張逸軒，戴曉江，王孝東，畢春杰

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路開發(fā)有限公司，云南 昆明 650032)

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基于Isograph對(duì)礦用汽車進(jìn)行FMECA分析

張逸軒1，戴曉江1，王孝東1，畢春杰2

(1. 昆明理工大學(xué) 國(guó)土資源工程學(xué)院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路開發(fā)有限公司，云南 昆明 650032)

基于Isograph軟件，根據(jù)礦用汽車特性，利用FMECA分析方法對(duì)礦用汽車進(jìn)行了FMECA分析，通過對(duì)礦用汽車FMECA 分析，得出了礦用汽車的主要故障模式、原因及其影響，確定了礦用汽車危害度最高的組成結(jié)構(gòu)，并提出了維護(hù)預(yù)防措施，為提高礦用汽車的可靠性提供了依據(jù)。

礦用汽車；可靠性；FMECA；Isograph

3305F型礦用自卸汽車是在露天礦中的作用主要為礦巖的剝離及運(yùn)輸，是重型的自卸式汽車，運(yùn)輸路程相對(duì)短、載重量相對(duì)較大的工作特性。汽車的臺(tái)班生產(chǎn)能力計(jì)算公式為：

式中t——周轉(zhuǎn)時(shí)間；

q——載重量；

k——載重系數(shù)；

Tb——班工作時(shí)間；

ηb——班工作時(shí)間利用系數(shù)。

根據(jù)在礦山收集到3305F型礦用自卸汽車連續(xù)60個(gè)月的生產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)資料，求得月平均運(yùn)輸量為15 590 t/臺(tái)月。實(shí)際統(tǒng)計(jì)運(yùn)輸量和與理論運(yùn)輸量比較如圖1所示。

圖1 汽車的實(shí)際生產(chǎn)能力對(duì)比分析

從圖1可知：現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際臺(tái)月運(yùn)輸量很少能達(dá)到自卸汽車?yán)碚撋a(chǎn)能力指標(biāo)。其運(yùn)輸量的平均值15 590 t/臺(tái)月的指標(biāo)，僅為技術(shù)生產(chǎn)能力的49.9%。查閱該臺(tái)自卸汽車維修記錄，發(fā)現(xiàn)故障的發(fā)生與修復(fù)占用的時(shí)間是影響生產(chǎn)能力的主要因素。針對(duì)這些問題，本文使用可靠性分析方法中的FMECA分析對(duì)進(jìn)行分析，找出設(shè)備的一些薄弱環(huán)節(jié)，然后給出針對(duì)性的措施，改善及提高設(shè)備可靠性現(xiàn)狀。

1 FMECA方法

故障模式、影響和危害性分析(FMECA)主要是分析設(shè)備或系統(tǒng)內(nèi)可能發(fā)生的故障模式以及產(chǎn)生的影響后果，并根據(jù)故障模式產(chǎn)生影響后果的嚴(yán)重程度及發(fā)生概率確定的危害度進(jìn)行歸納綜合分析的方法[1]。該方法在評(píng)估系統(tǒng)可靠性、產(chǎn)品可靠性設(shè)計(jì)及改進(jìn)等應(yīng)用廣泛[2]。FMECA 包括故障模式影響分析(FMEA)和危害性分析(CA)兩部分[3]。

相關(guān)抵消對(duì)于信號(hào)估計(jì)是最佳線性處理方法，利用線性變換去掉信號(hào)x(N維)、y(M維)之間相關(guān)的部分.假設(shè)對(duì)y進(jìn)行線性變換的矩陣是H，且y與x相關(guān)的部分為

2 FMECA分析

2.1系統(tǒng)定義

3305F型汽車主要由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系等結(jié)構(gòu)組成，其結(jié)構(gòu)如圖2所示。

1 電控開關(guān)；2 電磁閥；3 動(dòng)力輸出裝置接合氣缸；4 液壓泵；5 液壓油箱；6 氣控開關(guān)；7 控制閥；8 液壓缸；9 限位閥；10 車箱限位開關(guān)

對(duì)各部分進(jìn)行功能及組成、可靠性框圖分析，該系統(tǒng)的定義為：

1) 功能及組成：3305F型礦用汽車的功能主要是對(duì)礦巖的裝運(yùn)。它主要是由發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系部分組成；

2) 約定層次：“初始約定層次”為汽車的功能主要是對(duì)礦巖的裝運(yùn)。“約定層次”為發(fā)動(dòng)機(jī)、傳動(dòng)系、行駛系、轉(zhuǎn)向系、制動(dòng)系?！白畹图s定層次”為更低一級(jí)的組成部分，如圖3。

