故障树分析法在装载机液压系统故障诊断中的应用

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Application of Fault Tree in Loader Hydraulic System Fault DiagnosisW ANG Yunlong，HOU Yuanlong(Machinery and Electronics Department，Nanjing University of Science andTechnology，Nanjing Jiangsu 210094，China)Abstract：Fault tree analysis method was used to loader hydraulic system fault diagnosis.According to working principle andfailure mechanism of the hydraulic system，the fault tree was built，failure analysis and positioning were made. Practice proves thatthe fault tree analysis method is easy，practical and realiable.The way is useful when it is used to diagnose hydraulic system fault。

Keywords：Fault trees analysis method；Loader；Hydraulic system；Fault diagnosis装载机主要用于对土壤、砂石、煤炭等进行铲挖作业，换装其他不同的辅助工作装置还可进行推土、起重作业。装载机被广泛应用于建筑、道路、水利水电、矿山和国防等建设工程施工中，它具有作业速度快、效率高、机动性好、操作轻便等优点，但是其越来越复杂的液压系统也给技术人员带来不便。作者在施工现抄炒到：当遇到-时难以找到原因的液压系统故障时，维修人员仅凭工作经验就进行故障查找定位，缺乏周密的逻辑分析，导致维修成本大大提高。这样不但难以排除故障，反而会使故障更加复杂化。因为液压系统是以液压油为媒介联系而成的-个多元件复杂整体，不是相互独立的元件，相互之间的动作是有联系、有内在规律的，并且其故障现象和故障原因也并非是--对应关系，因此传统的机械故障诊断维修知识和技能已远远不能适应液压系统维修的需要，这给液压系统故障诊断带来了相当大的困难。

而利用故障树分析的方法来进行故障诊断则是工程机械液压系统故障诊断中的-种有效方法。

1 故障树分析法1.1 概述故障树分析法 (FYA)是-种安全可靠的分析技术，它建立在系统的故障经验库基础上，采用逆向推理，将系统级的故障现象 (顶事件)与最基本的故障 (底事件)之间通过适当的逻辑f-j(与门、或门、非门、异或门等)连成树状图，这种能体现故障传播逻辑关系的倒立的树状图就称作故障树 。目前，故障树分析方法已经运用到航空、航天、核能核电等领域，被公认为简单、有效和最有发展前途的分析方法 引。

1.2 故障树建立步骤故障树建立就是按照严格的演绎逻辑，从顶事件开始，向下逐级追溯事件的直接原因，直至找出全部底事件为止〃树方法分为人工建树和计算机辅助建树，以下是故障树建立的-般步骤：(1)熟悉系统〃树前，技术人员首先应对系统的功能、结构、原理、故障状态、故障因素及其影响等作深刻细致的了解，收集有关系统的技术资料。

(2)确定顶事件。通常顶事件是指不希望系统发生的故障事件，或指定进行逻辑分析的故障事件。

为了便于进行分析，顶事件必须定义明确，能够定量评定和进-步分解出它发生的原因。

(3)构造发展故障树。由顶事件出发，寻找各级事件的全部可能的直接原因，并用故障树的符号表示各类事件及其逻辑关系，直至分析到各类底事件为止。

(4)简化故障树。故障树建成后，还必须从故收稿日期：2012-05-31作者简介：王云龙 (198O-)，男 ，硕士研究生 ，从事智能检测与控制的研究。E-mail：1028954556###qq.com。

· 184· 机床与液压 第 41卷障树的最下-级开始，逐级写出上级事件与下级事件的逻辑关系式，直到顶事件为止，并结合逻辑运算法做进-步分析运算，删除多余的事件，使故障树更加方便分析 。

1.3 故障定性分析故障树分析的关键就是求解故障树的最小割集，从而进行故障的定性分析。设故障树 (FT)中有 n个底事件 。， ，， ，C∈ ，， 为某些底事件的集合，当其中全部底事件都发生时，顶事件必然发生，则称 c为故障树的-个割集。割集就是故障底事件的集合，代表了系统发生故障的可能性。

若 c是-个割集，且任意去掉其中-个底事件后，余下的集合就不再是故障树的割集时，则称 C为最小割集 。

最小割集是底事件不能再减少的割集，是包含了最小数量而又缺-不可的事件的集合。若 丌 有k个最小割集 ，只要有-个最小割集 K，( 1，2，，k)中的全部底事件 均发生，故障必定发生，最小割集 K 可表示为( )f-'l m 1X2 工程机械液压系统分析及故障树建立2.1 液压 系统原理图及功能工程机械液压传动系统-般都包括液压泵、液压缸和液压马达、控制调节装置和辅助装置等四大部分。下面以 ZL50C.I1型装载机液压系统为例进行分析，其液压系统原理图如图1所示。

l-转斗油缸2-动臂油缸3-分配 阀4-转向油缸5-流量放大 阀6-转向器i 7-优先 阀； 8-转向泵1 9-卸荷 阀ij lo工作泵： l1-滤油器!! l2-油箱图 1 ZL50C-I型装载机工作、转向液压系统原理图装载机液压系统包括工作液压系统和转向液压系 翻转。

