故障树分析法（FTA）判断液泵故障分析研究

(唐山矿业公司，河北 唐山 063000)

1 南京产BRW400/31.5、BRW200/31.5液泵故障分析

1.1 泵的某一吸液阀或排液阀卡住

由于长时间使用疲劳过度或锈蚀严重都可能导致弹簧断裂。吸排液阀的弹簧软或短及卸载阀坏都可以导致冲击过大使阀锥断裂。其次由于阀锥质量问题，热处理时硬度超过规定硬度也容易造成阀锥断裂。

1.2 自动卸载阀主阀阀芯卡住不能动作

这一原因和人为因素有很大关系，由于没有定期更换易损件如滑套内的密封圈用的过久不更换，阀芯使用的太久磨损严重都能导致主阀阀芯卡住不动作。

1.3 高压过滤器阻塞

主要原因是吸排液阀上破损的密封圈进入过滤器内。或由于长时间没有使用滤芯导致虑芯锈蚀严重，高压过滤器阻塞。

1.4 自动卸载阀下部推动活塞卡住不动作

其原因是复位弹簧折断或没有复位弹簧，推力活塞磨损严重，组装不得当或导向套密封脱落导致导向套有毛刺。

1.5 自动卸载阀主阀不起作用，先导阀出液小孔堵住

由于看泵人员不细心，液箱盖没有随时关闭，掉入杂物使液箱内液体变脏，堵住出液小孔。由于质量问题如开胶掉底。或没有定期更换清洗吸液过滤网，使小杂物进入先导阀堵住先导阀出液小孔。

1.6 液箱内液位低

液箱内液位低泵不能吸进工作液导致不能排出高压液。由于泵箱内没有及时加入乳化液或由于泵箱开焊漏液。

1.7 卸载阀未关闭

在有手动卸载阀的泵上如果手动卸载阀未关紧，导致自动卸载阀不工作，在压紧螺套未压紧的情况下卸载阀也不关闭。

1.8 吸液管截止阀未打开

这一原因主要是截止阀损坏根本打不开或截止阀在打开的位置上实际是关闭的。

2 乳化液泵站故障树的定性分析

对乳化液泵站进行定性分析的主要目的就是找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，即弄清系统（或设备）出现最不希望发生的事件（故障）有多少种可能性。如果故障树的某几个底事件同时发生时，将引起顶事件(系统故障)的发生，把这些底事件组成一个集合的形式，这个集合称之为割集。

也就是说，一个割集代表了系统中一种故障发生的可能性，即一种失效模式。如果去掉其中任意一个底事件就不再是割集，则这个割集就叫做最小割集，最小割集发生时，顶事件必然发生。

综上所述，一棵故障树的全部最小割集的完整集合就代表了顶事件发生的所有可能性。

2.1 计算此系统的最小割集

例如，该乳化液泵站的故障树中“泵的某一吸液阀或排液阀卡住”，以此树最上一级的中间事件暂做为顶事件，先将各个级的中间事件及底事件设为某些变量。

T1泵的某一吸液阀或排液阀卡住

Ga弹簧断裂

Gb阀锥断裂

Gc冲击过大

x1锈蚀

x2使用时间过长

x3质量问题

x4弹簧短或软

x5卸载阀坏

处于故障树最下一级的中间事件是Gc，对应的逻辑门为或门，所联系的底事件是x4x5，因此

Gc=x4Ux5

对于上一级的中间事件Gb，则是通过或门与底事件x3与Gc相联系，因此

Gb=x3UGc=x3Ux4Ux5

同理可知Ga=x1Ux2

最后可知顶事件T1的表达式为

T1=GaUGb=GaUx3UGc=x1Ux2U x3Ux4Ux5

2.2 用最小割集表示出此系统的结构函数

在故障树中，只要任何一个最小割集发生，顶事件就会发生。

上面列举的故障树有5个最小割集K=(K1+K2+K3+K4+K5)，只要任一个最小割集Kj（j=1、2…..5）发生时，顶事件必定发生。

Kj可表示为

这里将属于Kj的全部底事件用或门联结起来称作最小割或门结构。

所以该故障树的结构函数Φ（x）可以表示为：

此故障树的结构函数即为：

Φ（x）=x1Ux2Ux3Ux4Ux5

3 乳化液泵站故障树的定量分析

对于给定的故障树，若已知其结构函数和底事件（即系统基本事件的发生概率），从原则上来说，应用容斥原理对事件和与事件积的概率计算公式，可以定量的评定故障树顶事件T出现的概率。

结合本故障树分析可知，底事件可定性为相容事件，设底事件x1、x2…xn发生的概率各为q1、q2…qn则这些事件和与事件积的概率，可按下式计算：

当有n个相容事件时，积的概率

和的概率

当故障树包含两个以上同一底事件时，则必须用布尔代数整理简化后，才能使以上概率计算公式，否则会得出错误的计算结果。

用系统最小割集的表达式为K（x），系统最小割集结构函数为

式中，k是最小割集数，Kj（x）的定义为

求系统顶事件的发生概率，即是使Φ（x）=1的概率，只要对上式两端取数学期望，左端即为顶事件发生概率

如果将事件和的概率写作

继而，就可以计算该故障树顶事件的发生概率，

本故障树共有五个最小割集，以此为K1=x1K2=x2K3=x3K4=x4K5=x5，各底事件的概率q1=q2=q3=q4=q5=0.1利用排列组合的方式

五个底事件只有其中的一件发生时可求得

其中任意两件发生时可知共10种故障路线

同理可知其中任意三件发生时也共有10种故障路线

F3=10×0.001=0.01

其中任意四件发生时共有5种故障路线

其中五件底事件均发生时也是一种故障路线

则由公式

综上所算，顶事件为"泵的某一吸液阀或排液阀卡住"的故障树

顶事件发生的概率为0.41

4 应用动态规划理论优化效果及结论

通过机采科液压车间全体职工的共同努力，乳化液泵站故障树的设计方案比原计划25天提前了5天，为车间班组人员以后下井维修提供了新的技术手段，同时也为以后车间的生产提供了保障。

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[2]张世明.采煤机故障分析与诊断[J].企业技术开发，2011（13）.

[3]于吉成.浅谈故障树分析法与应用[J].丹东师专学报.2002(S1).