圖3 3305F型礦用汽車主要組成結(jié)構(gòu)

通過對(duì)汽車的結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行分析，繪制功能層次與結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示。

圖4 3305F型礦用汽車功能與結(jié)構(gòu)層次對(duì)應(yīng)關(guān)系

3305F型礦用汽車各主要結(jié)構(gòu)是串聯(lián)結(jié)構(gòu)，也就是說如果有任一結(jié)構(gòu)發(fā)生故障就會(huì)導(dǎo)致鉆機(jī)不能正常工作，所以汽車的可靠性框圖如圖5所示。

圖5 3305F型礦用汽車可靠性關(guān)系

2.2故障分析

圖6 3305F型礦用汽車故障頻率

經(jīng)分析，該型汽車主要組成結(jié)構(gòu)中，發(fā)生故障最多的組成結(jié)構(gòu)為：行駛系、發(fā)動(dòng)機(jī)和轉(zhuǎn)向系。他們所對(duì)應(yīng)的主要故障模式為：發(fā)動(dòng)機(jī)漏油或進(jìn)水、渦輪增壓器損壞、散熱器漏氣、變速箱故障、減震器損壞、車輪故障等。導(dǎo)致汽車故障的原因主要有零部件的磨損、老化、損壞、輪胎損壞、齒輪損壞等原因。故障模式匯總見表1。

表1 33305F型汽車故障模式匯總

汽車各主要結(jié)構(gòu)的故障模式造成的故障影響主要有：無法提供動(dòng)力行駛、無法正常傳遞動(dòng)力、無法正常行駛和行駛制動(dòng)失效等。

2.3 Isograph的FMECA功能模塊

可靠性軟件Isograph已被廣泛應(yīng)用于眾多行業(yè)領(lǐng)域，用于提高產(chǎn)品安全性和可靠性、優(yōu)化維修策略和保障資源，并最終實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品效能的提高和全壽命周期費(fèi)用的降低[4]。其不同于以往的FMECA分析工具僅有填表功能，而是可以清楚看到系統(tǒng)或設(shè)備各約定層次之間關(guān)系，以及各約定層次與故障模式和影響之間相互傳遞和轉(zhuǎn)換的邏輯關(guān)系的，各約定層次之間相互傳遞和轉(zhuǎn)換關(guān)系如圖7所示。

圖7 各約定層次之間相互傳遞和轉(zhuǎn)換關(guān)系

在應(yīng)對(duì)系統(tǒng)或設(shè)備組成結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜、子系統(tǒng)較多時(shí)，能夠迅速地建立出分析模型,同時(shí)還能很快的對(duì)已建模型進(jìn)行計(jì)算，得到各個(gè)故障模式的危害度和故障率，并對(duì)故障模式進(jìn)行嚴(yán)酷度分類，為企業(yè)制定預(yù)防改善措施以及其他管理措施提供一定的依據(jù)。

2.4礦用汽車的FMECA分析

運(yùn)用軟件對(duì)礦用汽車的建模并計(jì)算得到設(shè)備的危害度，根據(jù)《故障模式、影響及危害性分析指南》GJB/Z l391，將故障模式造成的故障影響的嚴(yán)重程度進(jìn)行嚴(yán)酷度級(jí)別劃分。對(duì)其故障信息進(jìn)行歸納整理制成FMECA分析表。3305F型礦用汽車的FMECA分析表如表2所示。

表2 3305F型礦用汽車FMECA分析

經(jīng)過Isograph可靠性分析軟件對(duì)KQ-200型礦用汽車的FMECA分析計(jì)算之后，軟件可以生成設(shè)備所有故障模式故障發(fā)生概率大小情況，如圖8所示。

1 各故障模式發(fā)生的概率； 2 各故障模式所占頻數(shù)比的累積

圖8中，柱狀圖表示3305F型礦用汽車各所對(duì)應(yīng)的故障模式發(fā)生概率的大小，由左及右故障模式發(fā)生概率依次降低，折線表示3305F型礦用汽車每個(gè)故障模式在所有故障模式中所占頻數(shù)比的累積結(jié)果，兩點(diǎn)之間的差值為故障模式所占頻數(shù)比。由圖8可知，汽車的故障模式發(fā)生概率總體偏低，但是故障模式3.2的發(fā)生概率較大于其他的故障模式，是發(fā)生概率最大的故障模式，故障模式4.1發(fā)生概率最低，根據(jù)汽車設(shè)備的故障模式匯總表可知，車輪故障為發(fā)生概率最高的故障模式，轉(zhuǎn)向節(jié)損壞為發(fā)生概率最低的故障模式。

