卡夹紧回路电磁换向阀几何精度差 基座导向夹紧回路电磁换向阀几何精度差 旋转回路电磁换向阀几何精度差 前卡夹紧回路双向液压锁几何精度差 基座导向夹紧回路双向液压锁几何精度差 前卡夹紧液压缸密封圈损坏 前卡夹紧液压缸几何精度差 基座导向夹紧液压缸密封圈损坏 基座导向夹紧液压缸几何精度差 旋转液压缸密封圈损坏 旋转液压缸几何精度 o 如下为或门结构函数表达式：（）（）如下为与门结构函数表达式：（）（）（）将数据带入或门和与门结构函数表达式同时进行布尔逻辑运算，可得该液压系统故障树的结构函数为：故该故障树的最小割集为：、，即每个底事件都是一个最小割集，每一个底事件的发生都可以导致顶事件（弯管机液压系统故障）的发生。（）通过计算各底事件的结构重要度系数来分析对顶事件的影响程度，如下为结构重要度系数计算公式：（）（，）（，）式中，（）第 个底事件的结构重要度系数 个底事件（，）（，）第 个底事件的影响次数将每个底事件带入结构重要度系数计算公式得出其结构重要度系数，通过对结构重要度系数的分析，得出底事件油液污染和油液黏度低对顶事件的影响较大。（）分析最小割集和各底事件结构重要度系数可得：在故障未发生前，要加强对该系统液压油污染程度和油液黏度的检查力度，及时保养维护滤油装置和系统冷却装置，实现故障预警。在故障发生后，要检查所有底事件故障，着重检查液压油污染程度和液压油的黏度，起到快速定位故障的作用。此外还应注意在此类液压系统选择液压元件时要严格控制各个元件的加工质量、加工精度。结论（）通过对弯管机液压系统故障树进行定性分析，实现了故障预警和快速定位功能，从而采取相应措施避免或解决故障，确保了液压系统的可靠性。（）故障树分析法通用性较强，不仅仅局限于液压系统，在其他领域也得到了广泛的应用。参考文献 杨猛，刘旭，刘雅俊 全自动液压弯管机工艺流程分析与发展历程研究 中国高新区，（）：o，o，o o oooo o oo ，：郑旭浩 工程机械液压机