基于FTA的特大采高液压支架立柱支撑系统的可靠性分析

本资料包含pdf文件1个，下载需要1积分

液压支架正在向高端化、快速化和自动化方面发展，但是液压支架在矿井内长时间、高强度地承受重载、振动、冲击、摩擦和润滑不良等工况条件，导致液压支架故障频繁发生。以 ZY16800/32/70D特大采高液压支架为研究对象，利用 FI'A对立柱支撑系统不动作或动作慢这-典型故障进行分析，进-步提高该特大采高液压支架可靠性。

在 ZY16800/32/70D特大采高液压支架的液压系统中，立柱支撑系统的正常工作是保证三机配套正常工作的必要条件。对于特大采高液压支架来说，除了在其进、回液管路中安装适当的回液断路阀和截止阀外，为了保证乳化液质量，还需在架间安装大流量电动反冲洗过滤器。由电液换向阀组控制立柱起到支撑作用，为了保证及时支护，电液换向阀组和支架问加装立柱快速供液阀，避免出现 自降和支撑不及时导致的顶板垮塌或煤壁片帮。随着液压元件的复杂，影响系统正常工作的因素也进-步复杂化，给工作面设备检修和维护造成不便，该液压支架立柱支撑系统液压工作原理如图 1所示 J。

电液换向阀组图 1 立柱支撑系统液压工作原理图1 立柱支撑系统故障树可靠性分析1.1 立柱故障树模型建立故障树分析方法是在系统设计过程中，通过对可收稿日期：2013-01。23基金项目：国家高技术研究发展计J(863计划 2012AA06A406)作者简介 ：吴行标(1968-)，男，安徽天长人，高级工程师，硕士，主要研究方向为大型矿山机电装备可靠性分析。

2013年第 8期 液压与气动 41能造成系统故障的各种因素(包括硬件、软件、环境、人为因素等)进行分析，画出逻辑框图(即故障树)，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，以计算系统故障概率，采取相应的纠正措施 ，以提高系统可靠性的-种设计方法。由于 FTA是-种图形演绎方法，它可以围绕某些特定的故障状态作层层深入的分析，因而在清晰的故障树图形下，表达了系统的内在联系，并指出元部件故障与系统故障之间的逻辑关系，找出系统的薄弱环节，进而可以在使用过程中加强维护和检修，或是在设计过程中提出改进措施，以进-步降低系统故障概率，提高系统可靠性 J。

根据故障树顶事件的确定原则，选定立柱故障为顶事件 T，然后以立柱不动作或动作慢这-典型故障作为-级中间事件。根据 ZY16800/32/70D立柱支撑系统的工作原理、结构特点、各元件在液压系统中的作用、系统的有关参数及实际液压系统的布置情况，应用故障树逻辑分析法找出立柱不能动作或动作慢的主要原因有：泵压低、安全阀故障、油缸窜液、液控单向阀故障、操纵阀故障及其他重要元件故障。其中导致安全阀故障的原因有：安全阀泄漏、调定压力过孝阀体损毁；导致液控单向阀故障的原因有：液控阀打不开、阀体损坏液、泄漏等；导致操纵阀故障的原因有：操纵阀漏液或窜液、电压或线圈故障引起的通电不动作及电磁阀开度不够等，以上原因都可以作为中间事件。对导致中间事件发生的各种因素进行分析，就可以得到故障树的基本事件，画出立柱支撑系统工作回路的故障树如图2所示。

1.2 故障树定性分析1)求取最小割集故障树定性分析的目的就是根据不同逻辑门的运算推导得到故障树的最小割集。故障树的每-个基本事件不-定是顶事件发生的起因，当有-组事件发生时必然导致顶事件的发生，则该组事件的集合定义为- 个割集。如果去掉割集中任何-个基本事件就不再成为割集，则该割集叫最小割集。最小割集是导致顶事件 T发生的充分必要条件。

对图2所示故障树从下而上采用上行法，也称为Semanderes算法对逻辑门进行置换，利用集合运算规则简化吸收，最后可以得到顶事件的基本事件布尔表达式如下所示 ，进而可得到最小割集 6- 。

