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1、3单斗挖掘机液压系统故障分析和可靠性评估新法东南大学机械工程系 苏 春 沈 戈 许映秋 摘 要:以某型单斗挖掘机液压系统的故障分析及可靠性评估为目标,基于Petri网理论建立液压系统的故障Petri网模型,采用割集理论确定液压系统故障的所有割集,利用故障Petri网的定量计算能力求解液压系统的可用度指标数据。应用表明,与故障树法相比,故障Petri网在定性分析和定量计算方面具有优势。关键词:挖掘机;液压系统;故障;可靠性;Petri网Abstract:Aimingatrealizingfailureanalysisandreliabilityevaluationofamono
2、-bucketexcavator’shydraulicsystem,afailuremodelbasedonPetrinetisestablished,cutsetofhydraulicsystemfailuresisdetermined,andavailabilityindexofthesystemisobtainedusingquantitativecalculationfunctionofPetrinet.ItisconcludedthatFailurePetriNetAnalysismethodhasadvantagesinqualitativeanalysisandq
3、uantitativecalculationovertheFaultTreeAnalysisone.Keywords:excavator;hydraulicsystem;fault;reliability;Petrinet 单斗液压挖掘机是常用的工程机械,除进行土判据为:(1)回转平台的速度低于额定值;(2)挖石方的挖掘外,通过更换工作装置,它还可以完成掘力达不到额定值;(3)挖掘机的行走速度低于额起重、装载、抓取、打桩、破碎钻孔等类型的作定值。只要符合其中1项判据,即可认定液压系统[1]业。液压系统是实现上述功能的重要基础。由于存在故障现象。工作环境恶劣、工况复杂多变,挖掘
4、机液压系统的故障分析和可靠性计算始终是产品研发及维护的薄弱环节。本文以国产某型履带式单斗挖掘机为对象,基于故障Petri网理论建立挖掘机液压系统故障模型,获得故障定性分析和定量求解系统的可用度指标,为液压系统的可靠性维护提供依据。1 挖掘机液压系统功能分析及故障判据图1 某单斗液压挖掘机简图某单斗液压挖掘机由工作装置、回转机构及行1.斗杆缸 2.铲斗缸 3.动臂缸走机构等部分组成,工作装置包括动臂、斗杆及铲4.回转平台 5.行走履带斗等(见图1)。上述机构的动作均由液压系统驱动,挖掘机典型工作循环为挖掘、满斗提升及回2 系统故障分析及故障Petri网转、卸载、返回等。211 系
5、统故障分析的基本方法挖掘机液压系统由2个独立回路组成,分上车故障分析是产品可靠性评估的重要基础。目[1]和下车2部分。上车部分位于回转平台以上,包前,故障分析的主要方法有故障模式影响及致命度括液压缸、液压泵、回转液压马达及控制阀等元分析(FMECA)、故障树分析(FTA)、事件树件;下车部分位于行走履带底盘上,设有2个行走(ET)等形式。液压马达,由上车液压泵提供的压力油通过中心回FMECA采用从元件到系统的模式,且以定性转接头进入下车液压系统,驱动行走马达旋转,使分析为主。对复杂系统而言,FMECA的实施繁琐、挖掘机完成行驶功能。液压系统简图见图2。困难。此外,FMECA是单
6、因素分析法,难以分析分析挖掘机功能,给出挖掘机液压系统的故障多因素引起的故障,在对环境效应分析方面也有局[2]限。FTA采用自顶向下、逐步演绎的方法分析系3国家自然科学基金资助项目(50405021)统薄弱环节,但存在图形元素种类繁多、缺乏一致—58—《起重运输机械》 2007(1)图2 某单斗挖掘机液压系统简图1、2.液压泵 3.回转马达 4.缓冲补油阀组 5、6.左、右履带行走马达 7.行走马达双速阀 8.补油单向阀 9.中心回转接头 10.限速阀 11.溢流阀 12.梭阀 13.合流阀 14.铲斗缸 15.斗杆缸 16.动臂缸 17.单向节流阀 18.溢流阀 19.背压阀
7、 20.节流阀 21.冷却器 22.滤油器 23.缓冲阀性、分析过程复杂等缺点。另外,FTA对系统随机“
8、”表示变迁,用“→”表示流关系。/动态运行过程的描述能力较弱,难以定量描述部定义2:故障Petri网(FPN)由七元组构成件故障对系统可靠性的影响,难以准确描述和计算(P,T,I,O,f(I),f(O),μ)。其中:P为[4～5]子系统故障状态的依赖性和传递性。上述缺点库所集,表示部件或系统的故障状态;T为变迁使FTA的实际应用受到限制。集,表示故障状态的传递过程;I和O分别为输入212
