基于靜態故障樹的礦井提升機故障檢測研究

韓利東

(大同煤礦集團 煤峪口礦， 山西　大同　034041)

?

·試驗研究·

基于靜態故障樹的礦井提升機故障檢測研究

韓利東

(大同煤礦集團 煤峪口礦， 山西大同034041)

礦井提升機在礦井生產中起著重要作用，但在運行過程中易發生各種故障，嚴重干擾了礦井的正常生產。為此，采取靜態故障樹分析法來分析提升機故障，實現快速檢測故障，確定故障位置。本文以我國某礦提升機為例，介紹了礦井提升機中常見的故障類型及靜態故障樹分析方法，并通過靜態故障樹分析法分析了提升機過卷故障，再通過定性和定量分析確定底事件對頂事件的影響大小，以快速確定故障。

礦井提升機；靜態故障樹分析法；故障類型；提升機過卷故障；定性和定量分析

1　礦井提升機故障

某礦提升機在運行過程中由于內外環境的影響而出現各種故障，如相關參數指標超過或低于正常范圍,相關設備運行狀態處于非正常狀態等。礦井提升機常見的故障主要有以下幾種：1) 行程監視類故障(過卷故障等)。2) 速度監視故障(等速段超速故障等)。3) 減速監視故障(減速段過速故障等)。4) 位置監視與同步校正故障。

2　靜態故障樹分析法的基本理論與步驟

2.1基本理論

靜態故障樹分析法就是一種針對一系列復雜系統而進行的可靠性和安全性評價的方法體系，該方法對于故障發生的時間屬性忽略不計。靜態故障樹分析法是演繹法的一種，以故障事件為基礎，通過一定的邏輯推理步驟，按照自上而下的順序，逐步分析，直至得出結果。該分析方法采用圖形的形式，具有較強的直觀性，推理易于理解，而且對于某些環節之間的復雜邏輯關系可做一定的定性和定量分析。該分析方法中的頂事件指的是最不希望發生的事件，底事件指的是不能再細分的事件，中間事件指的是除頂事件和底事件之外的事件，一般為頂事件和底事件之間的事件。通過分層的形式逐級細分，從而確定故障發生的最終原因。引起提升機故障的因素多種多樣，故障樹分析法可對這些因素做綜合分析，從而確定提升機在運行過程中的薄弱環節，在此分析基礎上，可快速確定提升機運行中的潛在故障，從而大大提高故障判斷的可靠性。這些故障或事件是通過相應的符號來表示的，而后再通過一定的邏輯門把頂事件、中間事件和底事件以倒立樹形圖聯系起來，就完成了故障的故障樹分析。而靜態故障樹分析法就是在故障樹分析法的基礎上，研究引發故障的各種因素，并根據研究成果采取合理的解決辦法。

2.2分析步驟

靜態故障樹分析法是通過一定的步驟來實現故障確定的，其分析步驟主要有以下幾個：

1) 確定頂事件。

頂事件的確定是根據工程實際而定的，往往為最壞的情況，即最不希望出現的情況。

2) 建立故障樹。

通過一定的邏輯門，逐級細分，將頂事件、中間事件和底事件綜合起來，形成倒立樹形圖。

3) 故障樹定性分析。

該環節主要做兩方面工作：a) 簡化故障樹，將故障樹簡化，使其簡單易懂。b) 求得最小割集。

4) 故障樹定量分析。

本環節所做的工作主要有以下兩種：a) 求解頂事件發生的可能性，即發生概率。b) 對各故障因素重要度進行分析。

5) 確定薄弱環節。

結合故障樹的分析結果，確定引發故障的一些因素，據此確定機械設備中的薄弱環節，并提出相應的改進措施。

所謂故障樹的割集指的是一組底事件的集合，它僅代表一種故障情況。故障樹的分析主要就是通過對最小割集的分析而實現的。所謂最小割集指的是只有每個割集中的底事件都出現，頂事件才具備了發生發展的條件。也就是說，只要割集中的任意底事件不發生，整個系統就不會出現故障。

3　故障樹的建立與分析

提升機制動系統在運行過程中容易出現過卷故障，造成這一故障的原因主要有以下兩種：1) 動力不足(制動系統引起的)。2) 減速段存在速度過大(超速保護裝置無法正常工作)。

本部分主要以提升機制動系統為基礎，通過建立故障樹和分析，確定引發提升機制動系統故障的因素，并給出相應的解決措施。

3.1定性分析

根據以往經驗和查閱相關資料，確定提升機產生過卷現象的機理，從而確定故障樹的故障事件。提升機制動系統故障樹的故障事件見表1.

