工程机械电气控制系统故障树分析法的应用研究

雷建民

摘 要：根据工程机械电子控制系统的故障特点，利用故障树分析方法分析了各后台事件的发生概率和重要性，对工程机械电控系统进行了优化诊断和故障预防，分析了故障树分析的可行性和有效性。对工程机械电控系统故障诊断与预防中的故障树进行了验证。

关键词：工程机械;电气系统;故障诊断;故障树

引言：伴随着工程机械设备智能化的不断发展，电控技术在工程机械设备中的应用越来越广泛。电控系统在工程机械设备中的地位也越来越重要。这一趋势在未来的发展中将进一步加深，因此随着系统复杂性的增加，电控系统的故障诊断变得越来越困难。分析各种可能的故障原因的可能性，提出预防措施，优化搜索和检测步骤，本文采用基于故障树的故障分析方法，并结合实例分析了故障树在故障诊断中的应用。介绍了挖掘机起动回路故障的具体研究和故障检测步骤，验证了故障树分析在工程机械电气控制系统故障诊断和预防中的可行性和有效性。

1 故障树分析法

该方法作为一种综合安全诊断和故障评估的演绎方式失效分析方法，近年来，故障树分析法已逐步被研究人员发现并尝试应用于大型工程机械设备的故障检测过程。利用布林逻辑可以结合低阶事件，对系统中的异常状态进行分析，从而了解系统故障的原因，找出解决办法。在工程机械设备电控系统故障诊断过程中，故障树分析法能更直观地反映故障设备内部元件之间的关系，整理复杂电路逻辑，提高设备故障分析速度。故障树分析法可以用计算机进行数据分析。通过该方法可实现电控系统的故障概率和故障原因的预测，优化维修人员的故障诊断效率，为系统故障诊断提供了宝贵参考。

电控系统故障诊断过程中，操作员需要先确定时间与系统分析的范围，获得系统的有关数据和主要结构参数，再通过或闸和及闸完成对故障树的绘制工作，简化故障树的冗杂信息并完成故障的定量分析，完成事件的重要度评估，最终实现对故障与风险的整体调控与解决。失效树分析（FTA）是一种运用于大中型复杂可靠性指标、安全系数剖析、风险评价和故障检测的方式 。当今，在我国已将故障树分析方式 运用于中国核工业、航空航天、航空公司、化工厂等自动控制系统的可靠性分析。详细介绍了故障树分析法。对于工程项目工业设备电子控制系统常见故障进行分析研究。完成下列几种层面的关键实际意义：

（1）运用故障树清楚地表述了工程项目工业设备电子控制系统故障事件的相互关系，并强调了各模块故障与系统异常之间的逻辑顺序：

（2）将各种各样造成 工程项目工业设备电气控制系统异常的可能要素联系起来，协助找到系统软件的弱点：

（3）根据故障树定量分析测算工程项目工业设备电子控制系统的失效概率和稳定性参数。

2 工程机械设备典型启动电源电路故障树分析运用

为了完成机械工程电控系统的故障树分析，本文选择了经典的挖掘机启动电路，采用故障树分析法，探讨了起动机出现故障的原因，并评价了采用该方法解决故障的整体效果。本机启动系统的主要工作情况如下：启动开关连接时，继电器线圈通过导通主触点并完成电路闭合，而位于电磁开关的线圈呈现同向电场力的特性，吸引铁质核心进行移动，随后按住传动齿轮完成齿轮传动拔叉与齿圈的齿合，接入电磁开关与电机的主控芯片线柱接入电磁开关，接入电磁开关与电机的主控芯片线柱，完成电机启动过程。

2.1确定分析范围，绘制故障树

实验中，研究者选取以元件故障为代表的底事件故障和以启动机运转障碍为代表的顶事件为研究对象，利用机械设备元件之间的相互作用关系与事件重要程度判断来解决故障与元件损坏情况。研究者首先需要梳理起动系统的结构，筛选出较多可能出现故障的部分，利用电路分段检测来确定具体的故障范围，最终按照逻辑电路的相关逻辑。

