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        柴油機(jī)燃油系統(tǒng)故障模式及影響分析

        2011-06-23 03:02:12蔡芝明金家善何春雨
        裝備制造技術(shù) 2011年12期
        關(guān)鍵詞:噴油泵油管柴油機(jī)

        蔡芝明,金家善,何春雨

        (海軍工程大學(xué)船舶與動力工程學(xué)院,湖北 武漢 430033)

        柴油機(jī)燃油供給系的功用,是根據(jù)柴油機(jī)工況要求,將精確計量的燃油在規(guī)定的時間以一定的壓力噴入到汽缸中。柴油機(jī)燃料供給系由兩部分組成:低壓部分和高壓部分。低壓部分主要使噴油泵的低壓腔充滿燃油并建立一定的壓力(0.15~0.3 MPa)。高壓部分對燃油進(jìn)一步加壓,并使燃油呈良好的霧狀噴入氣缸。

        低壓部分包括:油箱、低壓油管、輸油泵、燃油濾清器、溢流閥和回油管。

        高壓部分包括:噴油泵、高壓油管、噴油器。圖1所示是常見的一種柴油機(jī)燃油系統(tǒng)示意圖[1]。

        圖1 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)示意圖

        輸油泵從燃油箱吸取柴油并將其泵出,柴油經(jīng)燃油濾清器除雜質(zhì)后進(jìn)入噴油泵。自噴油泵輸出的高壓油,經(jīng)高壓油管和噴油器噴入氣缸。由于輸油泵的輸油量遠(yuǎn)大于噴油泵的噴油量,多余的燃油經(jīng)回油管回到油箱。

        故障模式及影響分析(Failure Mode and Effects Analysis,FMEA)是一種為開展設(shè)計、生產(chǎn)、品質(zhì)控制及服務(wù)的最廣泛使用的分析方法和有效工具[2]。進(jìn)行FMEA的目的,是幫助確定產(chǎn)品的潛在薄弱環(huán)節(jié),根本上排除或使其影響為最小,從而提高了產(chǎn)品的可靠性。FMEA常用的兩種基本方法,是功能分析法和硬件分析法[3]??紤]從硬件和功能FMEA入手,將兩者結(jié)合起來對柴油機(jī)燃油系統(tǒng)進(jìn)行FMEA分析。

        1 分析方法

        FMEA根據(jù)已有的資料,分析系統(tǒng)的結(jié)構(gòu),鑒別系統(tǒng)的每一個潛在的故障模式,針對可能引起燃油系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)正常功能的主要部件進(jìn)行分析,依次分析這些主要部件的失效模式、失效后果、失效機(jī)理、嚴(yán)酷度分類、嚴(yán)重度、頻度數(shù)、不易探測度、風(fēng)險綜合指數(shù)等。按最終對柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的影響,對故障模式按嚴(yán)酷度劃分為4類:I類(災(zāi)難性),II類(致命性),III類(嚴(yán)重的),c 類(輕度的)。第 I類和 II類是應(yīng)該盡量避免的,第III類和IV類故障模式主要是做好預(yù)防維修工作。

        (1)嚴(yán)重度(Severity,S)。是指產(chǎn)品潛在故障模式發(fā)生時,對系統(tǒng)影響后果的嚴(yán)重程度的評價指標(biāo),僅針對于故障的后果,嚴(yán)重度的判定準(zhǔn)則,是發(fā)生故障后果的嚴(yán)重程度,取值在1~10之間(見表1)。

        表1 嚴(yán)重度劃分等級參考表

        (2)頻度數(shù)(Occurrence,O)。是指某一特定故障起因或機(jī)理出現(xiàn)的可能性。描述頻度級別數(shù)著重內(nèi)在含義而不是具體的數(shù)值。一般可分為極高、高、中等、低等幾個等級,取值在1~10之間,表述所研究的元件在設(shè)計壽命周期內(nèi)每100個或1000個元件中的累計故障數(shù)(Cumulative Number of Failures,CNF,分別對應(yīng)CNF/100或者CNF/1000)。根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和查相關(guān)資料,可得到相關(guān)數(shù)據(jù)(見表2)。

