FTA在振动筛故障分析中的应用

左新梅

(大同煤矿集团大斗沟煤业公司)

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FTA在振动筛故障分析中的应用

左新梅

(大同煤矿集团大斗沟煤业公司)

振动筛工作条件比较恶劣，运行时不可避免地会发生故障，影响企业正常生产。在分析振动筛结构和工作原理的基础上，对易造成故障的原因进行了概括，并以此为依据构建了包括19个底事件和7个逻辑或门的故障树，进行故障树分析(FTA)。定性分析和定量计算发现，19种事故原因都是可能造成振动筛发生故障的独立原因，顶事件故障率为3.95%，系统较为稳定。但该方法要收集大量现场数据，是某一时间点的分析，要注意时间对分析结果的影响。故障树分析法能为振动筛的故障分析、维护等提供理论依据，具有一定的实用价值。

故障树 振动筛 故障分析

振动筛是在选煤、选矿等工业领域被广泛应用的散体物料分级设备，特别是在分级、脱水、脱泥和脱介等过程中发挥着非常重要的作用。振动筛工作主要依靠其振动特性，达到生产工艺和工作过程的要求。20世纪60年代以来，我国振动筛的发展经历了从无到有、从模仿到引进先进技术再开发再到完全自主研发制造的过程。虽然经过多年的努力和人才、资金的大量投入，但是我国振动筛设计、制造和使用方面仍存在一些问题。根据目前企业对振动筛实际使用情况的反馈来看，国外产品使用寿命、无故障运行时间(3 000 h以上)、大修期间隔(20 000 h以上)均远远超过国产同类产品，原因主要是国外设备的设计与制造技术比较先进，同时其故障检测和维护手段也都领先国内[1]。

生产实践中，振动筛工作环境复杂，一直承受重载并长时间连续工作，设备不可避免地受到损伤甚至发生故障，特别是一直承受复杂交变载荷的零部件。如果生产运行时振动筛结构或者关键零件出现故障，造成停机或大修，会给企业带来沉重的损失和高额的设备维修成本，增加额外负担。

如果能够应用故障诊断和分析技术，及时发现或者有针对性地加强对某些零件和结构的检测，从而提高设备的运行可靠性和工作寿命，就能够缓解企业面临的问题。故障树分析法是一种直观分析故障原因、提高系统可行性、进行针对性预防的故障分析方法，能够从复杂的关系中找到故障原因，为设备检修、维护提供指导[2]。

1 振动筛结构

振动筛的主要部件有3个：激振器、箱体和弹性元件，振动筛结构示意见图1。

图1 振动筛结构示意

振动筛中激振器的作用是产生一个周期变化的激振力，从而使工作机体持续振动。激振器通常安装在箱体中上部或者底部，工作形式主要有惯性式、电磁式、液压式；箱体主要指筛箱，为筛型结构，内部有筛网或者筛板，通常由钢板和型钢焊接而成或者通过高强度螺栓连接而成；弹性元件主要有隔震弹簧等，作用支承振动机体，让机体能够按激振力要求振动，同时降低基础构件上的载荷。

2 振动筛工作原理

振动筛主要根据颗粒大小的差别，让碎散物料多次经过布孔均匀的筛面，使不同粒级分离。要实现筛分，物料与筛面之间必须保持相对运动，既让筛面上的物料层通过运动达到松散，也可以让堵在筛孔上的粗颗粒移动，为细颗粒透过筛孔让出通路。

振动筛的实际工作情况是：粒度不同的碎散物料进入筛面后堆积在一起，在筛箱振动过程中，混杂的碎散物料变得松散，粒度较小的颗粒可以通过筛孔，从而将粒度较大的颗粒留在筛面，实现粗、细粒的分离。筛分并不完全，不同粒度的颗粒透过筛孔的难易程度也不同，粒度越小越容易穿过筛孔。

3 振动筛故障的故障树分析

故障树分析(FTA)也被称为事故树分析法，最早是由美国贝尔电话实验室提出的，主要是用来评价系统的可靠性。

3.1 构建故障树

根据振动筛的结构和工作原理，结合现场情况，构建故障树。顶事件就是分析对象——振动筛故障，导致振动筛故障的主要原因有两个，即激振器故障和箱体故障。逐层向下分析，最终建立故障树，包括19个底事件和7个逻辑或门，示意见图2。

图2 振动筛故障树示意

3.2 定性分析

定性分析振动筛故障树，通过逻辑运算计算该故障树的最小割集，以此判断相关底事件的重要程度。逻辑运算过程为：

(1)

3.3 定量计算

定量计算是为了计算故障树中顶事件发生的概率，并根据计算结果得到系统的可靠性。

通过查阅相关资料[3]，计算得振动筛故障树中每项底事件发生的概率见表1。

表1 振动筛故障树底事件及发生概率

由式1，计算顶事件概率：

(2)

3.4 故障树结果分析

由式(1)逻辑运算可以看出，{x1}，{x2}，{x3}，……，{x18}，{x19}这19个底事件相对独立，都有可能导致顶事件发生。即在生产现场，这19种原因任意一个发生都可能导致振动筛发生故障，因此对每一类故障都不能麻痹大意，要对事故征兆保持谨慎。

通过式(2)计算结果可知，整个系统发生故障的概率为3.95%，相对比较稳定。为提高系统可靠性，在工作开始前，可以采取加强岗前培训、检查振动筛和流水线、注意工作结束后对工作过程的总结等措施，并建立振动筛日常养护制度。

4 故障树分析的优点

上述分析表明，利用故障树分析法对振动筛故障进行判断是可行的，而且具有一定的优点：①故障树比较直观，可以比较容易地看出顶事件与各个中间事件、底事件之间的关系，梳理出导致顶事件发生的主要因素；②通过故障树的定性分析，能够从复杂的关系中找到导致顶事件发生的因素组合，还可以通过定量分析得出顶事件的发生概率，为分析故障产生的原因、制定针对性的改进措施、提高系统可靠性提供了指导；③全面、完整的故障树可以作为煤矿设备管理、维修的依据。

故障树分析法也存在一定的不足。首先，构建故障树构建时，在故障原因的分析、各底事件的确定和发生概率的收集上，比较复杂，需要大量的现场数据作为依据；其次，故障树分析法在进行分析时没有考虑时间变量，这样建立的故障树不是完全动态的，而是某一时间点上的故障分析。

5 结 语

根据振动筛的结构和工作原理构建了包括19个底事件和7个逻辑或门的故障树，定性分析发现19种因素都有可能造成振动筛故障；定量计算发现振动筛发生故障的概率为3.95%，相对比较稳定。为提高系统可靠性，对每一类故障都不能忽视，要对事故征兆保持谨慎，可以采取加强岗前培训和振动筛及流水线的检查、注意工作总结等措施。

故障树分析法的缺点是需要大量的现场数据，收集较为困难。另外，由于故障树分析法是某一时间点的故障分析，不是完全动态的分析，实际运用过程中要注意时间因素对分析结果的影响。

[1] 王富强.振动筛振动异常状态辨识方法研究[D].太原：太原理工大学，2007.

[2] 王宝军.故障树分析在采煤机调高液压系统中的应用[J].煤矿机械, 2008，29(6)：177-179.

[3] 魏文菲, 张春元, 常绪涛，等.FTA法在圆振动筛故障诊断中的应用研究[J].矿山机械, 2016，44(7)：58-60.

2016-10-31)

左新梅(1973—)，女，工程师，037026 山西省大同市矿区林荫路。