工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)故障樹分析法的應(yīng)用研究

雷建民

摘 要：根據(jù)工程機(jī)械電子控制系統(tǒng)的故障特點(diǎn)，利用故障樹分析方法分析了各后臺(tái)事件的發(fā)生概率和重要性，對(duì)工程機(jī)械電控系統(tǒng)進(jìn)行了優(yōu)化診斷和故障預(yù)防，分析了故障樹分析的可行性和有效性。對(duì)工程機(jī)械電控系統(tǒng)故障診斷與預(yù)防中的故障樹進(jìn)行了驗(yàn)證。

關(guān)鍵詞：工程機(jī)械;電氣系統(tǒng);故障診斷;故障樹

引言：伴隨著工程機(jī)械設(shè)備智能化的不斷發(fā)展，電控技術(shù)在工程機(jī)械設(shè)備中的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。電控系統(tǒng)在工程機(jī)械設(shè)備中的地位也越來(lái)越重要。這一趨勢(shì)在未來(lái)的發(fā)展中將進(jìn)一步加深，因此隨著系統(tǒng)復(fù)雜性的增加，電控系統(tǒng)的故障診斷變得越來(lái)越困難。分析各種可能的故障原因的可能性，提出預(yù)防措施，優(yōu)化搜索和檢測(cè)步驟，本文采用基于故障樹的故障分析方法，并結(jié)合實(shí)例分析了故障樹在故障診斷中的應(yīng)用。介紹了挖掘機(jī)起動(dòng)回路故障的具體研究和故障檢測(cè)步驟，驗(yàn)證了故障樹分析在工程機(jī)械電氣控制系統(tǒng)故障診斷和預(yù)防中的可行性和有效性。

1 故障樹分析法

該方法作為一種綜合安全診斷和故障評(píng)估的演繹方式失效分析方法，近年來(lái)，故障樹分析法已逐步被研究人員發(fā)現(xiàn)并嘗試應(yīng)用于大型工程機(jī)械設(shè)備的故障檢測(cè)過(guò)程。利用布林邏輯可以結(jié)合低階事件，對(duì)系統(tǒng)中的異常狀態(tài)進(jìn)行分析，從而了解系統(tǒng)故障的原因，找出解決辦法。在工程機(jī)械設(shè)備電控系統(tǒng)故障診斷過(guò)程中，故障樹分析法能更直觀地反映故障設(shè)備內(nèi)部元件之間的關(guān)系，整理復(fù)雜電路邏輯，提高設(shè)備故障分析速度。故障樹分析法可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。通過(guò)該方法可實(shí)現(xiàn)電控系統(tǒng)的故障概率和故障原因的預(yù)測(cè)，優(yōu)化維修人員的故障診斷效率，為系統(tǒng)故障診斷提供了寶貴參考。

電控系統(tǒng)故障診斷過(guò)程中，操作員需要先確定時(shí)間與系統(tǒng)分析的范圍，獲得系統(tǒng)的有關(guān)數(shù)據(jù)和主要結(jié)構(gòu)參數(shù)，再通過(guò)或閘和及閘完成對(duì)故障樹的繪制工作，簡(jiǎn)化故障樹的冗雜信息并完成故障的定量分析，完成事件的重要度評(píng)估，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)故障與風(fēng)險(xiǎn)的整體調(diào)控與解決。失效樹分析（FTA）是一種運(yùn)用于大中型復(fù)雜可靠性指標(biāo)、安全系數(shù)剖析、風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)和故障檢測(cè)的方式 。當(dāng)今，在我國(guó)已將故障樹分析方式 運(yùn)用于中國(guó)核工業(yè)、航空航天、航空公司、化工廠等自動(dòng)控制系統(tǒng)的可靠性分析。詳細(xì)介紹了故障樹分析法。對(duì)于工程項(xiàng)目工業(yè)設(shè)備電子控制系統(tǒng)常見故障進(jìn)行分析研究。完成下列幾種層面的關(guān)鍵實(shí)際意義：

（1）運(yùn)用故障樹清楚地表述了工程項(xiàng)目工業(yè)設(shè)備電子控制系統(tǒng)故障事件的相互關(guān)系，并強(qiáng)調(diào)了各模塊故障與系統(tǒng)異常之間的邏輯順序：

（2）將各種各樣造成 工程項(xiàng)目工業(yè)設(shè)備電氣控制系統(tǒng)異常的可能要素聯(lián)系起來(lái)，協(xié)助找到系統(tǒng)軟件的弱點(diǎn)：