统。工作液压系统主要由油箱、滤油器、工作泵、分 (2)机械直线行驶时配阀、动臂油缸、转斗油缸等组成。转向液压系统主 工作泵 10排出的油沿分配阀3的中立位置回油要由转向泵、转向油缸、流量放大阀 (带优先阀、 道流回油箱，转向泵排出的油-部分进人转向器6，溢流阀)、转向器和卸荷阀等组成。两个系统通过优 由于方向盘没有转动，转向器6没有流量输出，转向先阀和卸荷阀连通，根据机械工作和行驶状态，将两 泵的油全部经优先阀和卸荷阀中的单向阀，与工作泵泵合流作为系统卸荷。处于各种不同工况时的液压系 排出的油合流，经分配阀流回油箱。

统原理如下所示： (3)机械转向时(1)机械作业时 转向器左移或右移，转向泵排出的油-部分通过当两换向阀的阀杆均不操纵时，工作泵 10排出 转向器进入流量放大阀的先导控制油口，使放大阀的的油沿分配阀3的中立位置回油道流回油箱。当驾驶 阀芯右移或左移，打开转向油缸的进回油通道。转向员在驾驶室里操纵转斗操纵杆，换向阀右移或左移， 泵排出的油除了供给转向器外，其余的全部经优先阀工作泵排出的油经分配阀内转斗油缸换向阀进入转斗 或流量放大阀，进入转向油缸-腔，转向油缸另-腔油缸的有杆腔或无杆腔，使转斗实现向前或向后 的回油经放大阀回油箱。

第 l3期 王云龙 等：故障树分析法在装载机液压系统故障诊断中的应用 ·185·2.2 故障现 象以ZL50C-I型装载机工作装置液压系统为例，工作装置液压系统的故障现象主要有：液压缸动作迟缓或举升无力；动臂自动下沉；工作时尖叫或振动；油温过高。

2.3 构建故障树为了正确地建立系统故障树，技术人员首先必须熟悉液压系统工作原理，要求对系统设计的工艺要求、技术规范、工作流程等文件和资料有透彻的了解，并具有比较丰富的设计和运行经验、较高的知识水平和严密清晰的逻辑思维能力。作者由工作液压系统原理图和故障现象可建立故障树如图2所示。故障树所对应的事件列表见表 1。

说明-项事件甲中间事件 底·件6戚门△表1 故障树对应的事件列表图2 装载机工作液压系统故障树编码 事件 编码 事件工作液压系统故障 置 油泵磨损严重A 液压缸动作缓慢或举升无力 墨 溢流阀压力调整低、弹簧变软A 动臂自动下沉 瓦 溢流阀磨损泄漏或卡滞， 工作时尖叫 油缸活塞油封损坏，油缸拉伤A 油温过高 分配阀操作软轴调整不合适或损坏曰 动臂油缸和转斗油缸动作都慢 蜀 滑阀磨损，泄漏严重，中立位置不正确只有动臂油缸动作慢 墨。 过载阀泄油液压油箱油量少 。 低压系统进入空气液压油箱通气孔堵塞 ： 环境温度高，连续作业时间长墨 滤网堵塞或进油管太软变形 置 系统内泄漏量大为找出装载机液压系统的薄弱环节，提高其工作的可靠性，作者采用了最小割集的分析方法 ，找出处于故障状态的装载机液压系统所必须修理的基本故障。

用上行法可求出图2所示故障树的全部最小割集。运算步骤如下：B1Xl 恐 十B2x7 A2x7墨 10A3Xl墨 l1A4X1五2五3A1B1B2Xl 十X8X9即最小割集 K( )为： 。， ， ， ， ， ， ， ，蜀 ， 。，X ， ：，X ， 。

以装载机液压缸动作缓慢或举升无力A 为例，根据故障树的特点和装载机液压系统的工作原理，可找出中间事件为动臂油缸和转斗油缸都慢 和只有动臂油缸动作慢B 。中间事件 再往下发展，可找出其底事件为液压油箱油量少置、液压油箱通气孔堵塞 、滤网堵塞或进油管太软变形 、油泵磨损严重 、溢流阀压力调整低 和溢流阀磨损泄漏或卡滞瓦。中间事件 ：往下可找出其底事件为油缸活塞油封损坏或油缸拉伤 、分配阀操作软轴调整不合适或损坏 。和滑阀磨损、泄漏严重中立位置不正确蜀。

3 结论通过分析 ZL50C-I型装载机液压系统的特点，建立了基于专家知识库的故障树。实践证明：通过对故障树分析结果进行故障诊断，可为维修人员快速查找液压系统故障提供重要参考，大大节省了液压系统故障诊断时间，提高了工作效率。同时将故障树分析技术引入到专家故障诊断系统，促进了故障树分析和专家故障诊断系统的有效结合，提高了液压系统故障诊断的准确率。