混凝土泵车液压系统故障诊断❋

张作良

（三一重工股份有限公司，湖南 长沙 410100）

0 引言

混凝土泵车工作环境恶劣，工况复杂多变，正常工作时，液压泵始终在高压大流量状态下，双缸换向频繁，液压系统容易出现故障。且液压系统各元件在封闭的油路内工作，发生故障时，常常不易立即找出故障部位和根源，检修周期长，从而造成严重的经济损失。因此开展泵车液压系统故障诊断技术的研究具有重要的现实意义。

本文以三一重工的SY5368T HB-45型号泵车液压系统为例，建立故障树模型，对主油缸故障加以分析。

1 故障树分析方法的原理［1-3］

所谓故障树就是把所研究系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，称为顶事件，不再深究的事件称为底事件，介于顶事件和底事件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和底事件联接成树形图。故障树分析法是一种适用于复杂系统可靠性和安全性分析的有效工具，是一种在提高系统可靠性的同时又能最有效地提高系统安全性的方法，其分析方法有定性分析和定量分析两种。

2 混凝土泵车液压系统故障树的建立

混凝土泵车的液压系统由泵送液压回路、辅助液压回路、臂架系统液压回路组成。其中最为重要的是泵送液压回路，小排量泵送系统液压回路如图1所示。

本文以“泵送主油路无压力”为顶事件建立故障树模型，如图2所示。其中，顶事件T为主油路无压力，中间事件Mi分别为电气故障、阀故障、主油泵故障、主动液阀芯处于中位，底事件X i分别为主油路电磁阀不带电、主泵比例阀不带电、主溢流阀卡死、主溢流阀先导阀阀芯卡死或弹簧断裂、插装阀阀芯卡死、控制油路节流塞堵死、接近开关故障、主液动阀卡死、无换向压力和小液动阀故障。

图1 小排量泵送系统液压回路

3 故障树分析与排除

3.1 故障树的定性分析

对故障树进行定性分析的目的是分析某故障的发生规律及特点，通过求取最小割集，找出导致顶事件发生的所有可能的故障模式，也即弄清系统出现最不希望发生的事件有多少种可能性，辨明潜在的故障。系统的最小割集是底事件数目不能再减少的割集，最小割集发生时，顶事件必然发生，研究最小割集可以找出故障树的薄弱环节，所以故障树的定性分析的任务就是要寻找故障树的最小割集［4］。

目前国内外已研制出多种计算机求解最小割集的方法，常用的算法有上行法、下行法和布尔割集法等［5］。本文采用下行法对“泵送主油路无压力”故障进行分析，得出该故障的最小割集为｛X1｝，｛X2｝，｛X3｝，｛X4｝，｛X5｝，｛X6｝，｛X7｝，｛X8｝，｛X9｝，｛X10｝。由最小割集可得本系统的故障模式为：“X1”主油路电磁阀不带电、“X2”主泵比例阀不带电、“X3”主溢流阀卡死、“X4”主溢流阀先导阀阀芯卡死或弹簧断裂、“X5”插装阀阀芯卡死、“X6”控制油路节流塞堵死、“X7”接近开关故障、“X8”主液动阀卡死、“X9”无换向压力、“X10”小液动阀故障。

图2 “泵送主油路无压力”故障树

所建系统故障树的布尔代数运算表达式为：

在最小割集的底事件中，阶数越低的最小割集的重要性越大，显然只由一个基本事件构成的一阶最小割集最重要。在本例“泵送主油路无压力”故障树中，所有的底事件均只出现一次，并且每一割集均为一阶，因此，该系统的每一底事件都需引起重视。

3.2 故障树的定量分析

3.2.1 顶事件的概率计算

故障树除了定性地研究底事件和顶事件发生与否的关系外，还必须进行定量分析。顶事件发生率决定于故障树的结构和各底事件的不可靠度［6］。对顶事件发生的概率进行计算，求出底事件在故障树中的重要度。假设底事件的发生概率服从指数分布，即：

其中：t为系统运行时间；λ为由底事件X i引起的系统失效率。则顶事件的发生概率P（t）为：

本例故障树中部件发生概率按t＝1 200 h计算，根据实际情况并结合以往故障数据统计，列出各底事件的发生概率，见表1。经计算可得顶事件的发生概率为6.048%。

3.2.2 底事件的重要度计算

在可靠性分配中引入重要度的依据是重要度大的元件对系统的影响程度也较大，所以在进行可靠性分配时优先提高重要度大的元件的可靠度［7］。

表1 泵送主油路无压力的底事件故障率

（1）概率重要度：底事件概率重要度I Xi是底事件X i发生概率P Xi变化引起顶事件T发生概率变化的程度，其数学定义可用顶事件的发生概率对某个底事件发生概率的偏导数来表示，即：

泵车液压系统主油缸故障树中各底事件概率重要度计算结果见表2。各底事件概率重要度排序为：

本系统中所有底事件都是一阶最小割集，概率重要度值都较大。由表2可知底事件X9，X3，X4，X8概率重要度值相对较大。因此，当系统发生故障时，应根据底事件概率重要度的大小顺序寻找故障发生的原因。

（2）关键重要度：关键重要度是考虑事故频率及严重度，它从敏感度和自身概率大小的双重角度反映底事件的重要性。关键重要度是由底事件发生概率的变化率与顶事件发生概率的变化率之比确定的，其定义为：

关键重要度不仅反映了底事件发生概率变化对顶事件的发生概率变化的影响，也反映了底事件发生概率大小对顶事件发生概率大小的影响。I cXi越大说明X i引起系统发生故障的可能性越大。本文中液压主油缸故障树中各底事件的关键重要度计算结果见表2，各底事件关键重要度排序为：

表2 底事件发生的概率重要度

3.3 故障排除

根据上述对“泵送主油路无压力”故障的分析结果，可以定性、定量地确定系统故障的诊断顺序，故障诊断检查顺序为：X9，X3，X4，X8，X6，X5，X7，X10，X1，X2。按照该例的分析方法，同样可对整个混凝土泵车液压系统故障进行故障诊断和排查，利用观察法，缩小系统故障诊断的范围，然后按照故障诊断检查顺序表依次拆卸检查故障部件，排除故障。

4 结论

通过将故障树技术引入混凝土泵车液压系统故障诊断中，对液压系统的可靠性、安全性进行定性分析，求出所有最小割集；对系统故障树进行定量计算，确定最小割集及其组成单元的诊断顺序，在一定程度上避免了发生概率小的最小割集优先诊断的情况，提高了系统的诊断准确度。实际应用表明：采用故障树分析法对混凝土泵车的泵送液压系统进行故障分析，有助于快速诊断故障原因，为维修人员节省了诊断时间和维修成本，大大提高了液压故障诊断的自动化与智能化水平。

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