工程车闭式行走液压系统故障树分析
某型工程车是交通线路建设中的重要工程车辆之一，主要用于电力线路、控制信号线路及其附件安装与维修。该型工程车行走驱动采用闭式液压系统；调速方式则为容积调速与内燃机油门调速相配合。系统主要由双向变量泵、电液换向阀、溢流阀、走行驱动马达、定量齿轮泵、手动比例换向阀、阀组、溢流阀、辅助泵等元件组成。
1 闭式走行液压系统建树
对该闭式走行液压系统进行建树，应将整个液压系统出现故障作为故障树的顶事件；由于各元件在系统中都是相对独立的，因此可将各元件出现故障作为故障树中第一级中间事件；然后再根据各元件的故障机理将中间事件逐级展开，最后完成单轨作业车闭式走行液压系统的故障树如图5所示。
图5 闭式走行液压系统故障树
图5中各事件代码的具体含义如下：
T表示顶事件，即系统故障。
E表示中间事件。E1表示双向变量泵故障，E2表示走行驱动马达故障；E3表示电液换向阀故障；E4表示溢流阀故障；E5表示手动比例减压阀故障；E6表示定量齿轮泵故障；E7表示管路故障；E8表示双向变量泵泄漏；E9表示驱动马达泄漏；E10表示电液换向阀通电不动作；E11表示溢流阀压力失去控制；E12表示溢流阀压力不稳定；E13表示齿轮泵泄漏；E14表示齿轮泵排油压力上不去；E15表示齿轮泵吸不进油。
X表示未展开事件。X1表示电液换向阀换向冲击振动大；X2表示前手动比例减压阀故障，X3表示
后手动比例减压阀故障。
x表示底事件。x1表示变量泵阻塞或卡死，x2表示变量泵与发动机不同轴；x3表示变量泵变量机构失灵；x4表示驱动马达阻塞或卡死；x5表示驱动马达输出扭矩小；x6表示驱动马达变速机构失灵；x7表示溢流阀主阀芯阀座间有杂物卡住；x8表示溢流阀阻尼孔堵塞；x9表示变量泵过度磨损；x10表示变量泵气蚀较严重；x11表示液压油污染；x12表示驱动马达过度磨损；x13表示液压油污染；x14表示驱动马达气蚀；x15表示先导阀电磁铁烧坏；x16表示电液换向阀内漏严重；x17表示液压油温度过高；x18表示阻尼孔时堵时通；x19表示阀芯磨损过度；x20表示阀芯有时被杂物卡住；x21表示密封件老化、损坏；x22表示油温高而粘度低；x23表示泵内滑动件磨损严重；x24表示泵的轴向或径向间隙过大；x25表示吸油滤油器堵塞；x26表示油箱油位过低；x27表示齿轮泵油封损坏吸入空气；x28表示管路堵塞；x29表示管路泄漏。
2 系统故障树分析
故障树分析的主要任务是寻找导致顶事件发生的所有可能的失效模式——失效谱，也就是要找出故障树的全部最小割集。
割集即能使顶事件发生的一些底事件的集合，其中的底事件同时发生时顶事件必然发生。如果某一割集中的任一底事件不发生时顶事件也不发生，则称这样的割集为最小割集。一棵故障树的全部最小割集的完整集合包含了顶事件发生的所有可能的模式，所以很有必要找出故障树的全部最小割集。
求最小割集的方法有“上行法”和“下行法”两种，顾名思义，前者是从故障树中的底事件开始逐级往上进行推算，后者则是由顶事件开始逐级往下推的。两种方法各有其优缺点，此处用上行法较好，应用该方法的过程实际上就是运用集合运算规则对故障树进行逐级“描述”的过程，例如：中间事件E8与底事件x9、x10、x11之间以或门相连，就以集合运算式表示如下：
E8 =x9Ux10Ux11
又如，中间事件E5和事件X2、X3之间以与门相连，表示如下：
E5=X2∩X3
依照以上原则逐级推算，并以“+”代替“U”，且省略符号“∩”，上行至顶事件后，可得：
于是，系统故障树的全部最小割集为：
{X1}，{X2，X3}，{x1}，{x2}，{x3}，……，{x28}，
因为故障树中逻辑门仅一处为与门，其余均为或门，所以最小割集的数量比较多，也就是说系统的失效模式比较多。有很多最小割集是只含单一元素的说明很多单一底事件的发生都将导致顶事件的发生可见，要提高整个走行驱动液压系统的可靠性，应该从降低故障树中每一个底事件的发生率、提高系统中每一个元件的可靠性入手。在设计阶段，应尽可能选用可靠度高的元件；在使用阶段，应注意正确操作做好维护保养工作，避免因系统元件过早失效导致系统故障。
注：转载请与作者联系授权，作者：广州市新欧机械有限公司黄志坚教授，020-82333916