泵控式舵机液压系统FTA分析

　　中国分类号：U664.41 0基本概念FTA ，是一种将系统故障形成的原因由总体至局部按树状结构进行细化分析的方法，是一种针对某个特定的不希望事件的由果到因的演绎推理方法。通常情况下，故障树分析是对复杂动态系统设计，工厂试验或现场发生的故障形式进行可靠性分析的工具，其主要目的是分析基本故障，确定故障的原因、影响和发生故障的概率。

　　1故障树的建造步骤故障树的建造一般分以下几步：a）对所研究的对象作系统分析，需要对系统的正常状态和正常事件，故障状态和故障事件要有确切的定义。为此，要了解系统的性能，收集和分析系统设计和运行的技术规范等技术资料。在此基础上，对系统的故障作全面的分析，评价各种故障对系统的影响，找出导致各故障的原因和途径。

　　b）在判明故障的基础上，确定不希望发生的故障为顶事件。

　　c）合理确定边界条件，以确定故障树的范围，这包括确定系统的初始状态，确定可忽略不计的小概率事件，确定在一定条件下的必然事件等。但是注意忽略小概率事件不等于忽略小部件的故障或小故障事件，某故障一旦发生后果严重，即使是小概率事件，也不能加以忽略。

　　d）画出故障树，建立应逐级进行，首先将逻辑门的全部输入事件都做出完整的定义，再进一步分析某个事件，用规定的图形符号，画出故障树逻辑图。

　　2故障树分析法中常采用的符号故障树分析法中所采用的符号可分为两大类，即代表故障事件的信号和联系事件之间的逻辑门符号（详细说明请见GB?4888）。

　　2.1定义事件???描述系统状态，部件状态的变化过程就叫做事件。如果系统元件按规定要求（规定的条件和时间）完成其功能则称为正常事件，如果系统或元件不能按规定要求完成指定的功能或者其功能完成不准确，则称作故障事件。通常引起故障事件的原因有：硬件失效，软件错误，环境条件影响以及人为因素等。

　　部件???凡是能产生故障事件的元件、子系统、设备、人和环境条件在故障树中都定义为部件，部件的故障按其产生的原因分为三类，即由于系统元件的内部原因而产生的直接故障由于外部原因，环境恶化等造成的系统元件的间接故障由于其他不明原因（尚需要进一步分析）而产生的故障，也称为受控失效。

　　2.2常用故障事件的符号和逻辑门符号???底事件，又称初始事件。指由系统内部部件、元件失效或人为失误引起的事件，通常应当具有足够的原始数据，并且应该是不能再分解的随机事件。

　　???中间事件，或者顶事件。指还可以分解成为其他下级事件的事件，在矩形内可注明故障定义。

　　???与门表示只有当全部输入事件都发生时，才能使输出事件发生。

　　???或门。表示在输入事件中至少有一个事件发生时，就会有输出事件发生。

　　3泵控式舵机液压系统分析及故障树的建立3.1泵控式舵机液压系统分析系统由两个相同的油路（因为两个油路完全对称，故该图只画出其中一半）与两对液压缸所组成，即可互为备用，也可一同使用，以增加液压系统自身的可靠性和转舵速度。每个油路中有一台变向变量泵作为主泵向系统提供液压油，因主泵的吸排口直接与油缸的进油回路相连接构成一个封闭的循环油路，故也称闭式液压系统。该系统中采用了舵机专用阀M ，舵机专用阀组在国产舵机中有广泛应用。

　　其中阀13为双向防浪安全阀，阀3为舵机专用阀，属三位四通液控阀，其阀芯中带有单向阀。当液压泵4通过换向阀向B1侧供油时，专用阀3右端作用有高压油，将阀芯右位推入工作位置，舵叶随之向右转动。若此时恰遇到一股水流与舵叶运转方向相一致，此水流的力将使舵叶转动加速，从而使进油液压缸失压，回油液压缸中的油液高速回油。这时专用阀的阀芯右端失压，在弹簧弹力的作用下，阀芯向右移动。当移动到节流阀位置时，液压缸回油通道被节流，回油阻力逐渐增大，使管路中的油压逐渐升高，平衡水流对舵叶的作用，从而使舵叶转动速度得到限制，保证进油液压缸不致出现吸空现象。同时还克服了水流对舵叶的负力矩，防止了冲舵现象的发生，进一步提高了舵机的工作稳定性。在无舵令信号时，专用阀利用中位的两个单向阀将液压缸与变量泵之间的油路关闭，起到锁舵的作用。单泵工作时，也可以用来防止两泵之间的相互干扰。

