韓利東

(大同煤礦集團(tuán) 煤峪口礦， 山西　大同　034041)

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·試驗(yàn)研究·

基于靜態(tài)故障樹(shù)的礦井提升機(jī)故障檢測(cè)研究

韓利東

(大同煤礦集團(tuán) 煤峪口礦， 山西大同034041)

礦井提升機(jī)在礦井生產(chǎn)中起著重要作用，但在運(yùn)行過(guò)程中易發(fā)生各種故障，嚴(yán)重干擾了礦井的正常生產(chǎn)。為此，采取靜態(tài)故障樹(shù)分析法來(lái)分析提升機(jī)故障，實(shí)現(xiàn)快速檢測(cè)故障，確定故障位置。本文以我國(guó)某礦提升機(jī)為例，介紹了礦井提升機(jī)中常見(jiàn)的故障類(lèi)型及靜態(tài)故障樹(shù)分析方法，并通過(guò)靜態(tài)故障樹(shù)分析法分析了提升機(jī)過(guò)卷故障，再通過(guò)定性和定量分析確定底事件對(duì)頂事件的影響大小，以快速確定故障。

礦井提升機(jī)；靜態(tài)故障樹(shù)分析法；故障類(lèi)型；提升機(jī)過(guò)卷故障；定性和定量分析

1　礦井提升機(jī)故障

某礦提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中由于內(nèi)外環(huán)境的影響而出現(xiàn)各種故障，如相關(guān)參數(shù)指標(biāo)超過(guò)或低于正常范圍,相關(guān)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)處于非正常狀態(tài)等。礦井提升機(jī)常見(jiàn)的故障主要有以下幾種：1) 行程監(jiān)視類(lèi)故障(過(guò)卷故障等)。2) 速度監(jiān)視故障(等速段超速故障等)。3) 減速監(jiān)視故障(減速段過(guò)速故障等)。4) 位置監(jiān)視與同步校正故障。

2　靜態(tài)故障樹(shù)分析法的基本理論與步驟

2.1基本理論

靜態(tài)故障樹(shù)分析法就是一種針對(duì)一系列復(fù)雜系統(tǒng)而進(jìn)行的可靠性和安全性評(píng)價(jià)的方法體系，該方法對(duì)于故障發(fā)生的時(shí)間屬性忽略不計(jì)。靜態(tài)故障樹(shù)分析法是演繹法的一種，以故障事件為基礎(chǔ)，通過(guò)一定的邏輯推理步驟，按照自上而下的順序，逐步分析，直至得出結(jié)果。該分析方法采用圖形的形式，具有較強(qiáng)的直觀(guān)性，推理易于理解，而且對(duì)于某些環(huán)節(jié)之間的復(fù)雜邏輯關(guān)系可做一定的定性和定量分析。該分析方法中的頂事件指的是最不希望發(fā)生的事件，底事件指的是不能再細(xì)分的事件，中間事件指的是除頂事件和底事件之外的事件，一般為頂事件和底事件之間的事件。通過(guò)分層的形式逐級(jí)細(xì)分，從而確定故障發(fā)生的最終原因。引起提升機(jī)故障的因素多種多樣，故障樹(shù)分析法可對(duì)這些因素做綜合分析，從而確定提升機(jī)在運(yùn)行過(guò)程中的薄弱環(huán)節(jié)，在此分析基礎(chǔ)上，可快速確定提升機(jī)運(yùn)行中的潛在故障，從而大大提高故障判斷的可靠性。這些故障或事件是通過(guò)相應(yīng)的符號(hào)來(lái)表示的，而后再通過(guò)一定的邏輯門(mén)把頂事件、中間事件和底事件以倒立樹(shù)形圖聯(lián)系起來(lái)，就完成了故障的故障樹(shù)分析。而靜態(tài)故障樹(shù)分析法就是在故障樹(shù)分析法的基礎(chǔ)上，研究引發(fā)故障的各種因素，并根據(jù)研究成果采取合理的解決辦法。

