随机载荷冲击下采掘机械截齿竞争失效可靠性分析

作     者：秦彦凯 张晓红 曾建潮 梁好 石冠男 QIN Yankai;ZHANG Xiaohong;ZENG Jianchao;LIANG Hao;SHI Guannan

作者机构：太原科技大学机械工程学院山西太原030024 太原科技大学工业与系统工程研究所山西太原030024 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司山西太原030006 太原科技大学经济与管理学院山西太原030024 中北大学大数据与视觉计算研究所山西太原030051 

出 版 物：《煤炭学报》 (Journal of China Coal Society)

年 卷 期：2022年第47卷第8期

页      面：3175-3188页

核心收录：

学科分类：081901[工学-采矿工程] 0819[工学-矿业工程] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(72071183) 国家自然科学基金青年基金资助项目(71701140) 山西省基础研究计划资助项目(20210302124680) 

主　　题：采掘机械截齿 竞争失效 自然磨损退化 冲击加速退化 可靠性模型 冲击持续时间 

摘      要：采掘机械的高效运行是煤矿企业降低生产成本,提高生产效率,实现利润最大化的主要途径之一。截齿作为采掘机械的关键消耗部件,其可靠性直接决定了采掘机械的工作性能和使用寿命。在采掘过程中,将煤岩视为正常工作载荷,将矸石和断层视为随机冲击载荷。截齿受煤岩引起的自然磨损及矸石和断层引起的载荷冲击的影响,其失效是磨损退化导致的软失效和随机载荷冲击导致的硬失效相互竞争的结果。由于矸石和断层具有一定的体积和硬度,随机载荷冲击会持续一定的时间,并在不同硬度下对截齿的磨损产生不同的加速作用。同时,截齿抵御致命性冲击的能力会随着磨损程度的增加而减弱。通过考虑持续冲击、变速率加速退化和硬失效阈值变化对截齿磨损的影响,研究了随机载荷冲击下截齿竞争失效的可靠性建模。首先,通过同时考虑自然磨损退化、冲击瞬时退化以及冲击持续时间内的变速率加速退化,构建了随机载荷冲击下截齿的退化模型。其次,在此基础上构建了竞争失效模式下截齿的可靠性模型。最后,基于工程数据对截齿的可靠性模型进行了数值实验和有效性分析。结果表明考虑持续冲击、变速率加速退化和硬失效阈值变化的截齿竞争失效可靠性模型符合工程实际,为截齿的设计优化、维修决策和备件管理提供了理论基础。