装甲车辆可靠性建模及分析实例基于FTA

以高转速工况下综合传动装置液压变速供油系统为例，利用FTA 方法进行系统可靠性分析，另外对系统中存在共因失效和不存在共因失效两种情况进行了比较。

1.液压变速供油系统分析

1）系统的结构分析

综合传动装置液压变速供油系统由P1 泵组，P2 泵，P4 泵，F1、F2、F3、F4 和F5 滤，BV1 和BV2 旁通阀等组成。

（1）液压变速供油系统中，F1 和F2 组成一个滤组1，F3 和F4 组成一个滤组2，BV1 和F3、F4 组成一个冗余结构1，P1 和P2 组成一个泵组1，P1、P2 和P4 集成在一个泵组2 中，F5 和CV2 组成一个串联结构1，F5、CV2 和BV2 组成一个冗余结构2。因此定义系统级为：液压变速供油系统；子系统级为：冗余结构1 和2、滤组1、泵组1；部件级为：滤组2 和串联结构1；零件级为：P1、P2、P4 泵，油箱，F1，F2，F3，F4，F5，BV1，BV2，CV2。

（2）其结构如图3-18 所示。

2）系统的工作原理分析

如图3-18 所示，P1、P2 泵从传动箱油底壳吸油，中间经过粗滤处理，再将油进行精滤处理，然后导入压力油箱。精滤并联旁通阀，当旁通阀在回油精滤堵塞使精滤进、出口压差达到0.5 MPa 时，旁通阀打开，短时间内不通过油滤而直接进入压力油箱。当系统内压差继续增大至极限值时，为保护系统压力继电器工作，关闭P1、P2 泵。P4 泵从压力油箱吸油供给，液压油经过F5精滤后，进入单向阀CV2（CV2 的作用保持操纵压力），然后进入换挡操作阀块，为变速操纵油缸和变矩器闭锁离合器油缸提供压力油。F5 精滤并联有BV2 旁通阀，BV2 的功能和BV1 类似。输入转速较高时，操纵供油压力降低较小，操纵和转向供油泵P4 的出油基本能够满足换挡等供油需求。

图3-18　液压变速供油系统结构

（1）确定系统不同层次单元、同层次单元之间的逻辑关系。

F1 和F2 滤是并联关系，P1 和P2 泵是并联关系，F3 和F4 滤是并联关系，BV1 旁通阀和滤组1 是并联关系，F5 滤和CV2 单向阀是串联关系，串联结构1 和BV2 旁通阀是并联关系。

（2）确定系统的特殊属性：泵组和滤组存在共因失效。

3）确定系统的故障判据

（1）确定各层次失效事件。

系统级：系统故障；子系统级：粗滤组故障、吸油泵组故障、输油入油箱故障、输油入油系统故障；部件级：精滤组故障、过滤故障；零件级：各单元故障。

（2）确定失效故障模式。

该系统单元均为单一故障模式。

2.绘制可靠性框图

根据结构及工作原理分析将结构示意图转化为可靠性框图，如图3-19 所示。

图3-19　液压变速供油系统可靠性框图

3.建立故障树

液压变速供油系统的故障树如图3-20 所示。

图3-20　液压变速供油系统故障树

4.定性分析和共因失效故障树的建立

（1）求得液压变速供油系统的所有最小割集，图3-21 中每一列为系统的最小割集，即系统有7 个最小割集。

图3-21　最小割集可靠性框图

（2）将最小割集作为故障树的“底事件”，可以建立液压变速供油系统的传统故障树和考虑共因失效的动态故障树，分别用图3-22 和图3-23 表示。(www.xing528.com)

图3-22　不考虑共因失效的液压变速供油系统故障树

图3-23　考虑共因失效的液压变速供油系统动态故障树

5.定量计算

根据上述分析，可得到液压变速供油系统的最小割集矩阵为

液压变速供油系统的共因最小割集矩阵为

液压变速供油系统的受共因原因影响的最小割集矩阵为

液压变速供油系统的受共因原因影响最大的最小割集矩阵RCR为

液压变速供油系统部件的单独失效率和共因失效率分别见表3- 11 和表3-12。

表3-11　液压变速供油系统部件的单独失效率

表3-12　液压变速供油系统部件的共因失效率

从t=0 开始到t=200 h 分析不考虑共因失效与考虑共因失效的系统失效概率。

（1）不考虑共因失效时，系统各个最小割集的发生概率计算如下：

系统的失效概率为P =1-G1G2G3G4G5G6G7。

（2）考虑共因失效时，被共因原因影响最大的最小割集发生概率计算如下：

此时，系统的失效概率为PCCF =1- G1，1 G2，1 G3G4G5G6G7。图3-24 中分别显示了不考虑与考虑共因失效的系统失效概率变化曲线，图3-25 所示为两者之间相对误差的变化曲线。

图3-24　液压变速供油系统失效概率的变化曲线

从图3-24 看出，考虑共因失效时系统的失效概率明显大于不考虑共因失效时的失效概率，对于实际复杂系统的可靠性分析，忽略共因失效分析可能导致可靠性估计值严重偏离实际值，造成系统存在严重的安全隐患。

图3-25　液压变速供油系统失效概率的相对误差