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1、发动机气门断裂故障树分析胡立萍1,周学东2(1•中国北方发动机研究所，山西大同037036:2.中煤平朔煤业有限责任公司，山西朔州036006)摘要:利用故障树分析方法，对某发动机气门断裂故障进行分析，在分析气门断裂的各种原因的基础上，建立了气门断裂的故障树。通过故障树定性分析得到最小割集，可以方便快捷地查找到气门断裂的最危险爭件。关键词:发动机;气门断裂;故障树分析中图分类号:TK407文献标识码:B文章编号：1000-6494(2011)01-0060-03FaultTreeAnalysisonFractureofEngineV
2、alveHULi-ping,ZHOUXue-dong0前言气门是影响发动机可靠性、安全性的关键零部件之一，其工作条件十分恶劣,是发动机故障多发零件。'由于其工况的恶为和设计、生产、使用方面存在的不足，其失效模式较多。从实际调查及失效分析來看，发动机进、排气门失效的主要故障模式表现为气门盘部掉块、盘部烧蚀、颈部断裂及从锁夹槽部位断裂。近年来发动机的气门失效呈上升趋势，允其原因是多方血的。随着对发动机的动力性要求不断提高，新一代的发动机强化程度越來越高，其中某些机型升功率提高了近一倍，从而导致进、排气门的热负荷及机械负荷成倍增加。某发动
3、机曾经多次发生气门断裂事故,运用故障树分析方法FTA对故障原因进行深入系统地分析，从中找出造成气门故障的主要原因，并采取了有针对性的解决措施。1故障树分析方法故障树分析是故障分析的演绎方法，也是一种分析故障原因及其发生概率的设计分析方法。故障树分析是把可能造成系统故障的各种因素进行分析，用数理逻辑符号按其内在联系的规律，有机地联系起来，画出故障树，从而根据故障树确定系统失效原因和发生概率,进行失效概率预测。建立故障树最常用的方法是演绎法。用演绎法作者简介：胡立萍(1966-),女，山西大同人，研究员，主要从事柴油机结构设计技术的研究
4、。收稿日期：2010-09-20建树时，先将已确定的顶上事件(Topevent)写在顶部矩形框中，将引起顶上事件的全部必要而又充分的直接原因事件置于相应原因事件符号中，向下画出第二排;再根据实际系统屮它们的逻辑关系，用逆当的逻辑门联接顶上事件和这些直接原因事件，遵循此建树规则逐渐向下发展，直到所有最低排原因事件即底事件(Bottomevent)为止。这样，就建成了1棵以给定顶上事件为根，中间事件为节，底事件为叫的倒置的n级故障树。通过故障树分析，可以找出气门故障的主要原因，以便有针对性地采取相应的改进对策，排除己出现的故障或可能发
5、生的潜在故障。2气门故障树的建立某发动机配气机构主要由凸轮轴、挺柱、推杆、IS臂、气门、气门弹簧等组成，见图10造成气门失效機式有很多，且有时不止一个，往往是多个因素促成笊结果，而且一旦故障发生，事故现场无法保护，原始资料不易搜集,给失效分析带来种种困难。对于发动柳气门的失效分析,总是希望最终得出其失效类别和失效原因，从而提出改进措施。因此首先应通过各种手段对气门进行分析，从各个方面获収失效的信息。选取气门失效作为顶事件,选取引起顶事件发生的直接原因，即气门头部掉块、气门头部与杆部圆况过渡处断裂、气门杆锁夹槽失效作为屮间事件。对这咔
6、间4个事件再分别寻找其发生的直接原因，并将迄些直接原因再作为中间事件,继续查找直接原因或底事件,直到找出所有底事件为止。如对气门头制与杆部1.凸轮轴2•挺柱体3•推杆•4•排气搖阶5•进气摇怦6•进气门7.排气门8.气门弹赞圆弧过渡处断裂可以查找到弯曲载荷、落阀冲击载荷、热负荷三个直接原因,将这三个直接原因作为屮间事件再对其进行分析，逐级查找，直到找到所有的底事件。材料理化性能金相组织差、杆部与头部过渡处加工刀痕为两个底事件。最后将每个中间事件用或门将顶事件与和底事件相连，建立发动机气门故障树，见图2,3故障树分析3.1定性分析故障
7、树的定性分析的主要任务在于找出影响气门出现某种故障的关键事件，也就是定性地分析出系统顶上事件故障发生的若干种可能性。在故障树川,割集是能使顶上事件发生的一些底事件的集合，如杲割集川的任一底事件不发生，顶上事件也就不发生，这样的割集称之为最小割集。定性分析计算过程如下：从故障树的顶事件开始，从上而下，把顶事件表示成底事件的布尔函数。图1配气机构的组成位测总同紬度苏以及气门忖气门»行之列的KfrMMWHt燃烧樂枢坏零件碎块或斤物逬人图2发动机气门故障树根据表1逻辑关系进行分析讣算，该故障树共有26个最小割集，这26个最小割集分别为XvX
8、2,X3,X4,X5,X6,X7,X"X9,X10,X10X12,X13,X14,X15,X16，X17，X18,X19,X20,X21,X22,X23,X24,X25,X26。可见导致故障树顶事件即气门断裂故障发生，有26种基本事件