表1　提升機制動系統故障樹的故障事件表

通過再次逐級細分，以制動器失效為例，制動器失效的原因主要為制動電機工作異常，因而需對引發該故障的事件進行分析，制動電機停止工作故障事件見表2.

表2　制動電機停止工作故障事件表

結合表2，采用一定的邏輯門，建立故障樹，制動電機停止工作的故障樹見圖1.

圖1　制動電機停止工作的故障樹分析圖

3.2定量分析

1) 最小割集。

結合圖1，通過求解該故障樹的所有最小割集，確定制動停止工作時的頂事件分布情況。求解最小割集時一般有以下兩種方法：a) 上行法。b) 下行法。本文以上行法求解其最小割集，即自下而上由底事件逐級進行集合運算。

以輸入事件的并來代替“或門”輸出事件，以輸入事件的交來代替“與門”輸出事件。而后通過化簡，以底事件積之和來表示頂事件。該故障樹的一個最小割集為其中一個積項，所有積項即為該故障樹的所有最小割集。

通過圖1，則有：

C=J3J4，B1=J2+C，A1=J1B1，B2=J2+J4，A2=B2J5，F=A1+A2

化簡后，則有：F=J1J2+J2J5+J4J5+J1J3J4

因此，該故障樹的最小割集共4個，即：{J1,J2}、{J2,J5}、{J4,J5}、{J1,J3,J4}.

通過以上公式求得底(頂)事件的分布情況，具體見表3.

表3　底(頂)事件的分布情況表

其中，Ji=0表示該故障未發生，Ji=1表示該故障發生。

2) 重要度。

底事件重要度的概率為：

通過表3可求得，底事件的重要度：

通過計算分析，J2、J5重要度最大，即這兩個底事件對頂事件F的發生的影響最大，J1、J4重要度次之，即這兩個底事件對頂事件F的發生的影響較大，J3重要度最小，即該底事件對頂事件F的發生的影響最小。根據重要度的大小，由大到小進行故障診斷，這樣可節約時間，迅速確定故障位置。

4　結束語

通過靜態故障樹分析法對提升機過卷故障進行分析，并建立故障樹，計算得出了各底事件的重要度，并據此實現快速確定故障。這種方法在某礦井中應用后，不但快速確定了故障類型和位置，而且故障檢測率較高，效果顯著。

[1]于治福,韓燕,于會榮,等.故障樹分析法在礦井提升機電動機故障診斷中的應用[J].煤礦機械,2012(11):277-278.

[2]劉平獻,韓浩,賀兆陽.礦井提升機制動系統的故障樹分析[J].煤礦機電,2013(4):48-50，53.

[3]魏臻,許崇.基于FTA的礦井提升監控系統可靠性分析[J].合肥工業大學學報(自然科學版),2013(8):919-922.

[4]范長征,蔣凡,曾凡平.綜合故障樹分析方法在容錯計算機系統中的應用[J].計算機仿真,2006(4):63-67.

[5]王會良,熊宇權,孟江.礦井提升機故障樹的蒙特卡羅法仿真[J].機床與液壓,2014(21):192-195.

[6]閻雨薇,劉混舉.基于貝葉斯網絡的礦井提升機制動系統故障樹分析[J].煤礦機械,2014(4):258-260.

[7]裴九芳,程晉石.基于故障樹和灰關聯的礦井提升機故障診斷[J].礦山機械,2008(19):74-76.

[8]張海民,程剛,葛世榮.基于動態故障樹的采煤機牽引部可靠性分析[J].礦山機械,2010(21):1-5.

[9]孫潘潘.基于故障樹的煤礦設備故障分析方法研究[D].徐州：中國礦業大學,2014.Research on Fault Detection of Mine Hoist Based on Static Fault Tree Analysis Method

HAN Lidong

The mine hoist is easy to occur various faults in the process of operation, which seriously interferes with the normal production of the mine. To this end, the static fault tree analysis method is adopted to analyze the hoist fault, to achieve rapid detection of faults, determine the location of the fault. A coal mine hoist in our country is as an example, introduces the mine lifting machine common fault types and static fault tree analysis method, and through the static fault tree analysis method analysis of hoist over rolling fault, and through qualitative and quantitative analysis to determine the influence of bottom event to top events, quickly identify the fault.

Mine hoist; Static fault tree analysis method; Fault type; Hoist over winding failure; Qualitative and quantitative analysis

2016-05-13

韓利東(1982—)，男，山西懷仁人，2007年畢業于大同大學，工程師，主要從事煤礦機電方面的技術工作

(E-mail)shamoshuishoulmq@163.com

TD534

A

1672-0652(2016)06-0031-03