ANALIZA POTENCIJALNIH NAČINA OTKAZA HIDRAULIČNOG SISTEMA KAMIONA TAM-4500

PRIMENOM METODE ANALIZE STABLA OTKAZA - FTA

Dipl.ing.mas. Kostić Miloš

Trstenik, 2011

SADRŽAJ:

1. Uvod.......................................................................................................................22. Opis kompšonenata hidrauličkog sistema kamiona TAM......................................4

2.1. Rezervoar.........................................................................................................42.2. Zupčasta pumpa...............................................................................................42.3. Višestepeni radni cilindar................................................................................62.4. Regulator pritiska............................................................................................62.5. Prelivni ventil..................................................................................................72.6. Cevovodi.........................................................................................................82.7. Crevovodi........................................................................................................92.8. Priključci..........................................................................................................92.9. Zaptivke.........................................................................................................10

3. Princip rada hidrauličnog sitema kamiona TAM..................................................114. Šema raščlanjavanja hidrauličnog sistema kamiona TAM...................................125. Stablo otkaza za vršni događaj hidrauličnog sistema kamiona TAM...................136. Zaključak...............................................................................................................15

1. UVOD

1

Metoda Analize stabla otkaza razvijena je ranih šezdesetih godina 20. veka u SAD-u. Idejni tvorac metode je Votson (H.A.Watson) iz firme “Bell Telephone Laboratories”. On je u toku 1961. i 1962. godine razradio i primenio ovu metodu u analizi sigurnosti sistema za lansiranje raketa tipa “Minute-man”, za potrebe ratnog vazduhoplovstva SAD-a.

Prvi objavljeni radovi vezani za ovu metodu su referati Hesla, Šredera i Džeksona (D. F. Haasl, R. J. Shreder i V.R.Jakson) firme “Boeing” na simpozijumu o pouzdanosti Državnog Univerziteta u Vašingtonu 1965. godine. Ta godina se ujedno smatra kao vreme kada je metoda FTA dobila svoj današnji oblik. Zbog toga se u literaturi iz predmetne oblasti može naći da je strukturnu formalizaciju konstrukcije stabla otkaza izvršio Hesl 1965. godine.

Od sredine šezdesetih godina prošlog veka do danas metoda Analize stabla otkaza se široko primenjuje za istraživanje pouzdanosti, sigurnosti i za dijagnostiku otkaza velikog broja složenih tehničkih sistema. Metodologija analize stabla otkaza obuhvata:

1. definisanje tehničkog sistema,2. utvrđivanje granica i ciljeva tehničkog sistema,3. definisanje vršnog događaja,4. sistematsko prikupljanje podataka o sistemu i njihovu analizu,5. formiranje stabla otkaza za utvrđeni vršni događaj,6. proveru i usvajanje stabla otkaza,7. kvalitativnu i/ili kvantitativnu analizu,8. razmatranje rezultata i proveru njihove kompletnosti i podudarnosti sa zahtevanim,9. usvajanje rezultata i10. prezentacija rezultata i predlog korektivnih mera.

Pri formiranju stabla otkaza, brižljiv izbor vršnog događaja je veoma značajan za uspeh analize. Ukoliko je događaj isuviše opšti, analiza postaje složena i njome se ne može upravljati. U suprotnom, ako je događaj isuviše specifičan, analiza ne obezbeđuje dovoljno dobar uvid u sistem. Na osnovu dobijenih i usvojenih rezultata posredstvom stabla otkaza, daju se predlozi korektivnih mera sa ciljem otklanjanja uočenih nedostataka ili predlozi alternativnih rešenja. Takođe, mogu se doneti odluke o kontroli proizvodnog procesa ili o preuzimanju rizika. Primenom odgovarajućih obrazaca dokumentuju se rezultati analize, čime se obezbeđuje da predložene mere budu i sprovedene.

