工程機械電氣控制系統故障樹分析法的應用研究

雷建民

摘 要：根據工程機械電子控制系統的故障特點，利用故障樹分析方法分析了各后臺事件的發生概率和重要性，對工程機械電控系統進行了優化診斷和故障預防，分析了故障樹分析的可行性和有效性。對工程機械電控系統故障診斷與預防中的故障樹進行了驗證。

關鍵詞：工程機械;電氣系統;故障診斷;故障樹

引言：伴隨著工程機械設備智能化的不斷發展，電控技術在工程機械設備中的應用越來越廣泛。電控系統在工程機械設備中的地位也越來越重要。這一趨勢在未來的發展中將進一步加深，因此隨著系統復雜性的增加，電控系統的故障診斷變得越來越困難。分析各種可能的故障原因的可能性，提出預防措施，優化搜索和檢測步驟，本文采用基于故障樹的故障分析方法，并結合實例分析了故障樹在故障診斷中的應用。介紹了挖掘機起動回路故障的具體研究和故障檢測步驟，驗證了故障樹分析在工程機械電氣控制系統故障診斷和預防中的可行性和有效性。

1 故障樹分析法

該方法作為一種綜合安全診斷和故障評估的演繹方式失效分析方法，近年來，故障樹分析法已逐步被研究人員發現并嘗試應用于大型工程機械設備的故障檢測過程。利用布林邏輯可以結合低階事件，對系統中的異常狀態進行分析，從而了解系統故障的原因，找出解決辦法。在工程機械設備電控系統故障診斷過程中，故障樹分析法能更直觀地反映故障設備內部元件之間的關系，整理復雜電路邏輯，提高設備故障分析速度。故障樹分析法可以用計算機進行數據分析。通過該方法可實現電控系統的故障概率和故障原因的預測，優化維修人員的故障診斷效率，為系統故障診斷提供了寶貴參考。

電控系統故障診斷過程中，操作員需要先確定時間與系統分析的范圍，獲得系統的有關數據和主要結構參數，再通過或閘和及閘完成對故障樹的繪制工作，簡化故障樹的冗雜信息并完成故障的定量分析，完成事件的重要度評估，最終實現對故障與風險的整體調控與解決。失效樹分析（FTA）是一種運用于大中型復雜可靠性指標、安全系數剖析、風險評價和故障檢測的方式 。當今，在我國已將故障樹分析方式 運用于中國核工業、航空航天、航空公司、化工廠等自動控制系統的可靠性分析。詳細介紹了故障樹分析法。對于工程項目工業設備電子控制系統常見故障進行分析研究。完成下列幾種層面的關鍵實際意義：

（1）運用故障樹清楚地表述了工程項目工業設備電子控制系統故障事件的相互關系，并強調了各模塊故障與系統異常之間的邏輯順序：

（2）將各種各樣造成 工程項目工業設備電氣控制系統異常的可能要素聯系起來，協助找到系統軟件的弱點：

（3）根據故障樹定量分析測算工程項目工業設備電子控制系統的失效概率和穩定性參數。

2 工程機械設備典型啟動電源電路故障樹分析運用

為了完成機械工程電控系統的故障樹分析，本文選擇了經典的挖掘機啟動電路，采用故障樹分析法，探討了起動機出現故障的原因，并評價了采用該方法解決故障的整體效果。本機啟動系統的主要工作情況如下：啟動開關連接時，繼電器線圈通過導通主觸點并完成電路閉合，而位于電磁開關的線圈呈現同向電場力的特性，吸引鐵質核心進行移動，隨后按住傳動齒輪完成齒輪傳動拔叉與齒圈的齒合，接入電磁開關與電機的主控芯片線柱接入電磁開關，接入電磁開關與電機的主控芯片線柱，完成電機啟動過程。

2.1確定分析范圍，繪制故障樹

實驗中，研究者選取以元件故障為代表的底事件故障和以啟動機運轉障礙為代表的頂事件為研究對象，利用機械設備元件之間的相互作用關系與事件重要程度判斷來解決故障與元件損壞情況。研究者首先需要梳理起動系統的結構，篩選出較多可能出現故障的部分，利用電路分段檢測來確定具體的故障范圍，最終按照邏輯電路的相關邏輯。

