履帶車輛變速箱的T-S模糊故障樹可靠性分析

王藝華

摘要：針對履帶車輛變速箱的故障原因等存在較難獲得大量數(shù)據(jù)的問題，提出了基于T-S模糊故障樹分析方法，對變速箱構(gòu)建T-S模糊故障樹，分析過程中采取底事件的模糊效率替代為其故障概率的方法，再將其故障程度用模糊數(shù)來表示，對變速箱關(guān)重件T-S模糊故障樹進(jìn)行實例分析，計算并分析變速箱T-S模糊故障樹，對底事件進(jìn)行重要度分析，并給出故障排查意見。

關(guān)鍵詞：T-S模糊故障樹;履帶車輛變速箱;重要度分析

0? 引言

故障樹分析（FTA）是一種可靠性分析方法。它是系統(tǒng)可靠性分析、預(yù)測的最簡單工具之一。傳統(tǒng)故障樹也存在不足[1]：①故障樹分析需要大量故障數(shù)據(jù)作為支撐;②描述事件基于布爾運算和概率運算，主要考慮為二態(tài)系統(tǒng)。針對上述問題，文獻(xiàn)[2]等首次提出模糊理論應(yīng)用在FTA中，解決了FTA中基本事件故障率模糊等不確定性問題。文獻(xiàn)[3-4]將T-S模糊故障樹不斷拓展，研究不同狀況下的模糊失效可能性，以此分析影響整體系統(tǒng)的問題。履帶車輛變速箱結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜并具有一定的層次性，底事件的發(fā)生概率及關(guān)系存在不確定性問題。T-S模糊理論可以改善傳統(tǒng)故障樹的不足，展現(xiàn)對系統(tǒng)可靠性分析的優(yōu)勢，本文將模糊理論與故障樹結(jié)合對履帶車輛變速箱進(jìn)行分析。

1? T-S模糊故障樹基本理論

1.1 模糊概念

T-S模糊故障樹在定量分析時，可以彌補(bǔ)故障數(shù)據(jù)隨機(jī)性及不確定性的問題。在模糊數(shù)支撐集的中心用F0表示，左右模糊區(qū)用m1和m2表示，左右支撐半徑用s1和s2表示，描述模糊數(shù)F0的梯形隸屬函數(shù)F，如下式（1）。

1.2 T-S模糊門FTA算法

根據(jù)T-S模型算法，在底事件的可能性已知情況下推算出頂事件可能性，若給出底事件的故障程度信息也可計算頂事件出現(xiàn)故障程度的模糊可能性。

3? 實例驗證

本文以履帶車輛變速箱為分析對象，它由傳動齒輪、撥叉、軸承、同步器等關(guān)重件構(gòu)成。建立變速箱的T-S模糊故障樹，y3表示變速箱非正常工作;中間事件y1、y2表示同步器、傳動齒輪;底事件x1～x6表示同步器銷子、接合套、主動齒輪、被動齒輪、撥叉、軸承，如圖1所示。

3.1 T-S門故障樹分析

T-S門模糊數(shù)中，若x2～x6，y1，y2，y3有三種故障狀態(tài)，為（0，0.5，1）;若x1故障程度為（0，1）。其中0表示無故障;0.5表示輕微故障;1表示嚴(yán)重故障。依據(jù)以往經(jīng)驗和專家故障排除經(jīng)驗可得3個T-S門規(guī)則，列舉規(guī)則1，如表1所示。

3.1.1 變速箱的故障概率分析

由某維修廠得到變速箱關(guān)重件的故障事件為x1～x6表示事件故障程度為1的故障概率分別為：2.47×10-4、5.10×10-4、3.34×10-4、4.19×10-4、2.95×10-4、3.80×10-4，假設(shè)上述事件在故障程度為1和0.5時，故障概率相同，結(jié)合上述規(guī)則，可得：

3.1.2 各事件的模糊可能性

3.2 T-S模糊故障樹重要度分析

根據(jù)變速箱其他各部件故障程度的模糊可能性，再結(jié)合式（4）-式（7），可計算出變速箱的T-S概率重要度和T-S關(guān)鍵重要度，見表2和表3。

由表3可知，以T-S關(guān)鍵重要度作為故障排查依據(jù)，當(dāng)系統(tǒng)處于嚴(yán)重故障時，可按照下列次序排查故障：x2、x4、x3、x1、x6、x5對履帶車輛的維修和故障排除能起到一定指導(dǎo)意見，其中結(jié)合盤管關(guān)鍵度最大，優(yōu)先檢測。

4? 結(jié)論

將T-S模糊故障樹應(yīng)用到履帶車輛變速箱，可分析其故障程度和多個故障同時出現(xiàn)對系統(tǒng)的影響，很好地處理了故障的不確定性。通過對故障樹進(jìn)行T-S重要度分析，得出底事件的重要度及其底事件重要度排序，給出了故障排查意見。該方法可應(yīng)用到履帶車輛傳動系統(tǒng)及其它系統(tǒng)領(lǐng)域，具有較大的實踐應(yīng)用價值。

參考文獻(xiàn)：

[1]李興運，齊金平.基于T-S模糊故障樹的受電弓系統(tǒng)可靠性分析[J].安全與環(huán)境學(xué)報，2018（01）：33-38.

[2]Tanaka， Fault-Tree Analysis by Fuzzy Probability[J]. IEEE Transactions on Reliability， 1983， 32（5）：453-457.

[3]陳樂，王賢琳，李衛(wèi)飛，王愷，劉凱樂.基于T-S模糊故障樹的刀架系統(tǒng)可靠性分析[J].組合機(jī)床與自動化加工技術(shù)，2019（02）：143-146.

[4]Qing Zhao，Lijun Li，Reliability Research of Concrete Pump Main Oil Hydraulic System Based on T-S Fuzzy Fault Tree[J]. Advances in Computer Science Research，2017.