2.5分析結(jié)果及措施

通過FMECA分析表及以上分析可以得出：

1) 在汽車的主要組成結(jié)構(gòu)中，行駛系危害度最大其故障率也是最大的，造成行駛系故障的主要故障模型有：減震器損壞和車輪故障，造成的故障原因分別是零件損壞和輪胎損壞，產(chǎn)生的影響主要是使汽車無法正常的行駛。

2) 在汽車的主要組成結(jié)構(gòu)的故障模式中，發(fā)動(dòng)機(jī)漏油、進(jìn)水和變速箱故障這兩個(gè)故障模式造成的嚴(yán)酷度級(jí)別最高，造成的故障原因分別是密封老化和漏油、齒輪損壞，產(chǎn)生的影響分別是不能提供動(dòng)力和動(dòng)力傳輸中斷。

3) 通過Isograph軟件的建模計(jì)算，可以清楚的看出汽車的主要組成結(jié)構(gòu)的故障模式發(fā)生概率的排序，從排序中可以看出故障模式為車輪故障的故障模式故障率最大，是影響可靠性的重要單元。

在對(duì)汽車制定維修管理措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)以上分析，對(duì)危害度及故障率最大的結(jié)構(gòu)行駛系和嚴(yán)酷度級(jí)別較高的故障模式以及故障率最高的故障模式車輪故障，著重分析這些故障模式及原因，制定有針對(duì)性的預(yù)防檢測(cè)措施，具體措施如表3所示。

表3 汽車重要故障模式原因分析及措施

3 結(jié) 論

本文運(yùn)用Isograph軟件對(duì)礦用汽車進(jìn)行FMECA分析，得出在礦用汽車的主要組成結(jié)構(gòu)中，行駛系危害度最大其故障率也是最大，并確定了造成行駛系故障的主要故障模型和故障原因，產(chǎn)生的影響以及產(chǎn)生影響的嚴(yán)酷度。通過Isograph軟件的建模計(jì)算，得出礦用汽車的主要組成結(jié)構(gòu)的故障模式發(fā)生概率并進(jìn)行了排序，還給出了具體的措施來降低故障模式的發(fā)生概率，為提高礦用汽車的可靠性提供了依據(jù)。

[1] 康瑞, 石德榮. FMECA技術(shù)及其應(yīng)用[M]. 北京: 國(guó)防工業(yè)出版社, 2006(10): 129-130.

[2] 張?jiān)稣? 以可靠性為中心的質(zhì)量設(shè)計(jì)、分析和控制[M]. 北京: 電子工業(yè)出版社, 2011.

[3] 畢春杰, 戴曉江, 秦清華. 基于Isograph的FMECA分析在潛孔鉆機(jī)中的應(yīng)用[J]. 煤礦機(jī)械, 2015(4): 309-312.

[4] 夏青耐, 戴曉江. 基于Isograph故障樹分析在自動(dòng)報(bào)警系統(tǒng)中的應(yīng)用[J]. 現(xiàn)代電子技術(shù), 2013, 36(2): 168-170.

AnApplicationofFMECAAnalysisBasedonIsographtoMiningTrucks

ZHANG Yixuan1, DAI Xiaojiang1, WANG Xiaodong1, BI Chunjie2

(1.FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.ConstructionGroupofYunnanHighwayDevelopmentandInvestmentCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan650032,China)

Based on the Isograph software to the characteristics of Mining Trucks, we used FMECA analysis to make FMECA analysis of Mining Trucks. Through the FMECA analysis of Mining Trucks and the main failure modes, we find the causes and effects of the excavator are obtained to determine organization of the highest hazard of Mining Trucks, by proposing the preventive maintenance measures. All these will provide the basis for improving the reliability of mining Trucks.

Mining Trucks; Reliability; FMECA; Isograph

2016-09-08

中國(guó)博士后科學(xué)基金項(xiàng)目(2015M582763XB)

張逸軒(1990-)，男，山西太原人，碩士研究生，研究方向：安全系統(tǒng)工程技術(shù)研究，手機(jī)：18468085570，E-mail：1253197520@qq.com；通信作者：戴曉江(1957-)，男，云南昆明人，副教授，碩士生導(dǎo)師，研究方向：數(shù)字礦山，安全系統(tǒng)工程技術(shù)，手機(jī)：13888337152，E-mail：981350458@qq.com.

TH243

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.017