1 引 言
故障树分析法(fault tree analysis简称fta)是系统可靠性研究中常用的一种重要方法。它是在弄清基本失效模式的基础上，通过建立故障树的方法，找出故障原因，分析系统薄弱环节，以改进原有设备，指导运行和维修，防止事故的产生。故障树分析法是对复杂动态系统失效形式进行可靠性分析的有效工具。近年来，随着计算机辅助故障树分析的出现，故障树分析法在航天、核能、电力、电子、化工等领域得到了广泛的应用。
2 故障树分析法的原理简介
故障树分析法是把所研究系统的最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，然后找出直接导致这一故障发生的全部因素，再找出造成下一级事件发生的全部直接因素，直到那些故障机理已知的基本因素为止。通常把最不希望发生的事件称为顶事件，不再深究的事件为基本事件，而介于顶事件与基本事件之间的一切事件称为中间事件，用相应的符号代表这些事件，再用适当的逻辑门把顶事件、中间事件和基本事件联结成树形图，即得故障树。它表示了系统设备的特定事件 (不希望发生事件)与各子系统部件的故障事件之间的逻辑结构关系。以故障树为工具，分析系统发生故障的各种原因、途径，提出有效防止措施的系统可靠性研究方法即为故障树分析法。
3 水压机系统故障树的建立
水压机系统是由泵站、高压气罐、水罐、高低压管道、各种阀门、压力表、缸以及电控装置等多种部件组成的一个复杂的机、电、液一体化系统。目前国产水压机多为60年代的产品，在经过长期的服役后，已到故障多发期，在使用中常出现多种故障，例如：工作性能不稳定、速度低、噪声大、泄漏大、顶出缸失灵、工作缸无力等，从而使生产中废品率高、效率低，极大地影响了企业的经济效益。从故障发生的影响后果看，危害程度较大的是主缸动作无力事故，因为主缸是水压机的主要执行器，因而主缸无力往往是造成废品率高的直接原因，因此应该从这一直接原因入手对系统进行分析；另外，主缸发生故障也常常是系统其他部件出现故障的反映，从这里开始分析可以查出其他部件可能出现的故障。因此，在进行水压机系统的故障树分析时，应选定主缸动作无力为顶事件。
通过对水压机设备系统的分析发现，主缸动作无力事故是由下面3个因素造成的，即：乳化液未进入主缸、进入主缸水压不足、主缸泄漏严重。三者之间由逻辑“或”门联结，即只要其中的一件事故发生便可造成顶事件的发生；乳化液未进入主缸则由系统未供水、换向阀未换向这两个事故造成。同样，这两者之一就能使乳化液未进入主缸事故发生；类似地，进入主缸水压不足是由换向阀未换向和换向阀系统故障两个事件组成；由此进行类似的分析，可给出水压机系统主缸动作无力事故的故障树如图1所示。
4 水压机系统故障树分析
从图1所示故障树中可以看出，主缸动作无力事故的发生有多方面的原因。
(1) 设计方面的因素
从图1所示的故障树可以看出整个故障树中只有单一的逻辑“或”门，它表示当一个或多个输入事件发生时输出事件发生。由此可知，在输入逻辑“或”门的几个中间事件中，只要有一个事件发生就能导致其上一级失效事件的发生。因此，在图1列出的42个基本事件中，只要其中一个发生，则“主缸动作无力”事件就会发生。这样，顶事件发生的概率就大大增加，从而系统的可靠度就大大降低。
(2) 设备方面的因素
水质及元件质量等原因造成液压阀门的大量损坏。水质差是造成液压系统故障的最主要原因，占统计结果75%以上。常由于水质ph值不合要求、杂物含量高等造成密封失效、阀芯锈蚀和磨损等故障，从而导致阀不能按要求正常启闭。另外，由于整个设备陈旧老化，致使泵容积效率低，达不到水压机生产要求的供水能力，而主缸泄漏严重，使压力达不到规定值。
(3) 管理方面的因素
由于监测、管理手段落后，泵站总体运行的可控性和可显示性差，故障难以预测，因而事故隐患多，增大了主缸无力事故的可能性。此外，操作人员技术素质差，缺乏判断、处理事故的能力，有的工人对设备了解十分有限，对事故的危害缺乏认识。最后，操作维护人员的责任心不强，造成人为的事故，也能成为顶事件发生的原因。
图1说明如下。
1) 密封件破损严重 2) 柱塞与缸体配合间隙过大 3) 管线连接法兰处有间隙 4) 截止阀1失效 5) 因操作失误使阀未正常开启 6) 泵进水口密封不良 7) 水箱液面过低 8) 乳化液量不足 9) 调度方法不足 10) 技术素质低 11) 工作不认真 12) 监控手段落后 13) 操作水平低 14) 工作马虎 15) 电机电器故障 16) 减速器故障 17) 泵曲轴故障 18) 柱塞密封坏 19) 泵装配不良 20) 因操作失误使阀未换向 21) 电磁铁线圈烧坏 22) 电磁铁推力不足或漏磁 23) 电磁铁铁芯卡死 24) 阀芯与阀体孔卡死 25) 因弹簧弯曲使滑阀卡死 26) 阀芯与阀体几何精度差 27) 阀芯与阀孔配合太紧 28) 阀芯表面有毛刺 29) 电磁阀中推杆过短 30) 因阀芯与阀体几何精度差使阀芯不到位 31) 弹簧推力不足使阀芯达不到终点 32) 因使用参数选择不当使实际通过流量大于额定流量 33) 管道太细 34) 溢流阀设定压力过低 35) 主阀芯与阀盖孔配合间隙过大36) 主阀芯锥面与阀座接触不良或磨损严重 37) 调压弹簧压力级不对或断裂 38) 锥阀与阀座接触不良或磨损严重 39) 污物堵塞阻尼孔 40) 各主要部位的螺钉未定期紧固 41) 各主要管接头未定期紧固 42) 盖子结合面密封件未定期更换
图1 故障树
图1-1
图1-2
5 提高系统可靠性的措施
(1) 在系统结构方面
在靠近故障树顶端的地方尽量用逻辑“与”门，与门表示仅当输入事件的每一个发生时输出事故才发生，这样输入事件之间就有了一种互相制约的关系，可降低对输出事件的影响。特别是在靠近故障树顶端的地方，这种作用将更加明显。要达到这个目的就需要增加系统的备用装置，以增加系统的可靠性。
(2) 在系统设备方面
以乳化液为介质的系统已远远不能满足要求，因此应首先更换系统介质，即变水压机为油压机，这样可解决以往因水酸碱性等问题对系统造成的影响；其次应对泵站、主缸进行更新、改造，提高其效率；另外，采用先进的逻辑锥阀与pc控制回路取代原有操作系统，以满足大流量要求和实现对系统压力、压边力等压力变化进行自动控制和监测。
(3)在人员管理方面
加强技术培训，使工作人员具有较高的技术素质，增强故障判断、分析和处理的能力以及应用现代化技术装备的能力；加强生产安全教育，提高责任心，使各生产岗位工作人员专心守职；制定并严格执行操作维护及事故处理等规章制度，健全和完善质量、安全保证体系。
6 结 论
故障树分析法是一种逻辑性强，直观形象的可靠性分析法。本文应用故障树分析法对水压机系统主缸动作无力事故的原因分析及其相应措施的研究，对水压机的现代化技术改造实践有着重要的指导意义。
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