張文亮

（武漢船用機(jī)械有限責(zé)任公司， 湖北 武漢 430084）

引言

挖泥船是航道疏浚生產(chǎn)作業(yè)中的重要工程船舶，通常配置液壓驅(qū)動類抓斗。該設(shè)備在一般情況下，都可保持穩(wěn)定的狀態(tài)，但是作為直接與工作面接觸的設(shè)備，其液壓系統(tǒng)在設(shè)備全壽命工作運(yùn)行周期中，會受到自身因素和環(huán)境因素的綜合影響，故障率通常明顯高于船上的其他設(shè)備。想要在其運(yùn)行周期中獲得理想的工作效率、運(yùn)轉(zhuǎn)水平，一方面可以采取縮短維護(hù)檢修間隔周期的方法來降低故障率，另一方面必須加強(qiáng)故障診斷水平，并在診斷的效率上不斷作出提升，從而降低平均維修時間。

與機(jī)械類故障和電氣類故障診斷相比，液壓類故障的平均診斷時間要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于前兩者[1]。這是因?yàn)榇蠖鄶?shù)機(jī)械類故障指向性較強(qiáng)，通常能夠快速確定故障部位，然后通過目視的方式基本確認(rèn)故障點(diǎn)；電氣類故障隱蔽性較強(qiáng)，但是電氣系統(tǒng)對檢測儀表更加友好，易于利用電氣儀表進(jìn)行故障定位；而液壓系統(tǒng)在出現(xiàn)故障后，維修工作時間中超過1/2 的時間用于故障部位的查找。

本文采用故障樹理論作為故障診斷的基礎(chǔ)，從對象的工作原理出發(fā)，通過對分析對象在故障樹分支點(diǎn)的表現(xiàn)來確定分支方向，逐步縮小故障范圍，最后從部件拆裝診斷代價、不同部件的平均失效率等因素綜合考慮，確定范圍內(nèi)部件排查順序，從而最終完成故障診斷。這種診斷方式即能節(jié)約診斷時間，又能夠盡可能降低診斷成本，具有較強(qiáng)的工程實(shí)用性。本文以抓斗液壓系統(tǒng)出現(xiàn)概率最高的故障——開合動作故障為案例，采用上述方法進(jìn)行故障分析診斷。

1 故障樹的建立

故障樹分析法（Fault Tree Analysis）通常簡稱為FTA，于1962 年由美國貝爾電話實(shí)驗(yàn)室（AT&T Bell Laboratories）開發(fā)，它采用邏輯的方法，通過事件符號、邏輯門符號以及轉(zhuǎn)移符號，來表示事故或者故障事件發(fā)生的原因及其邏輯關(guān)系，從頂事件出發(fā)，設(shè)想可能發(fā)生的各種部件缺陷和人為因素，向下推導(dǎo)故障發(fā)生的各種可能途徑（因果鏈），逐級分解形成中間事件，直到出現(xiàn)不能或不需要分解的基本事件（即底事件），最終形成一份包含多個事件邏輯因果關(guān)系的倒立樹狀的圖，即該頂事件的故障樹[2-3]。

某型挖泥船抓斗具有開合與俯仰兩種動作功能，其液壓系統(tǒng)的工作原理如圖1 所示。

圖1 液壓系統(tǒng)工作原理

依據(jù)該設(shè)備歷史維修記錄分析，選擇出現(xiàn)頻率較高的“開合動作故障”作為頂事件T1 建立故障樹。根據(jù)設(shè)備的工作原理，逐級分析故障事件因果關(guān)系，包括中間事件E1～E5共計(jì)5 項(xiàng)、底事件X1～X13共計(jì)13項(xiàng)的故障樹圖，整體故障樹如下頁圖2 所示，事件內(nèi)容見下頁表1。