（3）根據(jù)故障樹定量分析測(cè)算工程項(xiàng)目工業(yè)設(shè)備電子控制系統(tǒng)的失效概率和穩(wěn)定性參數(shù)。

2 工程機(jī)械設(shè)備典型啟動(dòng)電源電路故障樹分析運(yùn)用

為了完成機(jī)械工程電控系統(tǒng)的故障樹分析，本文選擇了經(jīng)典的挖掘機(jī)啟動(dòng)電路，采用故障樹分析法，探討了起動(dòng)機(jī)出現(xiàn)故障的原因，并評(píng)價(jià)了采用該方法解決故障的整體效果。本機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)的主要工作情況如下：?jiǎn)?dòng)開關(guān)連接時(shí)，繼電器線圈通過(guò)導(dǎo)通主觸點(diǎn)并完成電路閉合，而位于電磁開關(guān)的線圈呈現(xiàn)同向電場(chǎng)力的特性，吸引鐵質(zhì)核心進(jìn)行移動(dòng)，隨后按住傳動(dòng)齒輪完成齒輪傳動(dòng)拔叉與齒圈的齒合，接入電磁開關(guān)與電機(jī)的主控芯片線柱接入電磁開關(guān)，接入電磁開關(guān)與電機(jī)的主控芯片線柱，完成電機(jī)啟動(dòng)過(guò)程。

2.1確定分析范圍，繪制故障樹

實(shí)驗(yàn)中，研究者選取以元件故障為代表的底事件故障和以啟動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)障礙為代表的頂事件為研究對(duì)象，利用機(jī)械設(shè)備元件之間的相互作用關(guān)系與事件重要程度判斷來(lái)解決故障與元件損壞情況。研究者首先需要梳理起動(dòng)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)，篩選出較多可能出現(xiàn)故障的部分，利用電路分段檢測(cè)來(lái)確定具體的故障范圍，最終按照邏輯電路的相關(guān)邏輯。

故障樹圖技術(shù)繪制。

2.2故障樹的邏輯分析

當(dāng)完成了故障樹的繪制工作，需要找出故障頂事件的原因，通過(guò)故障樹分析和計(jì)算，對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵故障環(huán)節(jié)進(jìn)行判斷。對(duì)故障樹進(jìn)行定性分析時(shí)，主要采用的方法是最小割集法，通過(guò)對(duì)起動(dòng)機(jī)的故障情況進(jìn)行邏輯關(guān)系的表達(dá)和分析，達(dá)到最小割集與故障模式的一一對(duì)應(yīng)，進(jìn)而判斷電路基本事件是否存在冗余與重復(fù)，最終確定電路基本事件的基本事件。

2.3故障樹的量化計(jì)算

研究者需要在完成故障樹的邏輯分析之后對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行量化計(jì)算，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)底事件概率的整體估計(jì)，進(jìn)而推測(cè)頂事件產(chǎn)生的可能性。研究人員在頂事件的概率計(jì)算過(guò)程中，需要判斷底事件的獨(dú)立性，區(qū)分事件的狀態(tài)，用布爾代數(shù)變量模擬底事件的主要特征，即某時(shí)刻底事件的發(fā)生狀態(tài)與未發(fā)生狀態(tài)，進(jìn)而用結(jié)構(gòu)函數(shù)或門等邏輯結(jié)構(gòu)完成事件的結(jié)構(gòu)函數(shù)，最終計(jì)算事件發(fā)生概率。與此同時(shí)，研究者還可以通過(guò)對(duì)底事件的故障數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和邏輯推算，實(shí)現(xiàn)對(duì)頂事件概率的精確計(jì)算。當(dāng)計(jì)算完故障樹的事件概率后，研究者需要對(duì)機(jī)器結(jié)構(gòu)的重要性進(jìn)行評(píng)估。底事件重要度是判斷起動(dòng)機(jī)系統(tǒng)中頂事件與底事件相關(guān)性的一個(gè)重要指標(biāo)，底事件的重要性則反映了起事件失效引起的頂事件失效概率的變幅。經(jīng)過(guò)對(duì)相關(guān)統(tǒng)計(jì)表達(dá)式的計(jì)算，得出了較為簡(jiǎn)潔的計(jì)算結(jié)果，并最終完成了故障樹分析法中的基本流程，實(shí)現(xiàn)了對(duì)機(jī)械設(shè)備的故障評(píng)估。

