基于静态故障树的胶带故障检测研究

韩利东

(大同煤矿集团 煤峪口矿，山西 大同 034041)



·试验研究·

基于静态故障树的胶带故障检测研究

韩利东

(大同煤矿集团 煤峪口矿，山西 大同 034041)

皮带机在矿井生产中起着重要作用，但在运行过程中易发生各种故障，尤其是胶带更易发生故障，严重影响了矿井的正常生产。为此，采用静态故障树分析法来分析皮带机胶带故障，实现快速检测故障，确定故障位置。本文以我国某矿皮带机为例，介绍了皮带机胶带运行中常见的故障类型及静态故障树分析方法的基本理论与步骤，通过静态故障树分析法研究了皮带机胶带故障，并对建立的故障树进行定性和定量分析，确定底事件对顶事件的影响大小，快速确定故障，提出了解决皮带机胶带故障的应对措施。

皮带机胶带；静态故障树分析法；故障类型；定性和定量分析

1 皮带机胶带故障

某矿皮带机胶带在运行过程中由于内外环境的影响易出现各种故障,如相关参数指标超过或低于正常范围,相关设备运行状态处于非正常状态等。皮带机胶带常见的故障主要有以下几种：1) 胶带跑偏。2) 胶带破损。3) 胶带断带。4) 胶带打滑。

2 静态故障树分析法的基本理论与步骤

2.1 基本理论

静态故障树分析法就是一种针对一系列复杂系统而进行的可靠性和安全性评价的方法体系，该方法对于故障发生的时间属性忽略不计。静态故障树分析法是演绎法的一种，以故障事件为基础，通过一定的逻辑推理步骤，按照自上而下的顺序，逐步分析，直至得出结果。该分析方法采用图形的形式，具有较强的直观性，推理易于理解，而且对于某些环节之间的复杂逻辑关系可做一定的定性和定量分析。该分析方法中的顶事件指的是最不希望发生的事件，底事件指的是不能再细分的事件，中间事件指的是除顶事件和底事件之外的事件，一般为顶事件和底事件之间的事件。通过分层的形式逐级细分，确定故障发生的最终原因。引起皮带机胶带的故障因素多种多样，故障树分析法可对这些因素进行综合分析，确定皮带机胶带在运行过程中的薄弱环节，在此基础上，可快速确定皮带机胶带运行中的潜在故障，大大提高故障确定的可靠性。这些故障或事件是通过相应的符号来表示的，然后再通过一定的逻辑门把顶事件、中间事件和底事件以倒立树形图联系起来，就完成了故障的故障树分析。而静态故障树分析法就是在故障树分析法的基础上，研究引发故障的各种因素，并根据研究成果采取合理的解决办法。

2.2 分析步骤

静态故障树分析法是通过一定的步骤来实现故障确定的，其分析步骤主要有以下几个：

1) 确定顶事件。

顶事件的确定是根据工程实际而定的，往往为最坏的情况，即最不希望出现的情况。

2) 建立故障树。

通过一定的逻辑门，逐级细分，将顶事件、中间事件和底事件综合起来，形成倒立树形图。

3) 故障树定性分析。

该环节主要做两方面工作：a) 简化故障树，使其简单易懂。b) 求得最小割集。

4) 故障树定量分析。

本环节所做的工作主要有以下两种：a) 求解顶事件发生的可能性，即发生概率。b) 对各故障因素重要度进行分析。

5) 确定薄弱环节。

结合故障树的分析结果，确定引发故障的一些因素，据此确定机械设备中的薄弱环节，并提出相应的改进措施。

所谓故障树的割集指的是一组底事件的集合，它仅代表一种故障情况。故障树的分析主要就是通过对最小割集的分析而实现的。所谓最小割集指的是只有每个割集中的底事件都出现，顶事件才具备了发展发生的条件，即只要割集中的任意底事件不发生，整个系统就不会出现故障。

3 故障树的建立与分析

皮带机胶带在运行过程中容易出现跑偏、破损、断带、打滑等故障，造成这一故障的原因主要有以下两种：1) 外部坏境因素(多为高温、水、煤矸石冲击等因素)。2) 内部环境因素(内部元器件损坏等)。

本部分主要以皮带机胶带故障为基础，通过建立故障树并进行分析，确定引发皮带机胶带故障的因素，并给出相应的解决措施。

3.1 故障事件确定及故障树建立

根据以往经验和查阅相关资料，确定皮带机胶带故障的形成机理，从而确定了故障树的故障事件，具

体见表1.

表1 皮带机胶带故障树的故障事件表

结合表1，采用一定的逻辑门，建立皮带机胶带故障的故障树，具体见图1.

图1 皮带机胶带故障的故障树示意图

3.2 定性分析

根据图1，对建立的故障树做定性分析，并通过式(1)确定其最小割集，进而确定底事件对顶事件的影响程度。

求解最小割集时一般有以下两种方法：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级进行集合运算。通过求解该故障树的所有最小割集，以确定皮带机胶带出现故障时的顶事件分布情况。

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以输入事件的并来代替“或门”输出事件，以输入事件的交来代替“与门”输出事件。而后通过化简，以底事件积之和来表示顶事件。该故障树的一个最小割集为其中一个积项，所有积项即为该故障树的所有最小割集。

通过图1，则有：

(1)

通过式(1)可知，该故障树的底事件共26个，即：{x1}、{x2}、…、{x26}.

由于其逻辑门为或门，因此，顶事件发生的充分条件为至少有一个底事件发生，即任意一个底事件发生。

综上分析，皮带机胶带出现故障的原因多种多样，且各原因相互不受影响(相互独立)，任意一个原因的出现均可导致皮带机胶带出现故障，因此，必须杜绝任何故障出现，才能保证皮带机胶带的正常工作。

3.3 定量分析

因此，结合式(1)和表2，可确定皮带机胶带故障发生概率：

表2 故障树中各底事件的发生概率表

4 解决皮带机胶带故障的措施

根据故障发生的概率，由大到小进行故障诊断，这样可节约时间，迅速确定故障位置。而后，根据具体故障采取相应措施。

1) 对于胶带跑偏，则应定期对胶带进行维护。

2) 对于胶带磨损，则应加强对设备的检查工作。

3) 对于胶带断带，则应选择质量较好的断带保护装置。

4) 对于胶带打滑，主要从以下方面采取措施：a) 加强胶带维护。b) 定期检查和维护打滑保护装置。

5 结束语

通过静态故障树分析法对皮带机胶带故障进行分析，并建立故障树，分析得出了各底事件的重要度，并据此实现快速确定故障。这种方法在该矿井中应用后，不但快速确定了故障类型和位置，而且故障检测率较高，效果显著。

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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

韩利东(1982—)，男，山西怀仁人，2007年毕业于大同大学，工程师，主要从事煤矿机电方面的技术工作

(E-mail)shamoshuishoulmq@163.com

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1672-0652(2016)07-0038-04