基于Isograph对矿用汽车进行FMECA分析

张逸轩，戴晓江，王孝东，毕春杰

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路开发有限公司，云南 昆明 650032)



基于Isograph对矿用汽车进行FMECA分析

张逸轩1，戴晓江1，王孝东1，毕春杰2

(1. 昆明理工大学 国土资源工程学院，云南 昆明 650093； 2. 云南省公路开发有限公司，云南 昆明 650032)

基于Isograph软件，根据矿用汽车特性，利用FMECA分析方法对矿用汽车进行了FMECA分析，通过对矿用汽车FMECA 分析，得出了矿用汽车的主要故障模式、原因及其影响，确定了矿用汽车危害度最高的组成结构，并提出了维护预防措施，为提高矿用汽车的可靠性提供了依据。

矿用汽车；可靠性；FMECA；Isograph

3305F型矿用自卸汽车是在露天矿中的作用主要为矿岩的剥离及运输，是重型的自卸式汽车，运输路程相对短、载重量相对较大的工作特性。汽车的台班生产能力计算公式为：

式中t——周转时间；

q——载重量；

k——载重系数；

Tb——班工作时间；

ηb——班工作时间利用系数。

根据在矿山收集到3305F型矿用自卸汽车连续60个月的生产量统计资料，求得月平均运输量为15 590 t/台月。实际统计运输量和与理论运输量比较如图1所示。

图1 汽车的实际生产能力对比分析

从图1可知：现场实际台月运输量很少能达到自卸汽车理论生产能力指标。其运输量的平均值15 590 t/台月的指标，仅为技术生产能力的49.9%。查阅该台自卸汽车维修记录，发现故障的发生与修复占用的时间是影响生产能力的主要因素。针对这些问题，本文使用可靠性分析方法中的FMECA分析对进行分析，找出设备的一些薄弱环节，然后给出针对性的措施，改善及提高设备可靠性现状。

1 FMECA方法

故障模式、影响和危害性分析(FMECA)主要是分析设备或系统内可能发生的故障模式以及产生的影响后果，并根据故障模式产生影响后果的严重程度及发生概率确定的危害度进行归纳综合分析的方法[1]。该方法在评估系统可靠性、产品可靠性设计及改进等应用广泛[2]。FMECA 包括故障模式影响分析(FMEA)和危害性分析(CA)两部分[3]。

相关抵消对于信号估计是最佳线性处理方法，利用线性变换去掉信号x(N维)、y(M维)之间相关的部分.假设对y进行线性变换的矩阵是H，且y与x相关的部分为

2 FMECA分析

2.1系统定义

3305F型汽车主要由发动机、传动系、行驶系、转向系、制动系等结构组成，其结构如图2所示。

1 电控开关；2 电磁阀；3 动力输出装置接合气缸；4 液压泵；5 液压油箱；6 气控开关；7 控制阀；8 液压缸；9 限位阀；10 车箱限位开关

对各部分进行功能及组成、可靠性框图分析，该系统的定义为：

1) 功能及组成：3305F型矿用汽车的功能主要是对矿岩的装运。它主要是由发动机、传动系、行驶系、转向系、制动系部分组成；

2) 约定层次：“初始约定层次”为汽车的功能主要是对矿岩的装运。“约定层次”为发动机、传动系、行驶系、转向系、制动系。“最低约定层次”为更低一级的组成部分，如图3。

图3 3305F型矿用汽车主要组成结构

通过对汽车的结构和功能进行分析，绘制功能层次与结构层次对应关系如图4所示。

图4 3305F型矿用汽车功能与结构层次对应关系

3305F型矿用汽车各主要结构是串联结构，也就是说如果有任一结构发生故障就会导致钻机不能正常工作，所以汽车的可靠性框图如图5所示。

图5 3305F型矿用汽车可靠性关系

2.2故障分析

图6 3305F型矿用汽车故障频率

经分析，该型汽车主要组成结构中，发生故障最多的组成结构为：行驶系、发动机和转向系。他们所对应的主要故障模式为：发动机漏油或进水、涡轮增压器损坏、散热器漏气、变速箱故障、减震器损坏、车轮故障等。导致汽车故障的原因主要有零部件的磨损、老化、损坏、轮胎损坏、齿轮损坏等原因。故障模式汇总见表1。

表1 33305F型汽车故障模式汇总

汽车各主要结构的故障模式造成的故障影响主要有：无法提供动力行驶、无法正常传递动力、无法正常行驶和行驶制动失效等。

2.3 Isograph的FMECA功能模块

可靠性软件Isograph已被广泛应用于众多行业领域，用于提高产品安全性和可靠性、优化维修策略和保障资源，并最终实现产品效能的提高和全寿命周期费用的降低[4]。其不同于以往的FMECA分析工具仅有填表功能，而是可以清楚看到系统或设备各约定层次之间关系，以及各约定层次与故障模式和影响之间相互传递和转换的逻辑关系的，各约定层次之间相互传递和转换关系如图7所示。

