论文研究-基于FTA的矿井提升机钢丝绳断绳故障分析 .pdf

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基于FTA的矿井提升机钢丝绳断绳故障分析,鲁青,徐文尚,本文介绍了故障树分析法的基本原理以及定性分析和定量分析方法。结合矿井提升机钢丝绳失效的特点,建立了提升钢丝绳断绳故障树模
国技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 4FTA定量分析 故障树定量分析的主要仟务是计算顶事件的发牛概率和对冬底事件进行重要度分析。对顶事 件的发生盗和对底事件进行重要度分析时,要用到底事件的发生概率。根据经验设底事件Xi的发生 概率服从指数分布P(X)=1-e“,t表示运行时间,A表示底事件X的失效率,A可以根据钢丝 绳断绳年故障率和底事件Ⅺ的放障数在钢丝绢断绳故障总数的比例获得。下面以X8“紧急制动”为 例计算其发生率。根据统计的104例钢丝绳断绳事故中有39例是由松绳引起的,再进一步分析引起 松绳的原因,发现有20例是因为紧急制动引起的松绳。取钢丝绳断笙的年故障率为0.029,则r- 029/104*米20=5.577103,取t=1则P(X)=1-e03=5.561*103,同理可以计算出其他 底事件的发生率。如表2所示。 表2:故障树中的事件发生率 Tab. 2 the proportion of event occurred in fault tree 发牛 发生率 发生率 8.361*10 X6 5575*104 X11 1.114*10 X2 3.340*10 X7 1.114*10 X12 1.393*10 X3 X8 5.561*10 X13 8361*10 X4 5575*104 X9 1.948*103X14 7223*10 X5 8361*10 X10 1.393*10 4.1顶事件发生率 已知故障树的全部最小割集为{X1},(X2},{X3},{X4},{X5:,X6,{X7},{X8},{X9},{X10}, 11},{X12},{X13},X14}。最小割集内各底事件是相工独立的,顶事件发生率的计算公式为: P(T)=1-∏(-P(X) (1) 式中P(T一顶事件发生的概率 P(Ki)底事件发生的概率 k一为最小割集的个数 将表2中的数据代入公式(1)可计算出顶事件T的发生率为0.028576。 42重要度分析 重要度分析是是故障树分析中的重要部分。它通过计算各个底事件的概率重要度、结构重要度 和关键重要度,从不同角度分析底事件对顶事件的影响程度 (1)概率重要度 概率重要度是指底事件Xi发生概率P(Xi)变化引起顶事件T发生概率P(T)的变化程度,用顶事件 的发生概率P(t)对底事件X发生概率P(Xi的偏导数来表示2,其计算公式 Cp(Xi) (2) 式中Ip(i)-Xi的概率重要度 国技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 按公式(2)计算X8的概率重要度 8)=mx=∏(-P(X)+∏(-P()=0976856 同理计算出所有最小割集的概率重要度如表3所示。 由偏导数的定义知,Ip(i)越大说明ⅹi底事件的发生对顶事件T发生的影响力就越大。 (2)关键性重要度 关键性重要度是底事件Xi的故障概率P(Xi)的变化率与亡引起的顶事件T发生概率P(T)的变化 率之比。公式为 P(Xi) (3) Ic(i)--Xi的关键性重要度 按上式计算各底事件的关键性重要度见表3 表3:故障树中事件的关键性重要度列表 Tab. 3 the key importance list of event occurred in fault tree 概率重要度 关键性重要度 概率重要度关键性重要度 0.972237 0.028446 X& 0.976856 0.190098 0.974679 0.113921 X9 0.97332 0.06635 0.973592 0.075874 X10 0.972779 0.04742 Ⅹ4 0.971966 0.018962 X11 0.972507 0.037912 X5 0.972237 0.028446 X12 0.972779 0.04742 X6 0.971966 0.018962 X13 0.972237 0.028446 X7 0.972507 0.037912 X14 0.978491 0.247325 关键性重要虔从底事件的杌率重要度和底事件本身的不可靠度两个方面襖量了它们对系统故障 的影响,因比它更客观地体现底事件对顶事件的影响力度。Ic(i)越大说眀由Ⅺi触发系统嫜的可 能性貮越人。可按底事件关键性重要度人小顺序列岀系统底事件,当进行故障前维修或故障后诊断 时应从关键性重要度最大的底事件开始,以便准确,快速的找出故障点。 43结果分析 由表3的计算结果可以看出,关键性重要度的大小排列顺序为Ic(X14)〉 Ic(X8)>Ic(X2)Ic(X3)>Ic(X9)Ic(X10)-Ic(X12)>Ic(X7)-Ic(X11)Ic(X1)-Ic(X5)-Ic(X13)>Ic(X4 )-Ic(X6)。由关键性重要度的排序可知,影响钢丝绳断绳的主要因素包括:由于磨损、断丝、腐蚀 等引起的钢丝绳强度下降,紧急制动引起的松绳,超载引起的松绳和过卷,钢丝绳各绳受力不均。 要想降低断绳事故的发生率,必须减少它们的发生率。对钢丝绳进行故障维修时应从关键性重要度 大的底事件开始查找排除。