摘要：针对叉车液压缸推进无力故障，采用故障树分析方法对液压推进系统进行可靠性分析。故障树定性分析发现，液压缸推进无力故障树的一阶最小割集共有１１个，二阶最小割集１个，应重点关注液压缸、油泵和液力锁等；故障树定量分析发现，叉车液压缸推进无力故障的发生率随时间呈线性上升趋势，在第１０００ｈ故障的发生率为０．０３，此时应重点加强对液压推进系统的维护。故障树重要度分析结果表明，液压缸密封圈泄露、油泵内泄漏、液力锁的单向阀磨损是造成液压缸推进无力的主要原因，在诊断时应该首先考虑排查。
关键词：叉车液压系统；起升液压缸；无力；故障树分析
1前言
故障树分析法（FTA）是把研究系统的故障作为故障分析的目标，用规则的逻辑符号表示，找到所有可能导致不希望的直接因素和原因事件，并将它们作为一个中间过渡状态的事件。本文进一步分析了事故发生的基本原因，即故障树的底事件，也称为基本事件。故障树分析是系统可靠性分析的一种有用的方法，它以图形化的方式显示了“系统故障”，对设计人员、操作人员和管理人员系统的故障进行了有效的分析。本文采用故障树分析法对叉车的起重液压缸运动无力进行分析，使其不能成为最重要的事件。通过分析，研究了提升液压缸系统的可靠性，并将故障树分析法应用于叉车液压系统故障诊断。
2故障树分析原理
故障树以系统不希望发生的、作为系统失效判据的顶事件作为分析目标，然后一步步寻找每一个事件的直接原因，找出与顶事件发生有关的硬件失效、软件差错、人为和环境因素等，将这些因素作为故障树的中间事件和底事件，建立系统故障树模型；通过故障树分析求出系统失效概率和故障模式的危害程度，从而对系统可靠性和薄弱环节进行判定。图１为故障树分析的一般流程。
3液压推进系统的工作原理
由于推进系统的液压缸数量较多，为降低成本，提高控制效率，一般采用分组控制方式，即分别对每组推进液压缸进行控制。每个液压缸的控制模块都相同，由比例溢流阀、比例调速阀、电磁换向阀等元件组成，内燃平衡重式叉车液压系统原理如图2所示，
图2内燃平衡重式叉车液压系统简图
控制叉车向前推进时，首先使三位四通电磁阀工作在右位，二位四通电磁阀工作在左位。油泵电机启动，液压油经吸油过滤器、单向阀、二位四通阀左位进入比例调速阀，再通过三位四通阀右位经过液压锁进入液压缸的无杆腔中，有杆腔中的油液经三位四通阀右位流入过滤器中流回油箱，液压缸向前动作，完成推进工作。液压缸的工作压力由压力传感器实时监测，当监测到系统压力高于设定值时，控制比例溢流阀加大开口，自动调节负载压力的大小。当位移传感器监测到推进速度过快时，控制比例溢流阀自动调节开口大小，满足恒定工作速度的需要。当需要收缩液压缸时，控制三位四通电磁阀在左位，二位四通电磁阀通电，液压泵油液经二位四通电磁阀和三位四通电磁阀左位进入无杆腔。液压缸有杆腔油液经三位四通电磁阀左位流回油箱，液压缸实现快退。
4叉车液压推进无力故障树分析
4.1故障树的建立
根据叉车液压推进系统的原理，同时参考《故障树分析程序》（ＧＢ７８２９—１９８７），建立叉车液压缸推进无力故障树。叉车液压缸推进无力故障树是通过６个中间事件、１３个底事件和若干个逻辑门“或门”和“与门”进行连接。通过对叉车维修日志中的故障数据进行统计，得出故障树底事件的发生概率。
4.2故障树分析
4.2.1故障树定性分析
故障树定性分析的主要目的是找出导致故障树顶事件发生的所有可能故障模式，即求出故障树的最小割集。割集是导致顶事件发生的基本事件的集合，最小割集是引起顶事件发生必须的最低限度割集。通过布尔运算对故障树进行分析，得到最小割集１２个，分别为｛Ｅ１｝、｛Ｅ２｝、｛Ｅ３｝、｛Ｅ４｝、｛Ｅ５｝、｛Ｅ６｝、｛Ｅ７｝、｛Ｅ８Ｅ９｝、｛Ｅ１０｝、｛Ｅ１１｝、｛Ｅ１２｝和｛Ｅ１３｝。其中一阶最小割集共１１个，分别是：｛Ｅ１｝、｛Ｅ２｝、｛Ｅ３｝、｛Ｅ４｝、｛Ｅ５｝、｛Ｅ６｝、｛Ｅ７｝、｛Ｅ１０｝、｛Ｅ１１｝、｛Ｅ１２｝和｛Ｅ１３｝；二阶最小割集１个，即｛Ｅ８Ｅ９｝。