2.2分析步驟

靜態(tài)故障樹(shù)分析法是通過(guò)一定的步驟來(lái)實(shí)現(xiàn)故障確定的，其分析步驟主要有以下幾個(gè)：

1) 確定頂事件。

頂事件的確定是根據(jù)工程實(shí)際而定的，往往為最壞的情況，即最不希望出現(xiàn)的情況。

2) 建立故障樹(shù)。

通過(guò)一定的邏輯門(mén)，逐級(jí)細(xì)分，將頂事件、中間事件和底事件綜合起來(lái)，形成倒立樹(shù)形圖。

3) 故障樹(shù)定性分析。

該環(huán)節(jié)主要做兩方面工作：a) 簡(jiǎn)化故障樹(shù)，將故障樹(shù)簡(jiǎn)化，使其簡(jiǎn)單易懂。b) 求得最小割集。

4) 故障樹(shù)定量分析。

本環(huán)節(jié)所做的工作主要有以下兩種：a) 求解頂事件發(fā)生的可能性，即發(fā)生概率。b) 對(duì)各故障因素重要度進(jìn)行分析。

5) 確定薄弱環(huán)節(jié)。

結(jié)合故障樹(shù)的分析結(jié)果，確定引發(fā)故障的一些因素，據(jù)此確定機(jī)械設(shè)備中的薄弱環(huán)節(jié)，并提出相應(yīng)的改進(jìn)措施。

所謂故障樹(shù)的割集指的是一組底事件的集合，它僅代表一種故障情況。故障樹(shù)的分析主要就是通過(guò)對(duì)最小割集的分析而實(shí)現(xiàn)的。所謂最小割集指的是只有每個(gè)割集中的底事件都出現(xiàn)，頂事件才具備了發(fā)生發(fā)展的條件。也就是說(shuō)，只要割集中的任意底事件不發(fā)生，整個(gè)系統(tǒng)就不會(huì)出現(xiàn)故障。

3　故障樹(shù)的建立與分析

提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)在運(yùn)行過(guò)程中容易出現(xiàn)過(guò)卷故障，造成這一故障的原因主要有以下兩種：1) 動(dòng)力不足(制動(dòng)系統(tǒng)引起的)。2) 減速段存在速度過(guò)大(超速保護(hù)裝置無(wú)法正常工作)。

本部分主要以提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)為基礎(chǔ)，通過(guò)建立故障樹(shù)和分析，確定引發(fā)提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)故障的因素，并給出相應(yīng)的解決措施。

3.1定性分析

根據(jù)以往經(jīng)驗(yàn)和查閱相關(guān)資料，確定提升機(jī)產(chǎn)生過(guò)卷現(xiàn)象的機(jī)理，從而確定故障樹(shù)的故障事件。提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)故障樹(shù)的故障事件見(jiàn)表1.

表1　提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)故障樹(shù)的故障事件表

通過(guò)再次逐級(jí)細(xì)分，以制動(dòng)器失效為例，制動(dòng)器失效的原因主要為制動(dòng)電機(jī)工作異常，因而需對(duì)引發(fā)該故障的事件進(jìn)行分析，制動(dòng)電機(jī)停止工作故障事件見(jiàn)表2.

表2　制動(dòng)電機(jī)停止工作故障事件表

結(jié)合表2，采用一定的邏輯門(mén)，建立故障樹(shù)，制動(dòng)電機(jī)停止工作的故障樹(shù)見(jiàn)圖1.

圖1　制動(dòng)電機(jī)停止工作的故障樹(shù)分析圖

3.2定量分析

1) 最小割集。

結(jié)合圖1，通過(guò)求解該故障樹(shù)的所有最小割集，確定制動(dòng)停止工作時(shí)的頂事件分布情況。求解最小割集時(shí)一般有以下兩種方法：a) 上行法。b) 下行法。本文以上行法求解其最小割集，即自下而上由底事件逐級(jí)進(jìn)行集合運(yùn)算。

以輸入事件的并來(lái)代替“或門(mén)”輸出事件，以輸入事件的交來(lái)代替“與門(mén)”輸出事件。而后通過(guò)化簡(jiǎn)，以底事件積之和來(lái)表示頂事件。該故障樹(shù)的一個(gè)最小割集為其中一個(gè)積項(xiàng)，所有積項(xiàng)即為該故障樹(shù)的所有最小割集。

通過(guò)圖1，則有：

C=J3J4，B1=J2+C，A1=J1B1，B2=J2+J4，A2=B2J5，F(xiàn)=A1+A2

化簡(jiǎn)后，則有：F=J1J2+J2J5+J4J5+J1J3J4

因此，該故障樹(shù)的最小割集共4個(gè)，即：{J1,J2}、{J2,J5}、{J4,J5}、{J1,J3,J4}.

