關(guān)于二甲醚客車燃料系統(tǒng)失效的故障樹(shù)分析論文

　　二甲醚因在替代柴油、改善排放污染物方面具有優(yōu)勢(shì)而受到關(guān)注。二甲醚物化性質(zhì)與傳統(tǒng)燃油有較大的不同。因此，為了使車輛安全、穩(wěn)定地運(yùn)營(yíng)，需要采用與傳統(tǒng)燃油車不同的燃料系統(tǒng)，以實(shí)現(xiàn)燃料加注、儲(chǔ)存、輸送及多余燃料回流的功能。二甲醚客車研制和示范運(yùn)營(yíng)中的故障記錄表明，燃料系統(tǒng)故障導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)熄火發(fā)生的次數(shù)約占全部故障的78%。為了總結(jié)排除二甲醚燃料系統(tǒng)故障的經(jīng)驗(yàn)，本文采用故障樹(shù)分析法，梳理燃料系統(tǒng)的各種故障模式及其與燃料系統(tǒng)失效的邏輯關(guān)系，為指導(dǎo)二甲醚客車使用、維護(hù)和排故提供一個(gè)簡(jiǎn)潔、直觀的方法。同時(shí)，通過(guò)對(duì)該故障樹(shù)的定性分析，可以優(yōu)化車輛的設(shè)計(jì)、制造和管理，提高二甲醚客車的可靠性。

　　1 燃料系統(tǒng)及其主要失效模式

　　1)燃料系統(tǒng)。二甲醚客車的燃料系統(tǒng)由快插式車用二甲醚加注口，車用液化二甲醚鋼瓶組、增壓泵、二甲醚粗精濾清器、壓力控制閥、壓力表、發(fā)動(dòng)機(jī)供液管路、發(fā)動(dòng)機(jī)回液管路、電磁閥等組成。

　　2)主要失效模式。燃料系統(tǒng)主要失效模式是燃料系統(tǒng)的工作壓力建立不起來(lái)，發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)或發(fā)動(dòng)機(jī)起動(dòng)后燃料系統(tǒng)壓力下降，導(dǎo)致車輛熄火。

　　2 故障樹(shù)分析及建議

　　故障樹(shù)分析法是一種圖形演繹的方法，是失效事件在一定條件下的邏輯推理方法。在故障數(shù)據(jù)齊全的情況下，可以通過(guò)故障樹(shù)定量計(jì)算復(fù)雜系統(tǒng)的`故障概率和有關(guān)可靠性參數(shù)，為評(píng)估和改善系統(tǒng)的可靠性，優(yōu)化系統(tǒng)的維護(hù)策略，提供定量的依據(jù)。

　　2.1 故障樹(shù)的建立

　　1)確定頂事件。據(jù)車輛研制和示范運(yùn)營(yíng)記錄，二甲醚客車燃料系統(tǒng)失效模式有：發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)、發(fā)動(dòng)機(jī)行駛途中熄火、發(fā)動(dòng)機(jī)動(dòng)力不足、系統(tǒng)因密封失效、管路接頭失效泄漏、液位顯示失效等。由于發(fā)動(dòng)機(jī)不能起動(dòng)或行駛途中熄火的故障占全部故障的78%，故障發(fā)生直接影響運(yùn)營(yíng)并導(dǎo)致“路援”，這是最不希望發(fā)生的事件，因此，被確定為故障樹(shù)的頂事件P1。

　　2)確定第一級(jí)中間事件。導(dǎo)致頂事件P1 發(fā)生的中間事件有兩個(gè)方面：一是管路問(wèn)題導(dǎo)致二甲醚流量不足;二是增壓泵輸送能力下降或喪失。在本項(xiàng)研究中，將二甲醚管路故障流量不足P2 和增壓泵故障P3 作為第一級(jí)中間事件。頂事件與第一級(jí)中間事件之間的邏輯關(guān)系為或門(mén)G1 的關(guān)系。