故障樹圖技術繪制。

2.2故障樹的邏輯分析

當完成了故障樹的繪制工作，需要找出故障頂事件的原因，通過故障樹分析和計算，對系統關鍵故障環節進行判斷。對故障樹進行定性分析時，主要采用的方法是最小割集法，通過對起動機的故障情況進行邏輯關系的表達和分析，達到最小割集與故障模式的一一對應，進而判斷電路基本事件是否存在冗余與重復，最終確定電路基本事件的基本事件。

2.3故障樹的量化計算

研究者需要在完成故障樹的邏輯分析之后對數據進行量化計算，從而實現對底事件概率的整體估計，進而推測頂事件產生的可能性。研究人員在頂事件的概率計算過程中，需要判斷底事件的獨立性，區分事件的狀態，用布爾代數變量模擬底事件的主要特征，即某時刻底事件的發生狀態與未發生狀態，進而用結構函數或門等邏輯結構完成事件的結構函數，最終計算事件發生概率。與此同時，研究者還可以通過對底事件的故障數據進行分析和邏輯推算，實現對頂事件概率的精確計算。當計算完故障樹的事件概率后，研究者需要對機器結構的重要性進行評估。底事件重要度是判斷起動機系統中頂事件與底事件相關性的一個重要指標，底事件的重要性則反映了起事件失效引起的頂事件失效概率的變幅。經過對相關統計表達式的計算，得出了較為簡潔的計算結果，并最終完成了故障樹分析法中的基本流程，實現了對機械設備的故障評估。

用工程機械設備典型性運行電源電路。起動機故障樹分析方法剖析啟動機不可以運行常見故障。明確底事情（有關元器件常見故障）與頂事情（啟動機不可以運行）中間的關聯和底事情相匹配頂事情的關鍵水平。輔助機器設備故障檢測與修復。之上工程機械設備典型性運行電源電路是對以上工程機械設備的典型性運行電源電路開展剖析。關鍵涉及到電瓶、運行電源開關、啟動繼電器、啟動電源開關、啟動汽車繼電器、啟動機（包含電磁開關、電動機）和電極連接線束。

運行系統軟件的原理概述：啟動電源開關接入后，啟動繼電器電磁線圈的電，使其主接觸點合閉;電磁開關的維持電磁線圈和吸引住電磁線圈與此同時得電。造成同方向磁場力。吸引住變壓器鐵芯擺脫彈簧彈力往左邊挪動;變壓器鐵芯推動拔叉組織姿勢。促進傳動齒輪使其與齒圈齒合后。左邊觸碰盤將電磁感應開關電源電路主接線頭和電機主接線頭接入，大電流量經觸碰汽車繼電器電機內部。使轉子與電機接線柱接入，大電流量經觸碰汽車繼電器電機內部布線，隨后再將電磁開關轉至電機接線柱接入，再將電磁開關轉至電機由電機轉子運行：當運行電源開關斷掉時，啟動繼電器電磁線圈跳停，主接觸點釋放出來，電流量根據觸碰盤、維持電磁線圈、吸引住電磁線圈搭鐵產生控制回路。那樣，吸引住電磁線圈反方向插電。故并維持電磁線圈造成反磁場力。二者相互之間相抵。磁芯在扭簧的功效下校準，觸碰盤擺脫開關電源主接線頭和電機的主接線頭，使傳動裝置回拉。

3 建議

針對挖掘機啟動控制裝置的相關故障實例，研究人員可以發現，故障樹分析法在評估故障范圍、準確判斷故障發生概率等方面具有重要作用，其方法可為用戶提供有價值的機器故障處理建議。電控系統在日常操作和使用過程中，應注意電控系統的用電安全，確保起動機和繼電器的線圈安全，最終實現高效持久的設備使用周期。

結束語

總之，本文通過分析步驟原理和實例，探討了故障樹分析法在工程機械電控系統故障分析過程中的應用，并結合經典的挖掘機啟動系統探討了故障樹分析法在工程機械電控系統故障分析中的可能性。它可以通過對系統故障的頂事件和底事件故障的概率分析，結合相應的統計公式和邏輯方法，完成事件重要度的評估過程，該方法的執行過程具有高度關聯性和邏輯性，可以更條理地實現較為有效的故障排查與診斷，在解決實際電氣系統故障的問題上體現出較高的應用價值。

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