基于并联原理补偿液压系统可靠性的工程实践

　　0前言

　　某石油套管生产厂的热处理生产线上安装有2台步进式热处理加热炉,一台作为淬火机组前的淬火加热炉,另一台设置在淬火工序后,作为矫直前一道工序的回火炉。炉底机械(以下简称为炉机)都采用步进梁式炉机。炉机液压控制系统采用了电液比例技术和过程控制总线技术,在冶金设备中具有典型性,其系统原理如图1所示。投产4个月左右时, 2台炉机液压系统接连出现故障问题集中在控制阀台中最精密的元件电液比例阀上,主要症状是阀的输出流量小,而且更换比例阀不到半个月,又出现同样的故障症状。整条热处理线面临停产的窘境。根据实践统计数据可知80%的液压系统故障是因为油液污染所造成的^[1],现场对进入阀台P油口的油液抽样,进行颗粒度项目的检验发现其颗粒度严重超标,等效为行业标准NAS1638,污染度达到11级,远超过电液比例阀可靠工作的7级污染度。再拆检系统回油过滤器发现,滤芯已经堵塞,油液经旁通阀回流。

　　1液压系统可靠性建模与分析

　　1.1可靠性建模

　　对炉机液压系统进行可靠性研究,建立此系统的可靠性框图,如图2所示。系统包括油源、平移控制、升降控制和回油4个部分,图中元件下方数值表达了此元件每百万小时的失效率数值^[2]。

　　在这一液压系统中,所有的执行元件与关键控制元件之间都是串联关系,其中有一个环节单独作用或多个环节共同作用都可以导致系统失效。

　　为简化起见,分析中作以下假设:(1)系统是两状态可靠性模型;(2)各单元是相互独立的;(3)各元件之间是串联关系,整个系统的结构是串联结构^[3]。根据可靠性理论,在排除“浴盆曲线”中早期失效段后,进入耗损失效段之前的偶然失效期中,元件的故障概率K(t)为不随时间变化的恒定值^[4],元件可靠度服从指数分布规律

　　则系统的可靠度为

　　通常也称串联系统模型为竞争风险模型。串联系统的可靠性在很大程度上取决于失效率最高的环节,在本系统中这一环节就是电液比例方向阀。为了便于分析,在表1中列出了液压元件在1X10⁶h内的基本失效率λ。

　　1.2可靠度仿真与对策分析

　　着重分析炉机液压系统的阀台中所包含的平移控制部分和升降控制部分2个分系统,作为两种工况,平移和升降总的失效率可分别表示为式(2)和(3):

　　式中:K_F为环境修正系数,对地面固定设备,取K_F=5; C为与工作介质相关的系数,采用精滤油器后,系统的失效率为未采用时的93.5%,即C=0.935;K_i为i元件的失效率; r_i为i元件工作时的占空因数,占空因数指分系统工作时间与系统工作时间之比,在一个工作周期中,平移占30%,升降占70%,取4个月炉机的实际工作时间为2 880h将式(2)、(3)代入公式(1)中,利用MATLAB程序对压块机液压系统进行可靠性仿真。