　　3)管路故障P2 的下級(jí)中間事件與底事件。能夠?qū)е露�甲醚管路流量不足P2 的下級(jí)中間事件有：管路有氣體P4、壓力控制閥故障P5 和管路阻力大P6，其邏輯關(guān)系是或門(mén)G2 關(guān)系。對(duì)下級(jí)中間事件進(jìn)一步分析：導(dǎo)致管路進(jìn)入氣體P4 的下級(jí)事件有二甲醚鋼瓶中的氮?dú)馕磁艃鬋3、鋼瓶液位低P8，它們與上級(jí)事件P4 間的邏輯門(mén)是或門(mén)G4。C3 是底事件，發(fā)生鋼瓶液位低P8 的兩種可能：一是距增壓泵最近的第3 鋼瓶液位過(guò)低(其余鋼瓶液位并不低)使氣體吸入C10;二是所有鋼瓶液位均過(guò)低C11。C10、C11 與P8 間的邏輯門(mén)是或門(mén)G8。導(dǎo)致壓力控制閥故障P5 的底事件是壓力調(diào)節(jié)不當(dāng)(氣溫升高未及時(shí)調(diào)整)C4 或閥芯密封失效C5，與上級(jí)事件P5的邏輯門(mén)是或門(mén)G5。導(dǎo)致管路阻力大P6 的下級(jí)事件有濾清器堵塞C6 和電磁閥開(kāi)啟不足C7，與上級(jí)事件P6的邏輯門(mén)是或門(mén)G6。

　　4)增壓泵故障P3 的下級(jí)中間事件與底事件。增壓泵總成由葉片泵、直流電機(jī)和聯(lián)軸器組成。增壓泵葉片磨損C1、聯(lián)軸器失效C2 和電機(jī)失效或異常P7 都會(huì)導(dǎo)致增壓泵輸送能力下降或失效。其中C1、C2 是底事件，P7 是二級(jí)中間事件。它們與一級(jí)中間事件P3 間的邏輯門(mén)是或門(mén)G3。對(duì)下級(jí)中間事件P7 的進(jìn)一步分析：電機(jī)失效或異常P7 的原因有電機(jī)碳刷失效C8、繞組失效C9 或供電壓力低P9。C8、C9 是底事件;而供電壓力低P9 則可能是電壓低C12 或因線路接插件電阻大C13 所導(dǎo)致。P7 與C8、C9 和P9 間的邏輯門(mén)是或門(mén)G7。P9 與C12 和C13 間的邏輯門(mén)是或門(mén)G9。

　　根據(jù)以上分析，構(gòu)建二甲醚客車不能起動(dòng)或行駛途中熄火的故障樹(shù)。

　　2.2 失效故障樹(shù)的定性分析

　　故障樹(shù)中所有邏輯門(mén)都是或門(mén)，按照最小割集的定義，所有13 個(gè)底事件都是最小割集，而每個(gè)最小割集則代表一個(gè)故障模式。以增壓泵磨損C1、聯(lián)軸器失效C2 為例進(jìn)行分析。

　　2.2.1 增壓泵磨損

　　1)故障現(xiàn)象。起初表現(xiàn)為起動(dòng)困難、動(dòng)力下降，隨后發(fā)展到車輛加速時(shí)易熄火，最后導(dǎo)致車輛不能起動(dòng)。該故障最明顯的特征是起動(dòng)后燃料壓力迅速下降、增壓泵的工作噪聲明顯減小。因此，可以從系統(tǒng)壓力變化和增壓泵的工作噪聲來(lái)判斷。

　　2)故障原因。增壓泵長(zhǎng)期、高速運(yùn)轉(zhuǎn)，增壓泵葉片的徑向和端面間的密封性因磨損下降，導(dǎo)致內(nèi)部泄漏增大，使輸出壓力下降。發(fā)動(dòng)機(jī)大負(fù)荷時(shí)，故障導(dǎo)致噴射泵前管路壓力不能維持在二甲醚的飽和蒸汽壓以上，使部分二甲醚氣化，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速不穩(wěn)，以致于熄火。

　　3)排除方法。更換增壓泵。

　　4)預(yù)防措施。按規(guī)定維護(hù)濾清器，考慮定期強(qiáng)制性更換增壓泵。

　　2.2.2 聯(lián)軸器失效

　　1)故障現(xiàn)象。接通電源，增壓泵電機(jī)工作，但系統(tǒng)壓力不升高，發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法起動(dòng)。拆檢可見(jiàn)聯(lián)軸器碎裂。

