基于Isograph對礦用汽車進行FMECA分析

張逸軒，戴曉江，王孝東，畢春杰

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路開發有限公司，云南 昆明 650032)

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基于Isograph對礦用汽車進行FMECA分析

張逸軒1，戴曉江1，王孝東1，畢春杰2

(1. 昆明理工大學 國土資源工程學院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路開發有限公司，云南 昆明 650032)

基于Isograph軟件，根據礦用汽車特性，利用FMECA分析方法對礦用汽車進行了FMECA分析，通過對礦用汽車FMECA 分析，得出了礦用汽車的主要故障模式、原因及其影響，確定了礦用汽車危害度最高的組成結構，并提出了維護預防措施，為提高礦用汽車的可靠性提供了依據。

礦用汽車；可靠性；FMECA；Isograph

3305F型礦用自卸汽車是在露天礦中的作用主要為礦巖的剝離及運輸，是重型的自卸式汽車，運輸路程相對短、載重量相對較大的工作特性。汽車的臺班生產能力計算公式為：

式中t——周轉時間；

q——載重量；

k——載重系數；

Tb——班工作時間；

ηb——班工作時間利用系數。

根據在礦山收集到3305F型礦用自卸汽車連續60個月的生產量統計資料，求得月平均運輸量為15 590 t/臺月。實際統計運輸量和與理論運輸量比較如圖1所示。

圖1 汽車的實際生產能力對比分析

從圖1可知：現場實際臺月運輸量很少能達到自卸汽車理論生產能力指標。其運輸量的平均值15 590 t/臺月的指標，僅為技術生產能力的49.9%。查閱該臺自卸汽車維修記錄，發現故障的發生與修復占用的時間是影響生產能力的主要因素。針對這些問題，本文使用可靠性分析方法中的FMECA分析對進行分析，找出設備的一些薄弱環節，然后給出針對性的措施，改善及提高設備可靠性現狀。

1 FMECA方法

故障模式、影響和危害性分析(FMECA)主要是分析設備或系統內可能發生的故障模式以及產生的影響后果，并根據故障模式產生影響后果的嚴重程度及發生概率確定的危害度進行歸納綜合分析的方法[1]。該方法在評估系統可靠性、產品可靠性設計及改進等應用廣泛[2]。FMECA 包括故障模式影響分析(FMEA)和危害性分析(CA)兩部分[3]。

相關抵消對于信號估計是最佳線性處理方法，利用線性變換去掉信號x(N維)、y(M維)之間相關的部分.假設對y進行線性變換的矩陣是H，且y與x相關的部分為

2 FMECA分析

2.1系統定義

3305F型汽車主要由發動機、傳動系、行駛系、轉向系、制動系等結構組成，其結構如圖2所示。

1 電控開關；2 電磁閥；3 動力輸出裝置接合氣缸；4 液壓泵；5 液壓油箱；6 氣控開關；7 控制閥；8 液壓缸；9 限位閥；10 車箱限位開關

對各部分進行功能及組成、可靠性框圖分析，該系統的定義為：

1) 功能及組成：3305F型礦用汽車的功能主要是對礦巖的裝運。它主要是由發動機、傳動系、行駛系、轉向系、制動系部分組成；

2) 約定層次：“初始約定層次”為汽車的功能主要是對礦巖的裝運。“約定層次”為發動機、傳動系、行駛系、轉向系、制動系。“最低約定層次”為更低一級的組成部分，如圖3。

圖3 3305F型礦用汽車主要組成結構

通過對汽車的結構和功能進行分析，繪制功能層次與結構層次對應關系如圖4所示。

圖4 3305F型礦用汽車功能與結構層次對應關系

3305F型礦用汽車各主要結構是串聯結構，也就是說如果有任一結構發生故障就會導致鉆機不能正常工作，所以汽車的可靠性框圖如圖5所示。

圖5 3305F型礦用汽車可靠性關系

2.2故障分析

圖6 3305F型礦用汽車故障頻率

經分析，該型汽車主要組成結構中，發生故障最多的組成結構為：行駛系、發動機和轉向系。他們所對應的主要故障模式為：發動機漏油或進水、渦輪增壓器損壞、散熱器漏氣、變速箱故障、減震器損壞、車輪故障等。導致汽車故障的原因主要有零部件的磨損、老化、損壞、輪胎損壞、齒輪損壞等原因。故障模式匯總見表1。

表1 33305F型汽車故障模式匯總

汽車各主要結構的故障模式造成的故障影響主要有：無法提供動力行駛、無法正常傳遞動力、無法正常行駛和行駛制動失效等。

2.3 Isograph的FMECA功能模塊

可靠性軟件Isograph已被廣泛應用于眾多行業領域，用于提高產品安全性和可靠性、優化維修策略和保障資源，并最終實現產品效能的提高和全壽命周期費用的降低[4]。其不同于以往的FMECA分析工具僅有填表功能，而是可以清楚看到系統或設備各約定層次之間關系，以及各約定層次與故障模式和影響之間相互傳遞和轉換的邏輯關系的，各約定層次之間相互傳遞和轉換關系如圖7所示。