故障树图技术绘制。

2.2故障树的逻辑分析

当完成了故障树的绘制工作，需要找出故障顶事件的原因，通过故障树分析和计算，对系统关键故障环节进行判断。对故障树进行定性分析时，主要采用的方法是最小割集法，通过对起动机的故障情况进行逻辑关系的表达和分析，达到最小割集与故障模式的一一对应，进而判断电路基本事件是否存在冗余与重复，最终确定电路基本事件的基本事件。

2.3故障树的量化计算

研究者需要在完成故障树的逻辑分析之后对数据进行量化计算，从而实现对底事件概率的整体估计，进而推测顶事件产生的可能性。研究人员在顶事件的概率计算过程中，需要判断底事件的独立性，区分事件的状态，用布尔代数变量模拟底事件的主要特征，即某时刻底事件的发生状态与未发生状态，进而用结构函数或门等逻辑结构完成事件的结构函数，最终计算事件发生概率。与此同时，研究者还可以通过对底事件的故障数据进行分析和逻辑推算，实现对顶事件概率的精确计算。当计算完故障树的事件概率后，研究者需要对机器结构的重要性进行评估。底事件重要度是判断起动机系统中顶事件与底事件相关性的一个重要指标，底事件的重要性则反映了起事件失效引起的顶事件失效概率的变幅。经过对相关统计表达式的计算，得出了较为简洁的计算结果，并最终完成了故障树分析法中的基本流程，实现了对机械设备的故障评估。

用工程机械设备典型性运行电源电路。起动机故障树分析方法剖析启动机不可以运行常见故障。明确底事情（有关元器件常见故障）与顶事情（启动机不可以运行）中间的关联和底事情相匹配顶事情的关键水平。辅助机器设备故障检测与修复。之上工程机械设备典型性运行电源电路是对以上工程机械设备的典型性运行电源电路开展剖析。关键涉及到电瓶、运行电源开关、启动继电器、启动电源开关、启动汽车继电器、启动机（包含电磁开关、电动机）和电极连接线束。

运行系统软件的原理概述：启动电源开关接入后，启动继电器电磁线圈的电，使其主接触点合闭;电磁开关的维持电磁线圈和吸引住电磁线圈与此同时得电。造成同方向磁场力。吸引住变压器铁芯摆脱弹簧弹力往左边挪动;变压器铁芯推动拔叉组织姿势。促进传动齿轮使其与齿圈齿合后。左边触碰盘将电磁感应开关电源电路主接线头和电机主接线头接入，大电流量经触碰汽车继电器电机内部。使转子与电机接线柱接入，大电流量经触碰汽车继电器电机内部布线，随后再将电磁开关转至电机接线柱接入，再將电磁开关转至电机由电机转子运行：当运行电源开关断掉时，启动继电器电磁线圈跳停，主接触点释放出来，电流量根据触碰盘、维持电磁线圈、吸引住电磁线圈搭铁产生控制回路。那样，吸引住电磁线圈反方向插电。故并维持电磁线圈造成反磁场力。二者相互之间相抵。磁芯在扭簧的功效下校准，触碰盘摆脱开关电源主接线头和电机的主接线头，使传动装置回拉。

3 建议

针对挖掘机启动控制装置的相关故障实例，研究人员可以发现，故障树分析法在评估故障范围、准确判断故障发生概率等方面具有重要作用，其方法可为用户提供有价值的机器故障处理建议。电控系统在日常操作和使用过程中，应注意电控系统的用电安全，确保起动机和继电器的线圈安全，最终实现高效持久的设备使用周期。

结束语

总之，本文通过分析步骤原理和实例，探讨了故障树分析法在工程机械电控系统故障分析过程中的应用，并结合经典的挖掘机启动系统探讨了故障树分析法在工程机械电控系统故障分析中的可能性。它可以通过对系统故障的顶事件和底事件故障的概率分析，结合相应的统计公式和逻辑方法，完成事件重要度的评估过程，该方法的执行过程具有高度关联性和逻辑性，可以更条理地实现较为有效的故障排查与诊断，在解决实际电气系统故障的问题上体现出较高的应用价值。

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