用工程機(jī)械設(shè)備典型性運(yùn)行電源電路。起動(dòng)機(jī)故障樹分析方法剖析啟動(dòng)機(jī)不可以運(yùn)行常見故障。明確底事情（有關(guān)元器件常見故障）與頂事情（啟動(dòng)機(jī)不可以運(yùn)行）中間的關(guān)聯(lián)和底事情相匹配頂事情的關(guān)鍵水平。輔助機(jī)器設(shè)備故障檢測(cè)與修復(fù)。之上工程機(jī)械設(shè)備典型性運(yùn)行電源電路是對(duì)以上工程機(jī)械設(shè)備的典型性運(yùn)行電源電路開展剖析。關(guān)鍵涉及到電瓶、運(yùn)行電源開關(guān)、啟動(dòng)繼電器、啟動(dòng)電源開關(guān)、啟動(dòng)汽車?yán)^電器、啟動(dòng)機(jī)（包含電磁開關(guān)、電動(dòng)機(jī)）和電極連接線束。

運(yùn)行系統(tǒng)軟件的原理概述：?jiǎn)?dòng)電源開關(guān)接入后，啟動(dòng)繼電器電磁線圈的電，使其主接觸點(diǎn)合閉;電磁開關(guān)的維持電磁線圈和吸引住電磁線圈與此同時(shí)得電。造成同方向磁場(chǎng)力。吸引住變壓器鐵芯擺脫彈簧彈力往左邊挪動(dòng);變壓器鐵芯推動(dòng)拔叉組織姿勢(shì)。促進(jìn)傳動(dòng)齒輪使其與齒圈齒合后。左邊觸碰盤將電磁感應(yīng)開關(guān)電源電路主接線頭和電機(jī)主接線頭接入，大電流量經(jīng)觸碰汽車?yán)^電器電機(jī)內(nèi)部。使轉(zhuǎn)子與電機(jī)接線柱接入，大電流量經(jīng)觸碰汽車?yán)^電器電機(jī)內(nèi)部布線，隨后再將電磁開關(guān)轉(zhuǎn)至電機(jī)接線柱接入，再將電磁開關(guān)轉(zhuǎn)至電機(jī)由電機(jī)轉(zhuǎn)子運(yùn)行：當(dāng)運(yùn)行電源開關(guān)斷掉時(shí)，啟動(dòng)繼電器電磁線圈跳停，主接觸點(diǎn)釋放出來(lái)，電流量根據(jù)觸碰盤、維持電磁線圈、吸引住電磁線圈搭鐵產(chǎn)生控制回路。那樣，吸引住電磁線圈反方向插電。故并維持電磁線圈造成反磁場(chǎng)力。二者相互之間相抵。磁芯在扭簧的功效下校準(zhǔn)，觸碰盤擺脫開關(guān)電源主接線頭和電機(jī)的主接線頭，使傳動(dòng)裝置回拉。

3 建議

針對(duì)挖掘機(jī)啟動(dòng)控制裝置的相關(guān)故障實(shí)例，研究人員可以發(fā)現(xiàn)，故障樹分析法在評(píng)估故障范圍、準(zhǔn)確判斷故障發(fā)生概率等方面具有重要作用，其方法可為用戶提供有價(jià)值的機(jī)器故障處理建議。電控系統(tǒng)在日常操作和使用過(guò)程中，應(yīng)注意電控系統(tǒng)的用電安全，確保起動(dòng)機(jī)和繼電器的線圈安全，最終實(shí)現(xiàn)高效持久的設(shè)備使用周期。

結(jié)束語(yǔ)

總之，本文通過(guò)分析步驟原理和實(shí)例，探討了故障樹分析法在工程機(jī)械電控系統(tǒng)故障分析過(guò)程中的應(yīng)用，并結(jié)合經(jīng)典的挖掘機(jī)啟動(dòng)系統(tǒng)探討了故障樹分析法在工程機(jī)械電控系統(tǒng)故障分析中的可能性。它可以通過(guò)對(duì)系統(tǒng)故障的頂事件和底事件故障的概率分析，結(jié)合相應(yīng)的統(tǒng)計(jì)公式和邏輯方法，完成事件重要度的評(píng)估過(guò)程，該方法的執(zhí)行過(guò)程具有高度關(guān)聯(lián)性和邏輯性，可以更條理地實(shí)現(xiàn)較為有效的故障排查與診斷，在解決實(shí)際電氣系統(tǒng)故障的問(wèn)題上體現(xiàn)出較高的應(yīng)用價(jià)值。

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