Od analitičara se zahteva da pre nego što pristupi formiranju stabla otkaza, veoma dobro prouči sistem sa stanovišta pojave otkaza. Kada je stablo otkaza usvojeno, u zavisnosti od krajnjeg cilja primene ove metode, može se vršiti kvalitativna i/ili kvantitativna analiza. Na kraju analize, na osnovu dobijenih i usvojenih rezultata, slede predlozi korektivnih mera u cilju otklanjanja uočenih nedostataka i poboljšanja pouzdanosti i kvaliteta razmatranog sistema.

Korišćeni simboli

2

2. OPIS KOMPONENATA HIDRAULIČNOG SISTEMA KAMIONA TAM

3

2.1 Rezervoar

Rezervoari su komponente hidrauličnog sistema čija je glavna namena smeštaj radne tečnosti.

Konstrukcija rezervoara i njegov položaj treba da omoguće lako punjenje i kontrolu radne tečnosti, lako održavanje i dobro odvođenje toplote.

Sl. 2.1. Rezervoar

2.2 Zupčasta pumpa

Pumpe su komponente hidrauličnog sistema koje mehaničku energiju pogonskog motora (u ovom slučaju motora SUS) pretvaraju u hidrauličnu energiju, odnosno energiju pritiska i energiju kretanja radne tečnosti.

Radni element zupčaste pumpe su zupci zupčanika, a radne komore su međuzublja.Zupčasta pumpa sa spoljnjim ozubljenjem sastoji se od jednog para međusobno spregnutih zupčanika, postavljenih u telo pumpe koje ih obuhvata sam malim zazorima.

Pumpa dobija mehaničku energiju od pogonskog motora preko radnog vratila (5).U telu pumpe postoji usisni otvor, koji je povezan sa rezervoarom, i potisni otvor, koji

je povezan sa potisnim vodom.Usisni i potisni otvori se nalaze naspram izlaska i ulaska zubaca u zahvat. Za vreme obrtanja zupčanika, zupci potiskuju radnu tečnost iz radnih komora u potisni vod, a praznina koja nastaje u međuzublju prouzrokuje usisavanje radne tečnosti kroz usisni vod. Zahvaćenu tečnost svaka radna komora nosi po spoljašnjem obimu od usisnog ka potisnom vodu.zbog stalnog potiskivanja stalne radne tečnosti u prostor ispred potisnog otvora i u potisnom otvoru pumpe povećava se pritisak, odnosno radma tečnost dobija energiju pritiska i energiju kretanja.

Zupčaste pumpe su jednostavne za izradu, održavanje i rukovanje. Pouzdane su u radu na različitim temperaturama (-20°C do +80°C). Sitne nečistoće nisu smetnja za rad pumpe.

4

Nedostatak zupčastih pumpi je buka pri radu na visokim pritiscima i sa velikim brojem obrtaja. Zupčaste pumpe najčešće rade na niskim i srednjim pritiscima (do 250 bar) i imaju relativno veliki protok (od 1 do 160 l/min).

Sl. 2.2. Eksploudovani prikaz komponenata zupčaste pumpe

Sl. 2.3. Prikaz toka fluida pri radu zupčaste pumpe

2.3 Višestepeni radni cilindar

Višestepeni-teleskopski radni cilindar sastoji se iz nekoliko cilindara koji ulaze jedan u drugi, pri cemu, osim spoljašnjeg, ostali imaju ulogu klipa i klipnjače. Pri radu je ukupan hod svih cilindara-klipnjača veći od dužine spoljašnjeg cilindra.

5

Radna tečnost ulazi u komoru (1) spoljašnjeg cilindra (6), potiskuje klip-cilindar (2) i ispunjava radnu komoru (3), dok klip-cilindar (4) miruje. Kada se završi hod cilindra (2) i ispuni radna komora (3), počinje potiskivanje klipa (4) sa klipnjačom (5) koja vrši rad.

Višestepeni radni cilindar je jednosmernog dejstva kada se radna tečnost dovodi samo sa jedne strane, a cilindri-klipovi se vraćaju pod dejstvom sopstvene težine tereta.