在对某矿发生的两处钢丝绳断绳事故进行故障诊断时,首先将Ⅺ14、X8 Ⅹ2、ⅹ3、X9五个底事件作为检査对象,经检査,发现有一处断绳是由于提升机上提过程中紧急制 动时制动减速过快,提升容器在其惯性力的作用下继续向上爬,待钢丝绳松懈后又在其重力作用下 加速下滑,下滑时把钢丝绳猛然拉紧的瞬间由于产生的巨大冲击力大于钢丝绳的承受力而引起的断 绳。乃一处断绳经检查发现是钢丝绳内部钢丝已经严重腐蚀,其拉断力、抗瘐劳性已经远远不符合 国技记文在线 http:/www.paper.edu.cn 要求所致。实践证明依据关键性重要度进行故障诊断,不但能快速、准确的找到故障点,缩短了诊 断时间,而且减少了不必要的检修与拆卸,提高了生产率。对设备进行故障前维护时,也应该按底 事件重要度从大到小的顺序进行,加强对重要度高的底事件的监测,提高钢丝绳的叮靠度。 44处理措施 针对这几个影响断绳事故的主要原因给出以下处理措施 (1)对矿井提升机钢丝绳容易受其工矿环境影响而发生歴损、断丝、腐蚀,提出以下防护措施: 在购进钢丝绳时把奷质量关,质量好的钢丝绳是进行安仝生产的首要前提;钢丝绳內置时棖据保管 储存条件的差异选择合理的保存方法;加强钢丝绳的润滑保养工作;不同的型号的钢丝绳其防腐、 耐歴、拉伸强度等性能差别很大应根据工作环境、提升要求合理选择适宜的钢丝绳,比如,当井筒 淋水大、酸碱度高时要求钢丝纯有比较髙的防腐蚀性,宜选用镀锌铡丝绡,在磨损比较严重的提升 机中宜选用粗丝的钢丝绳。实践让明,根据工况不同选择合适的钢丝绳可以大大提高钢丝绳的寿 命 (2)防止钢丝绳受丿不均:实时监测钢丝绳张丿,采用有效的调整装置及时调整钢丝绳张力的 偏差;史换钢丝绳时要休证提升钢丝笙在冋样工作条件、相同的载荷下它们的延伸率、强度等机械 性能的变化在允许沱围内 (3)防止提升钢丝绳由于松繩而导致断绳的措施:控制提升绞车紧急制动前的运行速度,当速 度降到一定值时,再进入全制动状态防止紧急制动引起松绳;加强设备和电气保护系统的维护,防 止必要的动作而造成松纯:设置超载报警装置严禁超载。 4)加强对制动系统的监护:保证制动装置经常处于最佳运行状态,防止提∫机因制动装置失 控和制动力矩小而发生过卷引起断绳;严防因超载引起过卷;根据矿井的实际情况选择髙效、可靠 的缓冲装置。 5结论 (1)故障树分析法既可定性乂可定量地对系统典型故障进行分析,通过对故障发生概率和重要 度的计算,根据计算结果按影响力度的大小排出顺序为系统进行故障诊断和日常维护提供依据; (2)本文将故障树分析法引入矿井提升机钢丝绳断绳故障分析中,科学的分析了其产生原因、 并给出相应的处理措施,这对捉高钢丝绳维护管理水半、降低断纯故障发生率只有一定的现实意义。 参考文献 [1]任建华,王伟,魏效玲,等.矿用钢丝绳的管理和维护[J.矿山机械,2005,(8). [2]李学伟,邹慧君障树分析法在气体涡轮流量计生产中的应用机械设计与研究2004(4) [3]朱继源.故障树原埋和应用[M].形安:西安交通大学出版社,198 [4]韩邦华、吴慧媛.基于故障树的主风机失效分析[J].2005,(4) 「5]黄豫清、徐树基.基于故障树的FS可靠性分析「.微型电脑应用,⊥94,(4). [6]郑明,云晓春,张涛,等.系统故障树分析的软件实现[J.低压电器,2005,(7) 国技记文在线 http:/www.paper.edu.cn Fault analysis of Ruptured steel wire Rope in Mine hoister Based on fta method LU Qing, XU Wen-shang, LIU Zhi-hai (1. College of Info and Elec Eng. SUST, Qingdao, Shandong 266510, China 2. College of Mechanical and Electric Eng, Shandong University of Science Technology, Qingdao Shandong, 266510) Abstract The basic principle, qualitative analysis and quantitative analysis of Fault Tree Analysis method are introduced in this paper. The fault tree models of ruptured steel wire rope was established in accordance with the characteristic of ruptured steel wire rope in mine hoister. Qualitative analysis and quantitative analysis arc madc by using of Fault Trcc analysis, minimum cut scts and importancc arc calculated. Thc main factors aflecting the steel wire rope are found and the measures relevant to the fault are recommended Keywords: Fault tree; minimum cut sets; qualitative analysis; quantitative analysis 作者简介:鲁青(1978—),女,山东新泰人,山东科技大学硕士在读,主要研究方向:控制坦论与 控制工程。E-mai1:sdqingl@163.com。 -6

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