薄一龍

（同煤國電同忻煤礦維修隊， 山西　大同　037001）

引言

隨著我國煤礦企業(yè)向著高產(chǎn)高效的方向不斷前進(jìn)，對綜采工作面主要支護(hù)設(shè)備的液壓支架的要求也變得越來越高，特別是在其可靠性與安全性方面。液壓支架的廣泛使用大大降低了井下礦工的工作強(qiáng)度，提高了工作的安全保障性和生產(chǎn)效率。

根據(jù)現(xiàn)場對液壓支架使用過程中的故障統(tǒng)計，發(fā)現(xiàn)其故障主要來源是液壓系統(tǒng)。因此，為了確保液壓支架的正常運(yùn)行，減少維護(hù)與維修的費(fèi)用，對其液壓系統(tǒng)進(jìn)行故障預(yù)測和分析是非常有必要的。

20世紀(jì)60年代，故障樹分析法被美國的貝爾實(shí)驗室首先提出。故障樹分析法是基于圖形演繹的邏輯分析方法。通過故障樹分析方便、迅速、準(zhǔn)確地找到系統(tǒng)故障的主要原因，發(fā)現(xiàn)薄弱壞節(jié)，同時還可以利用數(shù)學(xué)計算來確定故障的發(fā)生概率，以此作為科學(xué)、客觀判斷故障原因、選擇故障處理方法的理論依據(jù)[1]。

1　液壓支架泵站液壓系統(tǒng)故障樹的建立

1.1　液壓支架泵站液壓系統(tǒng)故障分析

生產(chǎn)實(shí)踐表明，液壓支架發(fā)生故障多數(shù)是由液壓系統(tǒng)所造成。而整個液壓系統(tǒng)的“心臟”則是乳化液。乳化液泵的工作特點(diǎn)是擁有較大的傳動功率、較好的抗沖擊能力和較強(qiáng)的抗污染性能。但是，綜采工作面煤塵粉塵嚴(yán)重，地質(zhì)條件復(fù)雜，使得在這種惡劣條件下運(yùn)行的液壓支架乳化液泵經(jīng)常出現(xiàn)故障。當(dāng)乳化液泵由于零部件損壞或者功能出現(xiàn)問題時就認(rèn)為其發(fā)生故障并失效[2]。

通過查閱資料并結(jié)合現(xiàn)場經(jīng)驗來看，乳化液泵出現(xiàn)故障時往往有兩個比較明顯的現(xiàn)象，一方面是容積效率下降，泵壓不足導(dǎo)致支架無動作或者運(yùn)行速度減慢；另一方面則是出現(xiàn)較大的振動和噪聲，乳化液溫度也增加。造成第一種現(xiàn)象的原因有：由于缸體、配油盤配合表面磨損或者質(zhì)量問題導(dǎo)致泵缸體與配油盤間隙過大；由于密封老化或者密封件損壞導(dǎo)致的密封失效問題；柱塞與缸體配合面磨損嚴(yán)重，使得乳化液大量泄漏。造成第二種現(xiàn)象的原因有：乳化液里混入空氣、液面過低或補(bǔ)液量不足導(dǎo)致的主油泵空吸；乳化液量不足或者安裝時出現(xiàn)問題。

1.2　故障樹的建立

根據(jù)前面對乳化液泵故障的分析，建立液壓支架乳化液泵故障樹。頂事件即乳化液泵故障，現(xiàn)象包括容積效率下降，泵壓不足以及振動、噪聲、溫度加劇。通過不斷分析和完善，可以建立最終的故障樹體系。該體系包括6個邏輯或門和9個底事件構(gòu)成。其故障樹示意圖如圖1所示[3]。

圖1　煤礦液壓支架乳化液泵故障樹示意圖

2　液壓支架泵站液壓系統(tǒng)故障樹分析

2.1　定性分析

對圖1所示煤礦液壓支架乳化液泵故障樹進(jìn)行定性分析，得出該故障樹的最小割集，以此判斷相關(guān)底事件對與頂事件的影響。通過簡單的布爾運(yùn)算可以求得系統(tǒng)最小割集。通過邏輯分析，由于故障樹中每個底事件均為邏輯“或”，因此最小割集為：

從式（1）可以看出，煤礦液壓支架乳化液泵故障樹的最小割集為{x1}{x2}{x3}{x4}{x5}{x6}{x7}{x8}{x9}。也就是說，故障樹分析中，所有底事件均為頂事件的最小割集，那么每一個因素的出現(xiàn)都可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)的故障，該系統(tǒng)可靠性較低。