Višestepeni radni cilindar je dvosmernog dejstva kada se radna tečnost dovodi sa obe strane, pa su oba hoda radna.

6

Sl. 2.4. Jednosmerni teleskopsi cilindar

2.4 Regulator pritiska

7

Regulator pritiska služi da podesi pritisak ili da ga održava konstantnim.Na slici su označeni delovi regulatori pritiska sa direktnim dejstvom: 1-klip, 2-

kućište, 3-opruga, 4-upravljački vod, 5-nepovratni ventil, 6-brava.Klip (1) u izlaznom položaju uravnotežava sa desne strane sila opruge (3), a sa leve

strane pritisak radne tečnosti iz voda A. Radna tečnost iz voda P prelazi u vod A (šrafura) kroz suženi otvor, gde se prigušuje usled lokalnih otpora, zbog čega je u vodu A smanjen pritisak.

Ako se u vodu A smanji pritisak, smanjuje se i pritisak radne tečnosti na čelo klipa, pa sila opruge pomera klip ulevo. Prolaženje radne tečnosti se povećava, a time i pritisak u vodu A. Ako se u vodu A poveća pritisak, sila pritiska radne tečnosti na čelo klipa pomera klip udesno, sabijajući oprugu. Prolaz radne tečnosti se sužava, a time se smanjuje pritisak u vodu A.

Porast pritiska u vodu A je ograničen. Za veći porast pritiska radne tečnosti u vodu A klip se pomera udesno, dok se prostor oko klipa koji je označen sa K ne poveže sa vodom A. Višak radne tečnosti iz voda A oticaće kanalom kroz središte klipa u rezervoar T, čime se pritisak u vodu A održava konstantnim.

Sl. 2.5. Regulator pritiska

2.5 Prelivni ventil

Prelivni ventili ograničavaju pritisak u hidrauličnom sistemu, odnosno sprečavaju povećanje pritiska iznad oderđene vrednosti, čime se zaštićuje sistem.

Delovi prelivnog ventila su: 1-radni element, 2-opruga i 3-sedište.Ako je sila pritiska opruge na radni element veća od sile pritiska radne tečnosti,

radni element (kuglica, konus, pločica,tanjirić) naleže na sedište, čime je ventil zatvoren. Kada sila pritiska radne tečnosti na radi element postane veća od sile poruge, radni element se pomera i sabija oprugu, čime se ostvaruje veza između potisnog i prelivnog voda. Kada sila pritiska radne tečnosti opadne, radni element ponovo naleže na sedište. Menjanjem

8

prednapona opruge pomoću vijka, menja se i sila pritiska radne tečnosti koja otvara ventil. Obično se ventil, onosno opruga, podesi tako da pritisak koji otvara ventil bud eza 10 do 20% veći od radnog pritiska.

Sl. 2.6. Prelivni ventil

2.6 Cevovodi

Cevovodi su krute metalne cevi. U hidrauličnom sistemu se koriste čelične bešavne cevi, cevi od bakra, aluminijuma i njihovih legura.

Za savijanje cevovoda postoje iskustvene norme o dozvoljenim poluprečnicima savijanja. Pri savijanju cevi se ispunjavaju rastresitim materijalom kao što su pesak, sitne olovne kuglice i drugo, da se na mestu savijanja ne bi smanjio poprečni presek cevi. Cevovodi se pričvršćuju obujmica. Rastojanje izmedju obujmica zavisi od prečnika i debljine zidova cevi.

9

Sl. 2.7. Neki izgledi hidrauličnih cevi

2.7 Crevovodi

Crevovodi su elastični cevni vodovi koji povezuju pokretne delove hidrauličnog sistema, kao i delovi koji vibriraju pri radu. Izrađuje se od prirodne ili sintetičke gume, koja se spolja ojačava pamučnim ili metalnim omotačem. Dužina crevovoda treba da je veća od rastojanja delova koji se spajaju, kako bi se omogućilo njihovo kretanje. Crevovodi se koriste samo kada je neophodno, jer imaju relativno kratak vek trajanja. Osetljivi su na spoljna opterećenja, vibracije, visoke pritiske i visoke temperature.

