一种抓取装置传动机构的故障树分析

刘志芳

【摘 要】本文介绍了一种抓取装置传动机构的结构和功能，分析了传动机构的两种故障模式，并分别建立了两种故障的故障树;进行了故障树定性分析，求得故障树的最小割集;进行了故障树定量分析，计算顶事件发生的概率及底事件相对概率重要度;通过故障树分析确定了设计上的薄弱环节，并提出了改进措施，提高产品的可靠性。

【关键词】传动机构;故障树;故障树分析;可靠性

中图分类号： U672.2 文献标识码： A文章编号： 2095-2457（2019）03-0231-002

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.03.096

Fault Tree Analysis of a Grab Device Drive Mechanism

LIU Zhi-fang

（China Academy of Atomic Energy Sciences， Beijing 102413， China）

【Abstract】This paper introduces the structure and function of a grasping device transmission mechanism， analyses two kinds of fault modes of transmission mechanism， and establishes two kinds of fault tree respectively; conducts qualitative analysis of fault tree， obtains the minimum cut set of fault tree; conducts quantitative analysis of fault tree， calculates the probability of top event occurrence and the relative probability importance of bottom event; and divides the fault tree into three parts. The weaknesses in design are analyzed and determined， and improvement measures are put forward to improve the reliability of products.

【Key words】Transmission mechanism; Fault tree; Fault tree analysis; Reliability

0 引言

故障樹分析（Fault Tree Analysis，FTA）是运用自上而下的演绎法对结构逐级分析，寻找导致某种故障事件（顶事件）的各种可能原因，直到最基本的原因，并通过逻辑关系的分析确定潜在的设计缺陷，以便采取改进措施。本文依照GJB/Z 768A-1998《故障树分析指南》[1]对该抓取装置传动机构FMECA分析出的重要故障进行了故障树分析，形成了故障树分析报告，并通过逻辑关系的分析确定潜在的设计缺陷，以便采取改进措施。

1 功能和结构

抓取装置传动机构的作用是驱动抓取装置上下运动，实时监测抓取装置所受到的拉力和压力，并提供过载保护。

抓取装置传动机构通过滚珠丝杠装置使被抓取物体上升或下降，它主要由滚珠丝杠装置、蜗轮减速器、传感器组及电机和手轮机构组成。

蜗轮减速器通过密封的磁力联轴节、蜗轮组、牙嵌式安全离合器将电机扭矩传递给丝杠;滚珠螺母在丝杠旋转时移动，使抓取装置上升和下降;传感器组用于控制抓取装置运动和给出抓取装置位置的信息;在电机不能工作时将由手轮机构执行被抓取物体的上升或下降，同时通过开关通知电机断开。

2 抓取装置传动机构故障树构建

在进行故障树分析前，对产品FTA分析进行如下约定：故障树中的底事件之间是相互独立的;每个底事件和顶事件只考虑其发生或不发生两种状态。

抓取装置传动机构FMECA分析出的重要故障如下：抓取装置传动机构无法操作抓取装置;抓取装置传动机构密封失效。

（1）抓取装置传动机构无法操作抓取装置

故障树构建如图1。一个最小割集代表系统的一种故障原因，设计中如果能做到使每个割集中至少一个底事件发生概率极低，则顶事件发生概率就会极低。

（2）抓取装置传动机构密封失效

故障树构建如图2。顶事件描述：抓取装置传动机构在运行状态下必须保证零件与零件之间的密封、零件本身的气密性能达到要求，若气密性不能达到要求即为故障状态。

故障树定性分析如下：抓取装置传动机构密封失效故障树最小割集为{X31}，{X32}，{X33}。

故障树定量分析如下，运用一阶近似算法求解顶事件发生概率：P（T3）=7.92×10-6;

底事件相对概率重要度计算：Ip1=0.985;Ip2=0.009;Ip3=0.006

3 结论及改进措施

从故障树分析结果可以得出如下几条结论：（1）在设计中尽量降低一阶最小割集的发生概率，也可以在设计中加入冗余设计，减少一阶最小割集的数量。（2）引起抓取装置传动机构密封失效的原因：密封隔板变形、紧固件松脱及密封元件损坏。

改进措施：（1）抓取装置传动机构无法操作抓取装置，可选择可靠性高的外购件（电机、轴承），提高传动链的可靠性;（2）密封失效，可选用高可靠性的密封元件，并定时更换;选用刚度高的材料制造密封隔板;紧固件在设计中采取防松措施。

【参考文献】

[1]GJBZ 768A-1998故障树分析指南.