表1 故障事件內(nèi)容

圖2 整體故障樹

2 故障診斷思路

根據(jù)上文所得的故障樹可知，引起該項(xiàng)故障頂事件發(fā)生的可能原因共有13 個底事件。如果依次對13個底事件進(jìn)行故障排查，將耗費(fèi)較大的人工和時間，因此需要先根據(jù)設(shè)備的工作原理，針對故障樹涉及的關(guān)聯(lián)性底事件表現(xiàn)進(jìn)行分類評估，縮小診斷范圍，然后按照故障概率、經(jīng)濟(jì)性代價和診斷難度選擇排查順序，從而盡量減少故障診斷的時間、人工成本。

2.1 縮小診斷范圍

觀察抓斗液壓系統(tǒng)的其他功能工作能力是否正常，通過增加限制條件的方法先縮小底事件的排查范圍。通過現(xiàn)場設(shè)備試操作發(fā)現(xiàn)，抓斗臂架的俯仰功能可正常工作。

根據(jù)設(shè)備原理分析，中間事件E3系統(tǒng)供油壓力不足和E4液壓回路故障兩項(xiàng)事件向下分解的部分涉及與俯仰功能共用液壓回路的底事件可排除，即X3～X9共計(jì)7 項(xiàng)底事件可從故障懷疑對象中剔除，診斷范圍縮小至{X1，X2，X10～X13}。

2.2 目視檢查優(yōu)先

針對 X1、X2、X10～X13這 6 項(xiàng)底事件進(jìn)行分析，其中X11管接頭漏油泄壓底事件的診斷工作最簡單易行，時間性和經(jīng)濟(jì)性代價最低，采用目視的方式就可實(shí)現(xiàn)排查，因此首先安排目視檢查管接頭漏油現(xiàn)象，經(jīng)檢查無漏油現(xiàn)象，可排除底事件X11，診斷范圍再次縮小至{X1，X2，X10，X12，X13}。

2.3 易損先檢

在排查范圍無法繼續(xù)縮小的情況下，則需要根據(jù)診斷過程的難易程度及故障概率的情況來確定逐個排查的次序。對于不同類型的排查對象，應(yīng)遵循易損先檢的排序原則，根據(jù)本設(shè)備故障維修歷史數(shù)據(jù)和該類元器件的平均失效率確定各底事件發(fā)生的概率，對發(fā)生故障概率大的底事件優(yōu)先診斷。然后根據(jù)難易程度，按照先易后難的排序原則，對排查程序簡單、易于開展排查工作的底事件優(yōu)先診斷；綜合考慮上述2 個原則的排序結(jié)果，同時兼顧現(xiàn)場工具工裝的齊備性、檢修班組的專業(yè)資質(zhì)及停工代價等內(nèi)外因素影響，并征得現(xiàn)場專/兼職安全員的同意后，確定科學(xué)、合理、安全的診斷次序。

針對本故障，查閱設(shè)備維修履歷表可知，系統(tǒng)內(nèi)無修復(fù)后繼續(xù)投入使用的元器件，因此主要根據(jù)元件失效率進(jìn)行排查排序。根據(jù)生產(chǎn)廠家提供的數(shù)據(jù)資料，本故障涉及的液壓系統(tǒng)內(nèi)主要元器件的平均失效率如表2 所示。

表2 主要元器件的平均失效率

根據(jù)表2 數(shù)據(jù)可知，診斷范圍內(nèi)剩余的底事件發(fā)生概率從小到大依次排序?yàn)閄1＜X2＜X13＜X10＜X12。據(jù)此確定優(yōu)先排查對象為換向閥，其次為單向節(jié)流閥，最后為油缸及其密封。按照上述分析的結(jié)論，依次對上述元件開展拆檢排查工作，最終發(fā)現(xiàn)單向節(jié)流閥的閥芯部位出現(xiàn)卡滯，流道開啟過小。經(jīng)過更換閥芯后復(fù)裝試驗(yàn)，該故障排除。

3 結(jié)語

針對出現(xiàn)概率較大的故障，將其作為頂事件預(yù)先完成故障樹繪制，能夠有效地提高故障維修水平，減少時間、人工成本。在根據(jù)故障樹開展診斷的過程中，采取縮小診斷范圍、目視檢查優(yōu)先和易損先檢的工作方式能夠盡快排除無關(guān)底事件，確定合理的排查拆檢順序，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。