Sl. 2.8. Neki izgledi hidrauličnih creva

10

2.8 Priključci

Zadatak priključaka je da međusobno povezuju cevi, kao i da povezuju cevi sa ostalim komponentama hidrauličnog sistema.

Sl. 2.9. Neki od hidrauličnih priključaka

2.9 Zaptivke

Zaptivke su elementi kojima se sprečava curenje radne tečnosti u hidrauličnim sistemima.

Pored toga što sprečavaju curenje radne tečnosti, treba da imaju i sledeća svojstva: da ne dozvole ulazak prašine i vodene pare, da ne dovede do promene svojstva radne tečnosti, da se lako i brzo menjaju i održavaju uz minimalne troškove.

U praksi se razlikuju dve vrste zaptivanja: zaptivanje nepokretnih spojeva i zaptivanje pokretnih spojeva.

11

Dobro zaptivanje obezbeđuje hidrauličnom sistemu efikasnost, pouzdanost u radu i dug vek trajanja.

Sl. 2.10. Neki od oblika zaptivki

3. PRINCIP RADA HIDRAULIČNOG SISTEMA KAMIONA TAM-4500

Označeni delovi na šemi su: 1-ventil za rasterećenje, 2-višestepeni radni cilindar, 3-prelivni ventil, T-rezervoar, P-zupčasta pumpa.

Hidraulični sistem kamiona TAM-4500 ima funkciju podizanja sanduka i istovara tereta.

Pumpa dobija pogon od motora vozila, usisava radnu tečnost iz rezervoara i potiskuje je u potisni vod.

Neutralni položaj: -ventil za rasterećenje je otvoren. Radna tečnost prolazi kroz ventil za rasterećenje i vraća se u rezervoar. U hidrauličnom sistemu nema pritiska, a za pumpu se kaze da radi „na prazno“.

12

Radni položaj: -ventil za rasterećenje (1) je zatvoren, čime je onemogućen prolazak radne tečnosti. Radna tečnost je usmerena prema teleskopskom radnom cilindru (2), koji se izvlači i podiže sanduk vozila. Kada se teleskopski radni cilindar nagne za ugao 27°, dolazi do naglog povećanja pritiska i otvara se prelivni ventil (3), čime se odvodi jedan deo radne tečnosti u rezervoar i sprečava dalje izvalčenje teleskopskog radnog cilindra. Kada je istovar izvršen, otvara se ventil za rasterećenje, čime se radna tečnost od pumpe vraća u rezervoar. U hidrauličkom sistemu opada pritisak, sanduk vozila se spušta usled sopstvene težine, a teleskopski radni cilindar se uvlači. Radna tečnost iz teleskopskog cilindra vraća se u rezervoar preko ventila za rasterećenje.

4. ŠEMA RASČLANJAVANJA HIDRAULIČNOG SISTEMA KAMIONA TAM-4500

13

14

5. STABLO OTKAZA ZA VRŠNI DOGAĐAJ HIDRAULIČNOG SISTEMA KAMIONA TAM

15

16

6. ZAKLJUČAK

Primena FTA metode omogućava detaljno upoznavanje razmatranog tehničkog sistema sa stanovišta pojave otkaza.

Formiranjem stabla otkaza za dovoljno opšti vršni doga|aj može se evidentirati najveći broj načina otkaza elemenata sistema, što se može iskoristiti kao osnova za analizu načina i posledica otkaza - FMEA. Uzročno definisanje stanja sistema, koja dovode do otkaza, može se iskoristiti za potrebe održavanja kao i za dijagnostiku uzroka otkaza.

Najveća povoljnost primene FTA analize je jer se može koristiti u gotovo svakom period životnog ciklusa sistema.

17