　　因闭式循环油路不可避免的存在着泄漏，我们在日常管理中需要不断的补充油液，以改善主泵的吸入性能。因此主油路均设有一台副泵10 ，它可薛召，范少卿：泵控式舵机液压系统FTA分析以通过低压选择单向阀L1、L2向主油路补油，也可以向主泵变量机构提供控制油，甚至还可以起到冷却主泵的作用。其工作压力由阀9设定。

　　3.2泵控式舵机液压系统故障树的建立当舵机因某种原因导致舵机不能转动时，可画出其故障树（如图2所示）。

　　树首先要从确定一个不希望出现的事件（顶端事件）开始。该系统的顶端事件为舵机不能转动。

　　根据逻辑关系顺序向下分解，得到造成这一顶端事件发生的直接原因，将它们称为中间事件G并用适合它们的逻辑门与顶端事件相连，接着分析中间事件发生的直接原因，步步深入，终一直到不能再分解的基本事件为止，形成一棵从顶端事件向下倒长的故障树。

　　基本事件15表示转舵机构，基本事件6、7、8分别表示手动舵、随动舵以及自动舵的控制系统，其它基本事件的编号与图1中的相对应。中间事件油缸无压力油、油缸失效、油缸压力过高中，至少有一个事件出现，就会发生舵机失效，这就是逻辑或的关系，因此油缸无压力油、缸失效、油缸压力过高三个事件是相串联的。而油缸压力过高事件发生，只有在转舵机构15受到过大负载，又要双向安全阀13和另一安全阀14（图中未画出）同时失效时才会出现，这是逻辑与的关系，因此13、14、15事件并联的。由于辅助油路失效（初级事件辅助油源失效发生）也会间接引起舵机失效，但辅助油源失效事件发生直接引起的后果是主泵4吸空以及泵过热，从而造成主泵4的失效，所以不能把辅助油源失效看成是和事件油缸无压力油、缸失效、油缸压力过高串联的事件。

　　4故障树分析的特点（1）优化系统设计。同样功能的液压设备，采用不同的系统设计，有不同的故障树结构，选择可靠性佳的系统，可以实现长远的有效成本控制。

　　（2）优化元件设计。一棵故障树包含多个底事件，底事件在故障树中的重要性，因元件在系统中所处的位置而异。底事件对顶事件贡献大小的程度称底事件重要度，对底事件重要度大的元件，在日常的维护管理中要给予足够的重视。

　　（3）用故障树分析法进行液压系统故障诊断，只用压力表、流量计和真空计做简单试验，就可对预防和排除故障提出有效措施，在缺少测试仪器和工作环境比较简陋得船上，能达到科学管理液压系统的目的。同时，也为船舶机械维修保养体系的制定，提供了科学的依据。当然，故障树分析法还适合于专家系统知识库的建造，为人工智能技术在液压设备管理中找到了用武之地。

　　5结论舵机在船舶中的作用非同小可，一旦舵机发生故障，对于船舶航行造成的损失将不可估量。这就要求我们要以快的速度解决问题，把损失降到小。我们通过建立舵机的故障树，能够十分快捷的找出造成舵机失效的各个原因，大大提高我们排除舵机故障的能力。读者也可以针对不同的系统进行故障树分析，快速迅捷的找到合理排除故障的途径。

　　浙江交通职业技术学院学报郑士君。船舶液压系统故障诊断与维修技术[ M] .人民交通出版社， 1996.

　　陈进。机械设备振动监测与故障诊断[ M] .上海交通大学出版社， 1999.

　　韩厚德。船舶辅机[ M] .人民交通出版社， 2001.

　　薛召，范少卿：泵控式舵机液压系统FTA分析