　　2)故障原因。葉片泵卡死或聯(lián)軸器材料老化。

　　3)排除方法。排除葉片泵卡死原因，更換聯(lián)軸器。

　　4)預(yù)防方法。車輛制造應(yīng)保持管路清潔;使用中應(yīng)按規(guī)定維護(hù)濾清器;車輛停用后重新啟用應(yīng)先檢查增壓泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)是否靈活。如有卡滯，需通過(guò)檢修、清洗予以排除。

　　2.3 對(duì)策建議

　　通過(guò)對(duì)二甲醚客車燃料系統(tǒng)失效故障樹(shù)的定性分析，確定了導(dǎo)致車輛不能起動(dòng)或行車途中熄火的全部13 個(gè)故障模式，并根據(jù)車輛研制和示范運(yùn)營(yíng)中積累的經(jīng)驗(yàn)對(duì)每個(gè)故障模式的故障現(xiàn)象進(jìn)行了詳細(xì)的描述，分析了故障發(fā)生的原因，并提出了判斷故障和排除故障的方法。除了在二甲醚客車整修已經(jīng)落實(shí)的措施外，建議需要進(jìn)一步采取以下幾方面的預(yù)防措施：

　　1)車輛研發(fā)與設(shè)計(jì)。進(jìn)一步開(kāi)發(fā)可靠、耐用增壓泵;鋼瓶護(hù)罩兩側(cè)增加通風(fēng)孔;增壓泵電路采用防水接插件;壓力控制閥采用與二甲醚兼容的密封材料。

　　2)車輛制造。采購(gòu)的液化二甲醚鋼瓶應(yīng)在采購(gòu)技術(shù)要求中對(duì)清潔度提出要求;采購(gòu)的壓力控制閥閥芯密封件應(yīng)采用與二甲醚兼容的密封材料;管路安裝前安排吹管工序，保持管路清潔;在新車首次起動(dòng)前，通過(guò)放氣閥排除二甲醚鋼瓶?jī)?nèi)的氮?dú)?在試車后檢查鋼瓶液位均衡性，有特別明顯差異，需調(diào)整回液均衡性。

　　3)車輛使用。停用重啟前檢查增壓泵轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)靈活性。如有卡滯，需通過(guò)檢修、清洗予以排除;如采用氮?dú)饧幼⑷剂�，�?yīng)排除鋼瓶中氮?dú)?使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定不同季節(jié)對(duì)工作壓力的調(diào)整要求;使用說(shuō)明書(shū)規(guī)定碳刷定期更換的周期。

　　4)車輛維護(hù)。將碳刷作為易損件，列入備件計(jì)劃并定期更換;車輛維護(hù)規(guī)范增加對(duì)管路工作壓力的檢查與調(diào)整。

　　3 結(jié)論

　　1)在二甲醚客車研制和示范運(yùn)營(yíng)中故障記錄的基礎(chǔ)上建立的燃料系統(tǒng)失效的故障樹(shù)，直觀、形象地揭示了二甲醚客車不能起動(dòng)或行駛途中熄火的故障與故障模式之間的邏輯關(guān)系，為分析和迅速排除車輛燃料系統(tǒng)故障提供了工具。

　　2)通過(guò)二甲醚客車燃料系統(tǒng)失效故障樹(shù)的定性分析，確定了使二甲醚客車不能起動(dòng)或行駛途中熄火的全部故障模式，并從設(shè)計(jì)、制造、使用、維護(hù)等方面提出了建議，進(jìn)一步提高了二甲醚客車的可靠性。

　　3)從二甲醚客車不能起動(dòng)或行駛途中熄火的故障樹(shù)分析可以看出，管路和增壓泵是該系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，管路故障已能解決，增壓泵尚未有適合的產(chǎn)業(yè)化產(chǎn)品，需要加強(qiáng)研發(fā)，只有大大提高增壓泵的可靠性與耐久性，才能提高城市客車的可靠性并實(shí)現(xiàn)二甲醚客車的產(chǎn)業(yè)化。

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