对于故障树而言，最小割集的阶数越小，一阶最小割集数量越多，则故障树顶事件发生的可能性越大。通过一阶最小割集分析可知，叉车液压缸推进无力故障主要与五类元件有关：油泵、传感器、溢流阀、液压缸和液力锁。任意一种元件出现故障，都有可能造成液压缸推进系统故障，所以应重点关注这５种元件的维护和改进。其次是注意环境和人为故障，克服恶劣环境影响以及加强叉车液压推进系统的日常维护工作是必要的。
4.2.2故障树定量分析
故障树定量分析的主要目的是求出故障树顶事件的发生概率以及故障树中各底事件的重要度，根据重要度的大小排序确定故障诊断和维护顺序。若故障树有ｎ个最小割集，分别为Ｅ１，Ｅ２，…，Ｅｎ，则故障树顶事件Ｔ的发生概率Ｐ（Ｔ）＝Ｐ（Ｅ１∪Ｅ２∪…∪Ｅｎ）＝Ｐ（Ｅ１＋Ｅ′１Ｅ２＋Ｅ′１Ｅ′２Ｅ３＋…Ｅ′１Ｅ′２…Ｅｎ）（１）
式中：Ｅ′ｎ（ｎ＝１，２，３…）为事件Ｅｎ的逆事件。对式（１）进行运算，代入各最小割集的发生率，即可求出故障树顶事件的发生率。图3为叉车液压缸推进无力故障发生率随工作时间的变化趋势。
图三液压缸推进无力故障发生率随时间的变化趋势
从图3中可以看出，随工作时间的增加，叉车液压缸推进无力故障的发生率呈线性上升趋势，工作时间为１００ｈ，故障发生率为０．００３，当工作时间为１０００ｈ，液压缸推进无力故障的发生率为０．０３，即工作到１０００ｈ时，在１００台叉车中将会有３台出现液压缸推进无力故障，故障发生率较高。因此，在工作１０００ｈ时应重点对液压推进系统进行检查和维护，如油压检查、噪声检查和泄露检查。故障树重要度分析是研究底事件发生对顶事件发生的贡献大小，得到不同底事件的重要度排序。
通过实地调研发现，液压缸密封圈泄露大多是活塞杆密封圈处发生漏油引起，从现场维修件发现主要是密封圈磨损和破坏。活塞杆密封圈故障主要是由于油缸存在设计或制造缺陷，或是使用不当造成。防止液压缸密封圈的泄露可从以下三方面进行改进：活塞杆密封槽的尺寸公差和表面粗糙度应根据设计严格控制；装入限位器或支撑环以限制密封圈的微动；在密封圈旁设置缓冲部件，以降低密封圈的负载，延长密封圈寿命。针对油泵运行不良故障，在检修过程中发现主要原因是泵侧板磨损严重，导致轴向间隙过大，从而引起严重内泄漏。降低油泵端面泄漏，一方面可对端面进行间隙补偿，在齿轮和盖板之间增加一个补偿零件，如浮动轴套或浮动侧板等；也可采用减磨性能好的青铜合金制造侧板，合理配置齿轮和泵体的材质，从而提高泵的使用寿命。液力锁单向阀磨损故障主要是由于阀芯受到污染造成疲劳磨损，引起阀体内泄漏，使进油压力降低。阀芯磨损一般会随着油液污染度的增大而急剧增大，严格定期检查和更换油液制度，保证油液清洁度，可提高液力锁的使用寿命。
5结束语
故障树分析不仅为系统的典型故障提供了定性分析和定量计算，而且为系统故障诊断和系统设计提供了理论指导。本文对叉车液压系统中举升缸的故障进行了故障树的建立和分析，故障情况与分析一致，表明分析过程是正确的。同时也为叉车液压系统的其他典型故障分析提供了参考。
参考文献：
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[2]刘忠，杨国平.工程机械液压传动原理、故障诊断与排除[M].北京：机械工业出版社，2015.
[3]孙亚山，陈金水.挖掘机液压系统的故障树分析[J].工程机械，2011（9）：32-35.
论文作者:林青云1,周小灵2
论文发表刊物:《基层建设》2018年第20期
论文发表时间:2018/8/20
标签：故障论文; 液压缸论文; 叉车论文; 事件论文; 密封圈论文; 无力论文; 系统论文; 《基层建设》2018年第20期论文;