        表2 頻度數(shù)劃分等級參考表

        (3)不易探測度(Detection,D)。是指發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品故障原因的難易程度,是探測故障模式/原因/機(jī)理的能力的指標(biāo),一般分為極難、難、可能、能等幾個等級,取值在1~10之間,不易探測度評價準(zhǔn)則,是利用現(xiàn)有的各種方法和手段找出故障存在的可能性(見表3)。

        表3 不易探測度劃分等級參考表

        (4)風(fēng)險綜合指數(shù)。根據(jù)建立的柴油機(jī)燃油系統(tǒng)FMEA分析表,估算故障發(fā)生時的嚴(yán)重度、頻度數(shù)、不易探測度等因素,計算風(fēng)險綜合指數(shù)(Risk Priority Number,RPN)值。

        依據(jù)RPN值的大小,判斷是否有必要進(jìn)行改進(jìn)或確定改進(jìn)的輕重緩急程度,從而以較低的成本減少事后損失,提高系統(tǒng)的可靠性,然而不管RPN數(shù)值大小,當(dāng)失效模式嚴(yán)重度數(shù)大時,就應(yīng)引起特別重視。柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的風(fēng)險綜合指數(shù)(見表4)。

        表4 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)FMEA分析表

        2 危害度分析

        對某種故障模式的后果及出現(xiàn)概率的綜合度量稱為危害度[4]。

        產(chǎn)品的危害度Cr是指產(chǎn)品在某一嚴(yán)酷度類別下各故障模式危害度Cmj的總和,計算公式如下

        其中n是該產(chǎn)品在相應(yīng)嚴(yán)酷度類別下故障模式數(shù)。

        查相關(guān)手冊或參考資料可得到λp(106h失效次數(shù),見表5)。

        表5 柴油機(jī)燃油系統(tǒng)元件失效率

        根據(jù)使用輸出數(shù)據(jù)和產(chǎn)品功能可得出產(chǎn)品故障模式頻數(shù)比dj;表示產(chǎn)品將以故障模式j(luò)發(fā)生故障的百分故比。如果列出的某產(chǎn)品所有故障模式,則所有這些故障模式對應(yīng)的dj總和等于1

        故障影響概率βj可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷得到的,它是產(chǎn)品以故障模式j(luò)發(fā)生故障而導(dǎo)致系統(tǒng)任務(wù)喪失的條件概率,一般可根據(jù)表6確定。

        表6 故障影響概率

        工作時間t可根據(jù)經(jīng)驗(yàn)判斷得到,以該產(chǎn)品每次任務(wù)的工作小時數(shù)表示。燃油系統(tǒng)按每天工作16 h,1年工作256 d,即4096 h。

        由FMEA分析表的分析結(jié)果和上述計算公式,得到該產(chǎn)品的II、III、IV類嚴(yán)酷度的危害度分別為

        CrⅡ=0.0080542;

        CrⅢ=0.01910647;

        CrⅣ=0.0118036。

        從而可得到:該柴油機(jī)燃油系統(tǒng)III類嚴(yán)酷度類別的危害度最大,IV類次之,II類非常小。

        3 結(jié)束語

        (1)通過FMEA的分析結(jié)果,得知柴油機(jī)燃油系統(tǒng)故障模式危害性最大的是噴油器,而后是噴油泵、輸油泵、溢流閥、燃油濾清器、油管、油箱。

        (2)通過產(chǎn)品危害度分析得出,III類嚴(yán)酷度類別的危害度最大,應(yīng)該重點(diǎn)防范;IV類危害度次之,需要定期進(jìn)行監(jiān)控和維護(hù)。

        (3)通過FMEA分析,找到了柴油機(jī)燃油系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)和潛在弱點(diǎn),為接下來的操作、檢修和維護(hù)過程中改進(jìn)措施,防止或減少故障的發(fā)生提供依據(jù)。

        [1]王文山,高曉波,髙 武,馮 岐.柴油發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2009.

        [2]Relex Software Co&Intellect,Reliability.A practitioner’s guide[M].Beijing:Intellect and Relex Software Corporation,2003.

        [3]吳德銘,李守仁,王 善,等.艦船產(chǎn)品可靠性工程可靠性設(shè)計[M].哈爾濱:哈爾濱工程大學(xué)出版社,1995.

        [4]Beveling C E.An introduction to reliability and maintainability engineering[M].Massachusetts:McGraw-Hill Companies,Inc,1997.

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