基於模糊可靠性故障樹分析船用齒輪箱的失效型式
研究設計
作者：李振男
摘要：船用齒輪箱故障不僅會導致船舶失去動力，且船用齒輪箱作為船舶的傳動裝置，還將會造成難以估計的經濟損失，采用故障樹對齒輪箱進行全麵的可靠性分析，找出船用齒輪箱的失效型式，正確評價產品的可靠性，才可以提高船用齒輪箱的承載能力。
關鍵詞：故障樹分析；模糊可靠性；失效型式；船用齒輪箱
中圖分類號：TN215 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）16-0009-02
本文主要針對船用齒輪箱，分析齒輪箱結構型式，建立基於模糊可靠性故障樹分析模型，利用蒙特卡洛算法在傳統故障樹分析基礎上進行封裝，並使用VC++、MAT-LAB混合編程，仿真船用齒輪箱係統，以分析船用齒輪箱的失效型式。
1 基於模糊可靠性故障樹分析的優勢
在船用齒輪箱失效型式分析中，應用基於模糊可靠性故障樹對其進行分析，較傳統故障樹分析方法中的工作及故障狀態，深化產品的工作狀態，能夠對產品可靠性作出正確的評價。在船用齒輪箱失效型式分析中，應用基於模糊可靠性故障樹分析方法，可以降低獲取事件發生概率準確值的難度，用精確值表示事件發生概率，不再是傳統的不二向量分析方法，可以運用貝葉斯網絡模型，以此來描述船用齒輪箱係統內各部件間相互的關係，並得出係統可靠性指標，驗證模型有效性；還可以運用模糊理論，分析船用齒輪箱可靠性，在給定統一失效概率計算方法的前提下，從而得出齒輪箱的可靠性參數；同時也能夠采用蒙特卡羅方法來編製一定的計算機程序，統計出可靠性參數，繪製相關參數曲線，提高船用齒輪箱失效分析的效率，提升船用齒輪箱的可靠性。
2 構建齒輪箱故障樹
2.1 故障樹中的事件
船用齒輪箱故障樹構建中，應該以不能正常工作齒輪箱來作為頂事件，然後再通過分析、研究齒輪箱故障原因，找出引起齒輪箱失效各級底事件，之後可以將其簡歸納，形成故障樹。在故障樹中，對於故障樹頂事件中主要可以包括由離合器打滑、潤滑係統失效、關鍵部件失效組成；故障樹中間事件中主要包括摩擦片失效、工作油孔堵塞、油質不合格以及油溫過高、軸承失效、軸斷裂等事件組成；故障樹底事件主要可包括安裝精度低、軸承裝配不好、齒距偏差、機械磨損、疲勞失效、箱體鑄造缺陷、塑性變形、腐蝕、軸加工精度不高等事件組成。
2.2 定性、定量分析故障樹
故障樹分析中，應用數字仿真技術，對其進行定性及定量分析。在定性分析中，其主要任務就是找出產生頂事件的所有故障模式，並求故障樹全部最小割集。對故障樹進行定量分析，其目的就是利用故障樹來當做計算模型，當已知底事件發生概率時，從而可以計算出頂事件發生的概率，因此可以對整個船用齒輪箱係統的可靠性及風險性作出有效評估，確定船用齒輪箱的失效型式，改進船用齒輪箱製造技術，提升船用齒輪箱生產質量。
3 齒輪箱的可靠性仿真分析
3.1 算法介紹
在基於模糊可靠性故障樹分析船用齒輪箱的可靠性分析中，應用統計模擬方法，以概率統計理論作為基礎，引入隨機數建立模擬模型，通過仿真實現對隨機概率的統計。且仿真次數越多，則結果越精確，算法原理就是，針對已知狀態的變量概率分布，應用蒙特卡羅模擬法可以產生符合該狀態的變量分布隨機數，從而可以代入狀態函數，計算出對於狀態函數的隨機數，之後可以根據分布函數抽樣公式，計算函數抽樣的壽命。