SP120摊铺机液压调平系统故障分析

耿冠杰，张文文，黄 萍，赵静一

（1.北京天顺长城液压科技有限公司，北京 100083；2.燕山大学 机械工程学院，河北 秦皇岛 066004）

摊铺机是一种主要用于高速公路上基层和面层各种材料摊铺作业，同时适用于城市道路、停车场、码头、大型广场等工程基层和面层作业的基础建设筑路工程机械.随着工业的不断发展，摊铺机的机、电、液一体化技术也越来越复杂，随之出现的故障也增多.摊铺机液压系统故障主要由元件磨损、管路泄漏、油液污染等原因造成.

本文以SP120摊铺机液压调平系统为研究背景.液压调平系统是确保摊铺路面平整度最重要的系统，调平系统的可靠性可满足摊铺路面的施工要求.若调平系统出现故障，将影响路面的摊铺厚度，容易导致沥青路面的不平整或路面的裂缝，直接影响路面质量.故障分析法是目前分析系统可靠性、安全性的一种好方法.针对SP120摊铺机调平液压系统各底事件故障发生的概率，建立液压调平系统的故障树模型，采用故障分析法.传统的故障树分析是以布尔代数为基础，把事件发生的概率处理成精确值.然而，环境的模糊性以及数据的不精确，都会对确定事件发生的概率产生影响.故障树的模糊分析是传统的故障树分析推广，当事件发生的概率难以精确赋值时，可对故障树进行模糊分析，因而具有更广的适用范围［1］，并采用模糊故障树分析方法进行定量分析，分析可能造成液压系统故障的各种原因，帮助判别潜在的故障隐患，采取预防和改进措施［2］，避免液压系统故障对机械性能的影响，提高机械的性能、减少故障率，更好地发挥机器工作的稳定性［3］.

1 摊铺机液压调平系统工作原理

摊铺机辅助液压调平系统主要由齿轮泵、分流阀块组、电磁换向阀、液压锁、辅助动作油缸以及连接各个液压元件的接头、油管路组成.基本工作原理：齿轮泵通过发动机提供的动力，生成压力油，通过各种阀组和管路，进入油缸的有杆或无杆腔，推动油缸往复运动来实现摊铺机熨平板的调平工作，摊铺机熨平板调平液压系统如图1所示.

图1 摊铺机调平系统液压原理图Fig.1 Theory chart of hydraulic leveling system

2 摊铺机液压调平系统模糊故障树的建立

调平液压系统由动力元件、执行元件、控制元件、辅助元件、传动介质五部分组成，每个组成部分均有可能发生故障，影响整个系统的工作，这些故障因素不外乎是压力、流量、噪声、机械、介质等.对摊铺机液压调平系统的故障模式、故障机理等进行分析，确定故障树和顶事件和底事件.故障树如图2所示，液压系统各事件参数如表1所示.

图2 调平系统故障树Fig.2 Fault tree for hydraulic leveling system

表1 调平液压系统故障树中各参数表示的事件Tab.1 Fault tree of each event for hydraulic leveling system

3 模糊数在故障树分析中的应用

故障的模糊诊断就是应用模糊数学方法，根据各个故障之间不同程度的因果关系，得出故障评判量化的数学模型，也就是对系统的各种故障进行模糊综合评判，以达到可靠、高效判断系统故障的目的.模糊故障树的模糊分析不仅可减少获取事件发生概率精准度，而且能结合工程中的实际经验和判断构造模糊数的隶属函数，较准确地把它们描述出来，并在一定程度上允许存在的描述误差，具有较大的灵活性和适应性［4］.

常用的L-R参照函数有线性、正态型、尖型，本文采用正态型参照函数，L-R型模糊数，L（x），R（x）为模糊数的左右参照函数，其计算式为

式中：m为L-R型模糊数的均值，对应隶属度为1的数；α，β分别为其左右分布数，为2个相等的量，当α，β为零时，m不是模糊数.分布数α，β越大，L-R型模糊数越模糊.

出于应用和计算的考虑，对正态模糊数取截集，从而获得计算区间.取λ截集（对模糊集合的隶属度不小于λ的一切元素组成的集合叫做的λ截集）后正态模糊数隶属函数为

传统故障树分析中的结构函数为Φ（X）＝Φ（x1，x2，…，xn），顶事件的概率由底事件发生概率和结构函数确定.而在模糊故障树分析中，底事件xi（i＝1，2，…，n）的故障概率分布为一模糊数.则顶事件取值为

通常认为，L-R型模糊数经过逻辑模糊运算后其结果仍近似为L-R型模糊数［5］.

表2 故障树底事件发生概率均值及左右分布Tab.2 Mathematical expectation of probability and distribution of bottom event for fault tree

4 模糊故障树分析

故障树中各事件发生的概率用故障数来表示，假定事件发生概率Pi的参照函数为正态对称型，其隶属函数如式（3）所示，且与均值mi相差±50%的点x的隶属度为0.08，则

故αi＝βi＝0.314mi，各底事件的故障概率均值mi及左右分布αi，βi如表2所示.

设各基本事件相互独立，可得到相应顶事件发生概率的模糊函数为

表3 中间事件概率均值及左右分布Tab.3 Mathematical expectation of probability and distribution for mid events

5 结论

本文采用模糊故障树分析法对SP120摊铺机的辅助调平液压系统进行分析，建立了辅助调平系统的故障树模型，采用正态分布函数，确定各底事件的发生概率，为今后SP120摊铺机辅助调平液压系统的故障维修、元件的设计选型、系统的维护和保养提供了理论基础.

［1］董玉革.机械模糊可靠性设计［M］.北京：机械工业出版社，2000.

DONG Yuge.Mechanical fuzzy reliability design［M］.Beijing：China Machine Press，2000.

［2］姚成玉，赵静一.液压系统模糊故障树分析方法研究 ［J］.中国机械工程，2007（7）：1656－1659.

YAO Chengyu，ZHAO Jingyi.Research on fuzzy fault tree analysis method for hydraulic system［J］.China Mechanical Engineering，2007（7）：1656－1659.

［3］赵静一.大型自行式液压载重车［M］.北京：化学工业出版社，2010.

ZHAO Jingyi.Large hydraulic self-propelled transporter［M］.Beijing：Chemical Industry Press，2010.

［4］李瑰贤，于广滨，马良.基于模糊故障树直升机起落架液压系统的故障诊断方法研究 ［J］.机床与液压，2007（5）：214－216.

LI Guixian，YU Guangbin，MA Liang.Fault diagnosis to hydraulic system of helicopter landing－gear based on fuzzy fault tree［J］.Machine Tool ＆ Hydraulics，2007（5）：214－216.

［5］SINGER D.A fuzzy set approach to fault tree and reliability analysis［J］Fuzzy Sets and System，1990，34：145－155.