浅析球磨机齿轮传动系统故障树的应用

【摘 要】球磨机是水泥、冶金、矿山、电厂等行业重要的粉磨设备，齿轮传动是它的重要组成部分，在运行中其可靠性和安全性直接影响着整机的性能。本文结合工作实际，谈谈采用故障树在球磨机齿轮传动系统中的应用。仅供各位同仁参考。

【关键词】球磨机；齿轮传动；故障树

引言

球磨机是冶金、矿山、水泥、电厂等行业的主要粉磨设备，它的传动形式主要采用齿轮传动，传动齿轮失效不仅会影响球磨机的正常使用，甚至还会造成事故，直接影响着整机性能。研究传动齿轮副的失效形式对提高球磨机的工作效率具有重要的意义。故障树分析法又称失效树分析法，是一种以故障树为工具，分析系统发生故障的各种途径，对系统的安全性或可靠性进行评价的一种图形演绎方法。我们以球磨机传动齿轮副为例，建立传动齿轮失效故障树，应用故障树分析法对其失效形式进行研究。

1　球磨机齿轮传动系统介绍

本文以φ2700mm×3600mm型球磨机为湿式格子板型，其传动系统为半开式单边传动，其传动系统结构简图如图1所示。电动机通过联轴器将动力传递给小齿轮，经过齿轮和装在筒体出料端的大齿圈啮合传动，带动球磨机转动来完成物料的粉磨工作。该传动齿轮的失效形式主要表现为轮齿折断、齿面磨粒磨损、点蚀、胶合和塑性变形等形式。

2　系统故障树的应用

2.1　故障树分析方法

故障树是用各种事件的代表符号和描述事件逻辑因果关系的逻辑门符号组成的表示因果关系的倒立树状逻辑图。故障树分析法（Fault　Tree　Analysis）简称为FTA法，是1961年由美国贝尔实验室的H.A.Watson和D.F.Hassl首先提出的，它是以故障树为模型对系统进行可靠性分析的一种图形演绎方法。该方法把系统最不希望发生的故障状态作为故障分析的目标，称为顶事件，它通过对导致顶事件的各种因素（包括客观、人为因素等）进行分析，画出故障树，再根据故障征兆找出引起顶事件的底层因素，对系统中发生的故障事件由总体到部分按树枝状逐级分析，通过层层分析，确定故障原因，判断故障发生的概率，找出系统的薄弱环节。故障树分析法，既可以对系统进行定性分析，也可以对系统进行定量分析，可以评价引发故障的各种因素的相关重要度。FTA法已被国内外公认为是对复杂系统进行安全性、可靠性分析的一种好方法。

2.2　建立系统故障树

正确建造故障树是故障树分析法的关键，故障树的完善程度将直接影响定性分析和定量计算的准确性。在故障树分析中，对于所研究系统的各种故障和失效、不正常情况皆称为故障事件，各种完好状态或正常情况皆称为成功事件，两者均简称为事件。故障树分析中所关心的结果事件称为顶事件，是故障树中首先要分析的系统故障事件；把导致顶事件发生的根本原因称为底端事件；顶事件和底端事件之间的中间结果事件称为中间事件。在齿轮传动故障中，顶端事件是指最初故障症状；其次，在齿轮传动故障中底端是指最小故障点；最后，把其他事件称为中间事件。故障树是由第一层顶端事件、多层中间事件、最后一层底端事件构成。见图2。

2.3故障树的分析

2.3.1　定性分析

定性分析的目的是找出引起系统故障的全部可能原因，从而能够定性地识别系统的薄弱环节。这就需要首先求故障树的最小割集。所谓最小割集就是导致顶事件发生的必要而充分的底事件集合，每一个最小割集代表一种故障。求出最小割集可以全面掌握顶事件不发生的各种可能性，为事故的调查分析、预测提供可靠的依据。

2.3.2　定量分析

故障树定量分析的主要任务是计算顶事件发生的概率，并对各底事件进行重要度分析，对系统的可靠性、可用性和安全性作出定量评价。常用的有直接概率法、最小割集法，我们采用最小割集法对故障树进行定量分析。

2.3.3重要度分析

重要度分析是故障树分析法的重要组成部分，其定义和计算方法很多，在定量分析中常用概率重要度来衡量最小割集或底事件的重要性，从而确定各个最小割集或底事件概率变化对顶事件概率变化的影响程度。

3　结语

通过以上的分析，可以得到引起传动齿轮失效的各种因素的重要度，利用该分析结果，可以很快找到事故发生的原因，同时为设备的日常维修、维护提供理论参考，延长齿轮的使用寿命，提高球磨机的运转率。建立球磨机齿轮传动系统失效故障树图，将齿轮失效、系统失效、传动元件失效和系统无动力输入作为中间事件，分析了制造、安装、应用等因素对齿轮传动系统运行的影响。通过对故障树图进行定量、定性和重要度分析，得到球磨机齿轮传动系统失效的主要影响因素。为球磨机齿轮传动系统故障的及时排除并采取有效措施提供了可靠的信息，同时也为球磨机齿轮传动系统的故障诊断奠定了基础。

参考文献：

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[2]黄建龙，闫存富.球磨机齿轮传动系统故障树的建立与分析[J].机械传动，2008（2）.

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