基于FTA方法的工程机械压力开关失效分析压力开关调节方法

时间：2019-06-01 03:29:10　来源：柠檬阅读网本文已影响人

　　摘要：结合实际情况分析了导致工程机械压力开关失效的原因，并使用FTA方法建立压力开关失效故障树模型，并分析了实现压力开关失效反馈情况，从压力开关失效件拆检的结果与压力开关FTA分析的结果相比较可以看出： FTA分析是具有一定的现实意义，并且最后给出压力开关的改进方案。
　　关键词：工程机械；压力开关；FTA；失效
　　中图分类号：TH文献标识码：A文章编号：1673-9671-(2012)042-0164-02
　　压力开关广泛应用于各种工程机械，如装载机、挖掘机、起重机、推土机等。作为一种传感元件，压力开关将工作介质的压力信号变换为开关型电信号，为显示仪表或控制电路提供输入信号，完成报警、控制等功能。压力开关发生故障后，其后果是比较严重的，很有可能导致机器不能工作、关键零部件损坏、甚至会影响到机器的行车安全。然而压力开关的应用现状却不容乐观，因此，针对压力开关开展失效分析研究，对于提高压力开关的可靠性具有重要的意义。
　　1压力开关简介
　　工程机械上使用的压力开关一般为膜片式机械压力开关，按触点初始状态分“常开（NO）”和“常闭（NC）”两种，本文以国内某大型工程机械有限公司5吨轮式装载机的常开式压力开关作为研究对象开展压力开关的失效分析，其结构图见图1。工作原理为，工作介质（一般为压力油或压力气体）经由油道直接作用在压力膜片上，通过压力膜片，推动执行器与动触点组件克服复位弹簧力向上运动，当介质的压力上升到超过复位弹簧的预紧力（压力开关动作值）后，动触点与静触点将接触在一起，两接线柱之间的电路接通，当介质压力下降，动触点组件与执行器在复位弹簧的作用下向下运动，动触点与静触点分离，两接线柱之间的电路断开。
　　2故障树概述
　　故障树分析法（简称FTA）是1961年由美国贝尔实验室的华生（H.A.Wsston）和汉赛尔（D.F.Haasl）首先提出的，并用于“民兵”导弹的发射系统的控制，取得了良好的效果，1965年在波音公司安全年会上发表，引起学术界的重视。此后，许多人对故障树的理论与应用进行了研究。目前故障树分析是公认的对复杂系统进行安全性、可靠性分析的一种好的方法，在航空、航天、核能、化工等领域得到了广泛的应用。故障树分析通过对可能造成系统故障的各种因素（包括硬件、软件、环境等）进行分析，对故障形成的原因按树枝状逐步细化，从而确定系统故障原因的各种可能组合方式及其发生概率，以进行定性分析和定量计算，采取相应的纠正措施，以实现提高系统可靠性的一种设计分析方法。
　　
　　
　　
　　
　　3构造压力开关故障树
　　对该压力开关仔细研究其工作原理后，经过讨论分析绘制其故障树图如图2所示。
　　根据压力开关故障树，使用布尔代数法求解最小割集，由故障树可以知道：
　　T=A1+A2+A3
　　 =x1+2x2+2x3+x4+x5+x6+x9+x10+x11
　　由压力开关的故障树可以看出压力开关故障树共有9个基本事件，引起压力开关失效的途径有9个，这9个途径均有可能引起压力开关失效。压力开关的失效机理有“复位弹簧疲劳”、“执行器碎裂”、“膜片疲劳破损”、“膜片老化破损”、“密封圈老化”、“触点拉弧烧蚀”以及“触点接触磨损”；导致这些失效机理的载荷因素有“介质温度”、“介质压力”、“负载电流”。
　　作者统计了该公司2008年压力开关在三包期（2 000小时）内故障发生情况，其中变速油压报警开关的失效频次尤为突出，远远达不到对该元件的可靠性要求。从外反馈回来的压力开关中随机抽取了20只进行测试与解体分析，分析结果如表1所示。
　　对表1中分析结果的原因/机理进行主次分析（Pareto分析），分析结果如图3所示。
　　从图可知：三包期内压力开关的主要失效原因/机理为“执行器碎裂”、“密封圈老化”，分别占发生频次的50%与43.8%，累积占发生频次的93.8%。“膜片老化”执行器碎裂后，会导致两种后果。
　　1）执行器碎片将压力膜片刺穿，导致压力开关漏油。
　　2）执行器碎屑导致执行器卡滞，引起压力开关动作值漂移。
　　从压力开关失效件拆检的结果与压力开关FTA分析的结果相比较，可以看出FTA分析是具有一定现实意义的。
　　通过对压力开关反馈件的失效分析可知，压力开关在质保期内的失效机理有三种：“执行器碎裂”、“密封圈老化”与“膜片老化破损”。针对这三种失效情况进一步原因分析及改进方案如下。
　　1）执行器材料改为A3EG6塑料。
　　2）密封圈材料改为Viton氟橡胶。
　　3）膜片改用聚酰亚胺膜。
　　采用以上改进方法后，对该公司工程机械用压力开关的反馈信息进行跟踪，发现上述改进方法，完全有效，该型压力开关的可靠性水平达到了设计要求。
　　4结论
　　1）通过分析FTA理论分析结果与实际统计分析结果的相似程度，验证了FTA分析的结果是可信的。
　　2）通过本文提出压力开关的改进措施，压力开关的可靠性水平得到了明显的提高。
　　3）本文采用的研究方法对其它产品的可靠性研究具有一定的参考价值。
　　参考文献
　　[1]谢里阳,王正等.机械可靠性基本理论与方法[M].北京:科学出版社,2009.
　　[2]高社生,张玲霞.可靠性理论与工程应用[M].北京:国防工业大学出版社,2002.
　　[3]吴永平.工程机械可靠性[M].北京:人民交通出版社,2002.

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