G2 X7 8 10 lG11 30 31 32 33 34G3 Gl1 l6 17 3o 3l 32 33 16 17G4 X12 13 14 15G12 X34 5 6 37G5 X18 19G12Xl8 l9 34 5 36 7G7 X20 21G8 X22·X23G13X38 9蜀0G14 X41 3G9 Gl3 4 5Gl4X26 X38 39 4 5墨l蜀2墨3 6图2 立柱支撑系统故障树42 液压与气动 2013年第8期Gl0X27 8 z9 ]G6 G8G9G10 l十 2· 墨8 l 9 以1 l27 8 29由于 ：TGlG2G3G4G5 l G6xs X6TX7 8十蜀 置0 l1 0 1 2 3十6 l7 12 l3 14 15 18 19 34 5 36 37 l 0 1 2· 3 8 39 o 4十 5十五l 2 3 26 27 8 9 墨 式中， 为顶事件；Gi为中间事件；Xi为基本事件。其中”表示逻辑或门”，·”表示逻辑与门”∩得，关于立柱不动作或动作慢故障树模型有42个最小割集，它们分别是：k。 ； ： ； 3 3； 蜀 ；.j ； ； ； 8 ； 9 ； l0 10；后l l；后12 2； 13 l3； l4 l- l4； l5 15； 16 16； 17 l7； 18：X ； 9 X 9； ： ； 2 X2l； ； 23 25； 24： 6；k25 27； 26 8； 27 9；尼28 3o；后29 ； 30：X32； 3l 3； 32： 34； 3 35； 34 36； 35 37； 36 38；后37 9； 38： ； 39 墨 ； 蜀 ； 4 3；k 2 23。

其中- 阶最小割集 有 41个，分 别是： ； ：； ； ； ； ； ； ；蜀； 0； l； ； 13； l4； 15； l6；X ； ； ； 。； ； ； ； ；x ； ： ； 9；x，。； ； 32； ，； ； ； ； ， ； ； ； ；蜀。； ；墨，，二阶最小割集有 1个： 2， 23。

2)结构重要度分析结构重要度为某个基本事件在故障树中所处位置的重要性量度，与基本事件本身的故障概率无关，是基本事件对系统故障贡献的表征。-般遵循下述原则对基本事件进行比较l8 J：(1)割集阶数越小，割集越重要；(2)在低阶最小割集中出现的基本事件比高阶最小割集中的基本事件重要；(3)割集阶数相同时，在不同最小割集中重复出现次数最多的基本事件重要；(4)在底事件少的最小割集中出现次数少的事件与底事件多的最小割集中出现次数多的相比较，-般前者大于后者。

按照上述原则，得到基本事件 置结构重要度的大小排序为：X1X2 蜀 X5X6>X7Xs蜀 X10 Xl1>X12 X13X14： Xl5> X16 X17 X30X3lX32 X33 Xl8X19X34 X35 X36 X37> X20 X21X24 X25X26 X27：X28 X29X38 X3q X4o X4l X42 X43> X2z X23由结构重要度分析可以得到，在立柱支撑系统故障树中，可以将基本事件分为六个重要度等级，对其中重复出现的基本事件：泵站压力低、异物堵塞、密封圈失效和液路压力低等故障模式应给予重点关注。

针对泵站压力低低故障，注意预防油路堵塞或泄漏。合理地设置泵站的压力参数，保证箱内乳化液充足；对于安全阀、液控单向阀故障，加强液压元件的维修管理制度，注意单向阀的正确安装与定期检修，如有必要就立即更换元件；采煤机工作环境恶劣，应注意防止液压油受到污染，避免活塞密封圈或其余液压元件运动副间出现异常磨损导致密封失效；对于操纵阀障碍应重点检修和维护操纵阀漏液、通电不动作及电磁阀开度不够等故障。

2 结论对 ZY16800/32/70D特大采高液压支架立柱支撑系统中立柱不动作或动作慢这-典型故障进行了可靠性研究，通过对故障树模型进行定性分析，可得到以下结论：(1)通过对立柱不动作故障树进行分析，得到导致这-典型故障的小割集，有助于掌握导致立柱不动作或动作慢故障原因的规律和特征，优化检修和维护选择，延长支架正常工作时间，提高系统可靠性；(2)通过建立关于立柱不动作或动作慢的故障树模型，能够直观地查找导致故障的原因或原因组合，是- 种行之有效的故障识别和诊断方法，同时也可对立柱支撑系统的优化设计起到-定的指导意义。