2.2　定量計算

運(yùn)用CAFTA軟件對上頁圖1所示煤礦液壓支架乳化液泵故障樹進(jìn)行定量計算。CAFTA軟件是用于系統(tǒng)可靠性分析的專業(yè)工具，能夠根據(jù)建立的圖形模型，配合給定的參數(shù)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)管理、運(yùn)算分析、結(jié)果分析等功能。將上頁圖1故障樹繪制如CAFTA軟件，同時根據(jù)查閱資料獲得的故障間隔時間（如表1所示）輸入每個底事件。在系統(tǒng)中設(shè)置參數(shù)，其中模擬次數(shù)為3 000次，有效時間區(qū)間為（0，350 00）。之后進(jìn)行運(yùn)算得到各底事件的失效概率和模式重要度，分析結(jié)果如表1所示。其中模式重要度均為1，與定性分析結(jié)果一致[4]。

表1　各底事件故障間隔時間與分析結(jié)果表

根據(jù)CAFTA軟件的計算結(jié)果，進(jìn)行頂事件的發(fā)生概率計算。算法如下式2所示：

則 ：P=1-（1-x1）（1-x2）（1-x3）…（1-x8）（1-x9）=0.295 334 043≈29.53%。

即煤礦液壓支架乳化液泵故障概率為29.5%，系統(tǒng)可靠性為70.5%。

3　液壓支架泵站液壓系統(tǒng)故障樹結(jié)果分析

1）從故障樹定性分析與定量計算可以看出，各底事件模式重要度為1，說明每個底事件都有導(dǎo)致頂事件發(fā)生的可能。因此，對每個底事件都要引起足夠的重視。

2）配油盤加工精度不夠、中心球鉸安裝問題、配油盤磨損以及密封件磨損失效概率較大，屬于液壓系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)。為了解決這些問題，要注重設(shè)備的加工工藝與精度，加強(qiáng)質(zhì)量監(jiān)管，完善管理制度。盡可能避免質(zhì)量問題造成的液壓支架乳化液泵故障。

3）利用CAFTA軟件進(jìn)行進(jìn)一步分析，繪制系統(tǒng)的可靠度直方圖，如圖2所示。從圖2中可以看出，液壓支架乳化液泵在使用初期沒有故障發(fā)生，當(dāng)運(yùn)行得到1 500 h左右時，可靠性開始下降，當(dāng)運(yùn)行到3 000 h左右的時候，可靠性變得非常低。這時需要對液壓支架乳化液泵進(jìn)行大修[5]。

圖2　煤礦液壓支架乳化液泵可靠度直方圖

4）從結(jié)果分析來看，故障樹分析法以及CAFTA軟件的運(yùn)行能夠?qū)γ旱V液壓支架乳化液泵進(jìn)行比較客觀、科學(xué)的故障分析，結(jié)果與實(shí)際比較接近，可以作為故障診斷、故障檢修的理論依據(jù)。具有較好的科學(xué)性和實(shí)踐性。

4　結(jié)論

1）通過對煤礦液壓支架乳化液泵進(jìn)行故障分析，建立了由6個邏輯或門、9個底事件構(gòu)成的故障樹。對建立的故障樹進(jìn)行了定性分析并利用CAFTA軟件進(jìn)行了定量計算和可靠度直方圖模擬。

2）分析結(jié)果顯示，系統(tǒng)可靠性為70.5%，其中每個底事件都可能導(dǎo)致系統(tǒng)故障的發(fā)生。另外，初期沒有故障發(fā)生，當(dāng)運(yùn)行得到1 500 h左右時，可靠性開始下降，當(dāng)運(yùn)行到3 000 h左右的時候，可靠性變得非常低。

[1]趙亮培.基于故障樹分析的液壓系統(tǒng)故障診斷研究[J].機(jī)床與液壓，2009，37（2）：199-200.

[2]李為行.綜采工作面液壓支架液壓系統(tǒng)的故障診斷與分析[D].青島：山東科技大學(xué)，2009.

[3]劉鵬，朱命怡，李長勝，等.帶式輸送機(jī)新型托輥管體實(shí)驗研究[J].礦山機(jī)械，2009，37（17）：53-55

[4]韓偉紅，李興書，呂勇慶，等.故障樹分析法在帶式輸送機(jī)可靠性分析的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)電，2011（4）：79-81

[5]張紅光，陳金剛.綜采工作面液壓支架液壓系統(tǒng)的故障診斷與分析[J].工藝設(shè)計改造與檢測檢修，2012（21）：84.