通過(guò)以上公式求得底(頂)事件的分布情況，具體見(jiàn)表3.

表3　底(頂)事件的分布情況表

其中，Ji=0表示該故障未發(fā)生，Ji=1表示該故障發(fā)生。

2) 重要度。

底事件重要度的概率為：

通過(guò)表3可求得，底事件的重要度：

通過(guò)計(jì)算分析，J2、J5重要度最大，即這兩個(gè)底事件對(duì)頂事件F的發(fā)生的影響最大，J1、J4重要度次之，即這兩個(gè)底事件對(duì)頂事件F的發(fā)生的影響較大，J3重要度最小，即該底事件對(duì)頂事件F的發(fā)生的影響最小。根據(jù)重要度的大小，由大到小進(jìn)行故障診斷，這樣可節(jié)約時(shí)間，迅速確定故障位置。

4　結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)靜態(tài)故障樹(shù)分析法對(duì)提升機(jī)過(guò)卷故障進(jìn)行分析，并建立故障樹(shù)，計(jì)算得出了各底事件的重要度，并據(jù)此實(shí)現(xiàn)快速確定故障。這種方法在某礦井中應(yīng)用后，不但快速確定了故障類(lèi)型和位置，而且故障檢測(cè)率較高，效果顯著。

[1]于治福,韓燕,于會(huì)榮,等.故障樹(shù)分析法在礦井提升機(jī)電動(dòng)機(jī)故障診斷中的應(yīng)用[J].煤礦機(jī)械,2012(11):277-278.

[2]劉平獻(xiàn),韓浩,賀兆陽(yáng).礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)的故障樹(shù)分析[J].煤礦機(jī)電,2013(4):48-50，53.

[3]魏臻,許崇.基于FTA的礦井提升監(jiān)控系統(tǒng)可靠性分析[J].合肥工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版),2013(8):919-922.

[4]范長(zhǎng)征,蔣凡,曾凡平.綜合故障樹(shù)分析方法在容錯(cuò)計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中的應(yīng)用[J].計(jì)算機(jī)仿真,2006(4):63-67.

[5]王會(huì)良,熊宇權(quán),孟江.礦井提升機(jī)故障樹(shù)的蒙特卡羅法仿真[J].機(jī)床與液壓,2014(21):192-195.

[6]閻雨薇,劉混舉.基于貝葉斯網(wǎng)絡(luò)的礦井提升機(jī)制動(dòng)系統(tǒng)故障樹(shù)分析[J].煤礦機(jī)械,2014(4):258-260.

[7]裴九芳,程晉石.基于故障樹(shù)和灰關(guān)聯(lián)的礦井提升機(jī)故障診斷[J].礦山機(jī)械,2008(19):74-76.

[8]張海民,程剛,葛世榮.基于動(dòng)態(tài)故障樹(shù)的采煤機(jī)牽引部可靠性分析[J].礦山機(jī)械,2010(21):1-5.

[9]孫潘潘.基于故障樹(shù)的煤礦設(shè)備故障分析方法研究[D].徐州：中國(guó)礦業(yè)大學(xué),2014.Research on Fault Detection of Mine Hoist Based on Static Fault Tree Analysis Method

HAN Lidong

The mine hoist is easy to occur various faults in the process of operation, which seriously interferes with the normal production of the mine. To this end, the static fault tree analysis method is adopted to analyze the hoist fault, to achieve rapid detection of faults, determine the location of the fault. A coal mine hoist in our country is as an example, introduces the mine lifting machine common fault types and static fault tree analysis method, and through the static fault tree analysis method analysis of hoist over rolling fault, and through qualitative and quantitative analysis to determine the influence of bottom event to top events, quickly identify the fault.

Mine hoist; Static fault tree analysis method; Fault type; Hoist over winding failure; Qualitative and quantitative analysis

2016-05-13

韓利東(1982—)，男，山西懷仁人，2007年畢業(yè)于大同大學(xué)，工程師，主要從事煤礦機(jī)電方面的技術(shù)工作

(E-mail)shamoshuishoulmq@163.com

TD534

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1672-0652(2016)06-0031-03