图7 各约定层次之间相互传递和转换关系

在应对系统或设备组成结构较为复杂、子系统较多时，能够迅速地建立出分析模型,同时还能很快的对已建模型进行计算，得到各个故障模式的危害度和故障率，并对故障模式进行严酷度分类，为企业制定预防改善措施以及其他管理措施提供一定的依据。

2.4矿用汽车的FMECA分析

运用软件对矿用汽车的建模并计算得到设备的危害度，根据《故障模式、影响及危害性分析指南》GJB/Z l391，将故障模式造成的故障影响的严重程度进行严酷度级别划分。对其故障信息进行归纳整理制成FMECA分析表。3305F型矿用汽车的FMECA分析表如表2所示。

表2 3305F型矿用汽车FMECA分析

经过Isograph可靠性分析软件对KQ-200型矿用汽车的FMECA分析计算之后，软件可以生成设备所有故障模式故障发生概率大小情况，如图8所示。

1 各故障模式发生的概率； 2 各故障模式所占频数比的累积

图8中，柱状图表示3305F型矿用汽车各所对应的故障模式发生概率的大小，由左及右故障模式发生概率依次降低，折线表示3305F型矿用汽车每个故障模式在所有故障模式中所占频数比的累积结果，两点之间的差值为故障模式所占频数比。由图8可知，汽车的故障模式发生概率总体偏低，但是故障模式3.2的发生概率较大于其他的故障模式，是发生概率最大的故障模式，故障模式4.1发生概率最低，根据汽车设备的故障模式汇总表可知，车轮故障为发生概率最高的故障模式，转向节损坏为发生概率最低的故障模式。

2.5分析结果及措施

通过FMECA分析表及以上分析可以得出：

1) 在汽车的主要组成结构中，行驶系危害度最大其故障率也是最大的，造成行驶系故障的主要故障模型有：减震器损坏和车轮故障，造成的故障原因分别是零件损坏和轮胎损坏，产生的影响主要是使汽车无法正常的行驶。

2) 在汽车的主要组成结构的故障模式中，发动机漏油、进水和变速箱故障这两个故障模式造成的严酷度级别最高，造成的故障原因分别是密封老化和漏油、齿轮损坏，产生的影响分别是不能提供动力和动力传输中断。

3) 通过Isograph软件的建模计算，可以清楚的看出汽车的主要组成结构的故障模式发生概率的排序，从排序中可以看出故障模式为车轮故障的故障模式故障率最大，是影响可靠性的重要单元。

在对汽车制定维修管理措施时，应根据以上分析，对危害度及故障率最大的结构行驶系和严酷度级别较高的故障模式以及故障率最高的故障模式车轮故障，着重分析这些故障模式及原因，制定有针对性的预防检测措施，具体措施如表3所示。

表3 汽车重要故障模式原因分析及措施

3 结 论

本文运用Isograph软件对矿用汽车进行FMECA分析，得出在矿用汽车的主要组成结构中，行驶系危害度最大其故障率也是最大，并确定了造成行驶系故障的主要故障模型和故障原因，产生的影响以及产生影响的严酷度。通过Isograph软件的建模计算，得出矿用汽车的主要组成结构的故障模式发生概率并进行了排序，还给出了具体的措施来降低故障模式的发生概率，为提高矿用汽车的可靠性提供了依据。

[1] 康瑞, 石德荣. FMECA技术及其应用[M]. 北京: 国防工业出版社, 2006(10): 129-130.

[2] 张增照. 以可靠性为中心的质量设计、分析和控制[M]. 北京: 电子工业出版社, 2011.

[3] 毕春杰, 戴晓江, 秦清华. 基于Isograph的FMECA分析在潜孔钻机中的应用[J]. 煤矿机械, 2015(4): 309-312.

[4] 夏青耐, 戴晓江. 基于Isograph故障树分析在自动报警系统中的应用[J]. 现代电子技术, 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

中国博士后科学基金项目(2015M582763XB)

张逸轩(1990-)，男，山西太原人，硕士研究生，研究方向：安全系统工程技术研究，手机：18468085570，E-mail：1253197520@qq.com；通信作者：戴晓江(1957-)，男，云南昆明人，副教授，硕士生导师，研究方向：数字矿山，安全系统工程技术，手机：13888337152，E-mail：981350458@qq.com.

TH243

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