圖7 各約定層次之間相互傳遞和轉換關系

在應對系統或設備組成結構較為復雜、子系統較多時，能夠迅速地建立出分析模型,同時還能很快的對已建模型進行計算，得到各個故障模式的危害度和故障率，并對故障模式進行嚴酷度分類，為企業制定預防改善措施以及其他管理措施提供一定的依據。

2.4礦用汽車的FMECA分析

運用軟件對礦用汽車的建模并計算得到設備的危害度，根據《故障模式、影響及危害性分析指南》GJB/Z l391，將故障模式造成的故障影響的嚴重程度進行嚴酷度級別劃分。對其故障信息進行歸納整理制成FMECA分析表。3305F型礦用汽車的FMECA分析表如表2所示。

表2 3305F型礦用汽車FMECA分析

經過Isograph可靠性分析軟件對KQ-200型礦用汽車的FMECA分析計算之后，軟件可以生成設備所有故障模式故障發生概率大小情況，如圖8所示。

1 各故障模式發生的概率； 2 各故障模式所占頻數比的累積

圖8中，柱狀圖表示3305F型礦用汽車各所對應的故障模式發生概率的大小，由左及右故障模式發生概率依次降低，折線表示3305F型礦用汽車每個故障模式在所有故障模式中所占頻數比的累積結果，兩點之間的差值為故障模式所占頻數比。由圖8可知，汽車的故障模式發生概率總體偏低，但是故障模式3.2的發生概率較大于其他的故障模式，是發生概率最大的故障模式，故障模式4.1發生概率最低，根據汽車設備的故障模式匯總表可知，車輪故障為發生概率最高的故障模式，轉向節損壞為發生概率最低的故障模式。

2.5分析結果及措施

通過FMECA分析表及以上分析可以得出：

1) 在汽車的主要組成結構中，行駛系危害度最大其故障率也是最大的，造成行駛系故障的主要故障模型有：減震器損壞和車輪故障，造成的故障原因分別是零件損壞和輪胎損壞，產生的影響主要是使汽車無法正常的行駛。

2) 在汽車的主要組成結構的故障模式中，發動機漏油、進水和變速箱故障這兩個故障模式造成的嚴酷度級別最高，造成的故障原因分別是密封老化和漏油、齒輪損壞，產生的影響分別是不能提供動力和動力傳輸中斷。

3) 通過Isograph軟件的建模計算，可以清楚的看出汽車的主要組成結構的故障模式發生概率的排序，從排序中可以看出故障模式為車輪故障的故障模式故障率最大，是影響可靠性的重要單元。

在對汽車制定維修管理措施時，應根據以上分析，對危害度及故障率最大的結構行駛系和嚴酷度級別較高的故障模式以及故障率最高的故障模式車輪故障，著重分析這些故障模式及原因，制定有針對性的預防檢測措施，具體措施如表3所示。

表3 汽車重要故障模式原因分析及措施

3 結 論

本文運用Isograph軟件對礦用汽車進行FMECA分析，得出在礦用汽車的主要組成結構中，行駛系危害度最大其故障率也是最大，并確定了造成行駛系故障的主要故障模型和故障原因，產生的影響以及產生影響的嚴酷度。通過Isograph軟件的建模計算，得出礦用汽車的主要組成結構的故障模式發生概率并進行了排序，還給出了具體的措施來降低故障模式的發生概率，為提高礦用汽車的可靠性提供了依據。

[1] 康瑞, 石德榮. FMECA技術及其應用[M]. 北京: 國防工業出版社, 2006(10): 129-130.

[2] 張增照. 以可靠性為中心的質量設計、分析和控制[M]. 北京: 電子工業出版社, 2011.

[3] 畢春杰, 戴曉江, 秦清華. 基于Isograph的FMECA分析在潛孔鉆機中的應用[J]. 煤礦機械, 2015(4): 309-312.

[4] 夏青耐, 戴曉江. 基于Isograph故障樹分析在自動報警系統中的應用[J]. 現代電子技術, 2013, 36(2): 168-170.

AnApplicationofFMECAAnalysisBasedonIsographtoMiningTrucks

ZHANG Yixuan1, DAI Xiaojiang1, WANG Xiaodong1, BI Chunjie2

(1.FacultyofLandResourceEngineering,KunmingUniversityofScienceandTechnology,Kunming,Yunnan650093,China; 2.ConstructionGroupofYunnanHighwayDevelopmentandInvestmentCo.,Ltd.,Kunming,Yunnan650032,China)

Based on the Isograph software to the characteristics of Mining Trucks, we used FMECA analysis to make FMECA analysis of Mining Trucks. Through the FMECA analysis of Mining Trucks and the main failure modes, we find the causes and effects of the excavator are obtained to determine organization of the highest hazard of Mining Trucks, by proposing the preventive maintenance measures. All these will provide the basis for improving the reliability of mining Trucks.

Mining Trucks; Reliability; FMECA; Isograph

2016-09-08

中國博士后科學基金項目(2015M582763XB)

張逸軒(1990-)，男，山西太原人，碩士研究生，研究方向：安全系統工程技術研究，手機：18468085570，E-mail：1253197520@qq.com；通信作者：戴曉江(1957-)，男，云南昆明人，副教授，碩士生導師，研究方向：數字礦山，安全系統工程技術，手機：13888337152，E-mail：981350458@qq.com.

TH243

：Adoi：10.14101/j.cnki.issn.1002-4336.2016.04.017