基于靜態故障樹的膠帶故障檢測研究

韓利東

(大同煤礦集團 煤峪口礦，山西 大同 034041)

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·試驗研究·

基于靜態故障樹的膠帶故障檢測研究

韓利東

(大同煤礦集團 煤峪口礦，山西 大同 034041)

皮帶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，尤其是膠帶更易發生故障，嚴重影響了礦井的正常生產。為此，采用靜態故障樹分析法來分析皮帶機膠帶故障，實現快速檢測故障，確定故障位置。本文以我國某礦皮帶機為例，介紹了皮帶機膠帶運行中常見的故障類型及靜態故障樹分析方法的基本理論與步驟，通過靜態故障樹分析法研究了皮帶機膠帶故障，并對建立的故障樹進行定性和定量分析，確定底事件對頂事件的影響大小，快速確定故障，提出了解決皮帶機膠帶故障的應對措施。

皮帶機膠帶；靜態故障樹分析法；故障類型；定性和定量分析

1 皮帶機膠帶故障

某礦皮帶機膠帶在運行過程中由于內外環境的影響易出現各種故障,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。皮帶機膠帶常見的故障主要有以下幾種：1) 膠帶跑偏。2) 膠帶破損。3) 膠帶斷帶。4) 膠帶打滑。

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，確定故障發生的最終原因。引起皮帶機膠帶的故障因素多種多樣，故障樹分析法可對這些因素進行綜合分析，確定皮帶機膠帶在運行過程中的薄弱環節，在此基礎上，可快速確定皮帶機膠帶運行中的潛在故障，大大提高故障確定的可靠性。這些故障或事件是通過相應的符號來表示的，然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，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，頂事件才具備了發展發生的條件，即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

皮帶機膠帶在運行過程中容易出現跑偏、破損、斷帶、打滑等故障，造成這一故障的原因主要有以下兩種：1) 外部壞境因素(多為高溫、水、煤矸石沖擊等因素)。2) 內部環境因素(內部元器件損壞等)。

本部分主要以皮帶機膠帶故障為基礎，通過建立故障樹并進行分析，確定引發皮帶機膠帶故障的因素，并給出相應的解決措施。

3.1 故障事件確定及故障樹建立

根據以往經驗和查閱相關資料，確定皮帶機膠帶故障的形成機理，從而確定了故障樹的故障事件，具

體見表1.

表1 皮帶機膠帶故障樹的故障事件表

結合表1，采用一定的邏輯門，建立皮帶機膠帶故障的故障樹，具體見圖1.

圖1 皮帶機膠帶故障的故障樹示意圖

3.2 定性分析

根據圖1，對建立的故障樹做定性分析，并通過式(1)確定其最小割集，進而確定底事件對頂事件的影響程度。

求解最小割集時一般有以下兩種方法：1) 上行法。2) 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。通過求解該故障樹的所有最小割集，以確定皮帶機膠帶出現故障時的頂事件分布情況。

以恪守獨立、客觀、公正的職業原則作為職業操守的少數會計師事務所的會計人員，不嚴格遵守職業道德準則，對明知有重大錯誤和舞弊的會計報表出具不恰當的審計報告，幫助企業粉刷會計報表，欺騙廣大的投資者。

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：

(1)

通過式(1)可知，該故障樹的底事件共26個，即：{x1}、{x2}、…、{x26}.

由于其邏輯門為或門，因此，頂事件發生的充分條件為至少有一個底事件發生，即任意一個底事件發生。

綜上分析，皮帶機膠帶出現故障的原因多種多樣，且各原因相互不受影響(相互獨立)，任意一個原因的出現均可導致皮帶機膠帶出現故障，因此，必須杜絕任何故障出現，才能保證皮帶機膠帶的正常工作。

3.3 定量分析

因此，結合式(1)和表2，可確定皮帶機膠帶故障發生概率：

表2 故障樹中各底事件的發生概率表

4 解決皮帶機膠帶故障的措施

根據故障發生的概率，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。而后，根據具體故障采取相應措施。

1) 對于膠帶跑偏，則應定期對膠帶進行維護。

2) 對于膠帶磨損，則應加強對設備的檢查工作。

3) 對于膠帶斷帶，則應選擇質量較好的斷帶保護裝置。

4) 對于膠帶打滑，主要從以下方面采取措施：a) 加強膠帶維護。b) 定期檢查和維護打滑保護裝置。

5 結束語

通過靜態故障樹分析法對皮帶機膠帶故障進行分析，并建立故障樹，分析得出了各底事件的重要度，并據此實現快速確定故障。這種方法在該礦井中應用后，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。

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Research on Belt Fault Detection Based on Static Fault Tree

HAN Lidong

The belt conveyor plays an important role in coalmine production. However, it is prone to occur various troubles during the operation, especially the belt is more prone to failure, which seriously affects the normal production of the coalmine. Therefore, the static fault tree analysis method is used to analyze the belt fault to realize the rapid detection and quickly find the location of the fault. The paper takes a domestic belt machine in a coalmine as an example, presents several types of possible fault, and introduces the basic theory and procedures of static fault tree analysis method. The paper studies the belt fault, establishes the fault tree, carries on qualitative and quantitative analysis, so to evaluate and verify the negative impact both from bottom event to the top event quickly, give the best solution to cope with the belt machine fault.

Conveyor belt; Static fault tree analysis; Fault type; Qualitative and quantitative analysis

2016-06-15

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

TD528+.1

A

1672-0652(2016)07-0038-04