本發(fā)明涉及掘進機截齒數(shù)據(jù)分析，具體涉及一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法。

背景技術(shù)：

1、可靠性是指產(chǎn)品在規(guī)定時間內(nèi)，在規(guī)定條件下，完成規(guī)定功能的能力，描述了質(zhì)量在時間尺度上的演變規(guī)律。截齒系統(tǒng)作為懸臂式掘進機的破巖機構(gòu)，與煤巖直接接觸，工況極其惡劣且復雜多變，長期處于高應(yīng)力、強沖擊狀態(tài)，承受著復雜交變的沖擊載荷，極易失效。在截割過程中，截齒系統(tǒng)隨截割電機旋轉(zhuǎn)，在極強的推力作用下截割煤巖，截齒與煤巖產(chǎn)生劇烈的碰撞和摩擦，溫度迅速上升，載荷迅速增大，磨損迅速加劇，消耗量巨大。在掘進機運行過程中，由截齒系統(tǒng)失效而導致的停機時間占總運行時間的20％，造成的經(jīng)濟損失占總經(jīng)濟損失的30％。由此可見，截齒系統(tǒng)可靠性對掘進機安全高效經(jīng)濟運行起著舉足輕重的作用。

2、目前針對截齒系統(tǒng)可靠性的研究雖然對截齒退化過程和沖擊強度之間的相關(guān)性進行了廣泛研究，而矸石和斷層作為最常見的載荷沖擊，其引起的隨機載荷持續(xù)沖擊下的截齒退化和硬失效閾值變化沒有考慮。因此，有必要構(gòu)建一種能夠同時考慮持續(xù)沖擊、變速率加速退化和硬失效閾值變化對截齒失效影響的技術(shù)方案，以應(yīng)對截齒系統(tǒng)在復雜工況下的運行可靠性問題。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了解決上述技術(shù)問題或者至少部分地解決上述技術(shù)問題，本公開提供了一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法。

2、根據(jù)第一方面，一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于，所述方法包括：

3、s1：定義截齒的競爭失效模式，競爭失效模式為磨損退化導致的軟失效和隨機載荷沖擊導致的硬失效之間的相互競爭；

4、s2：構(gòu)建競爭失效模式下截齒的沖擊退化模型，包括對截齒的自然磨損退化、隨機載荷沖擊以及隨機載荷沖擊下的退化進行建模；

5、s3：在退化建模的基礎(chǔ)上，構(gòu)建競爭失效模式下截齒的可靠性模型，并對構(gòu)建好的可靠性模型內(nèi)各參數(shù)進行靈敏性分析，所述參數(shù)包括但不限于對應(yīng)于截齒磨損客觀屬性的形狀參數(shù)和尺度參數(shù)、對應(yīng)于矸石在煤層分布的分布參數(shù)、對應(yīng)于截齒與矸石和斷層相互關(guān)系的第一線性關(guān)系常數(shù)和指數(shù)關(guān)系常數(shù)以及對應(yīng)于硬失效閾值下降速率的第二線性關(guān)系常數(shù)。

6、優(yōu)選的，步驟s2中，對截齒的自然磨損退化建模，包括定義自然退化率的概率密度函數(shù)。

7、優(yōu)選的，步驟s2中，對截齒的隨機載荷沖擊建模，包括定義單位時間內(nèi)的沖擊到達次數(shù)的概率密度函數(shù)，沖擊的幅值的概率密度函數(shù)以及沖擊的持續(xù)時間的概率密度函數(shù)。

8、優(yōu)選的，步驟s2中，對截齒在隨機載荷沖擊下的退化進行建模，包括以下步驟：

9、獲取沖擊過程中待測截齒的自然磨損退化量、瞬時退化量、加速退化量以及退化影響下的硬失效閾值；

10、基于所述自然磨損退化量、瞬時退化量、加速退化量以及退化影響下的硬失效閾值，定義自然磨損退化量的概率密度函數(shù)、瞬時退化量的概率密度函數(shù)加速退化量的概率密度函數(shù)以及截齒總退化量和截齒高度的概率密度函數(shù)。

11、優(yōu)選的，基于所述自然磨損退化量、瞬時退化量、加速退化量獲取磨損總退化量，基于磨損總退化量和截齒初始硬失效閾值獲取截齒硬失效閾值，基于磨損總退化量和截齒初始高度獲取截齒高度。

12、優(yōu)選的，所述硬失效閾值與磨損總退化量成逆相關(guān)，所述硬失效閾值為：

13、

14、其中，vh(t)為硬失效閾值，x(t)為截齒磨損的總退化量，ρ為第二線性關(guān)系常數(shù)。

15、優(yōu)選的，硬失效下的截齒可靠性建模包括：

16、計算沖擊幅值和硬失效閾值之間的差值，并獲取沖擊幅值和硬失效閾值的差值的概率密度函數(shù)；

17、基于上述概率密度函數(shù)得到硬失效下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)；

18、所述可靠度函數(shù)為：

19、

20、式中，n(t)表示t時刻之前沖擊到達的次數(shù)m，為沖擊幅值和硬失效閾值之間差值的概率密度函數(shù)。

21、優(yōu)選的，軟失效下的截齒可靠性建模包括：

22、判斷待測截齒是否受到隨機沖擊，當沒有受到隨機沖擊時，獲取待測截齒自然退化下的高度變化量，基于所述自然退化下的高度變化量對應(yīng)的高度變化概率密度函數(shù)構(gòu)建第一軟失效可靠性函數(shù)；

23、當受到隨機沖擊，且隨機沖擊次數(shù)達到預設(shè)次數(shù)時，獲取待測截齒在自然退化、受到?jīng)_擊的瞬時退化以及變速率退化下的高度變化量，并根據(jù)該高度變化量對應(yīng)的高度變化概率密度函數(shù)構(gòu)建第二軟失效可靠性函數(shù)。

24、優(yōu)選的，硬失效下的截齒可靠性建模包括：

25、獲取沖擊幅值和硬失效閾值的差值的概率密度函數(shù)；

26、基于上述概率密度函數(shù)得到硬失效下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)。

27、優(yōu)選的，基于兩種軟失效情況下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)以及硬失效下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)，獲取截齒競爭失效的可靠度函數(shù)。

28、優(yōu)選的，對構(gòu)建好的可靠性模型內(nèi)各參數(shù)進行靈敏性分析，具體包括：

29、獲取可靠性模型的參數(shù)數(shù)據(jù)，將參數(shù)數(shù)據(jù)所包含的各參數(shù)數(shù)值分別進行數(shù)值調(diào)低操作，直至調(diào)整至對應(yīng)參數(shù)的預設(shè)最低值，保存數(shù)值調(diào)低操作過程中可靠性模型對應(yīng)的可靠度變化情況，根據(jù)可靠度變化情況進行靈敏性分析。

30、本公開實施例提供的技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比具有如下優(yōu)點：

31、本發(fā)明在截齒可靠性建模中考慮了隨機載荷沖擊的影響，將煤巖視為正常工作載荷，矸石和斷層視為隨機沖擊載荷，將截齒建模為由磨損退化導致的軟失效和隨機載荷沖擊導致的硬失效相互競爭的競爭失效系統(tǒng)。綜合考慮了沖擊持續(xù)時間、變速率加速退化以及硬失效閾值變化對截齒失效的影響，構(gòu)建了隨機載荷沖擊下截齒競爭失效可靠性模型，并對構(gòu)建好的可靠性模型內(nèi)各參數(shù)進行靈敏性分析，從而準確評估截齒可靠性，精準指出設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，為截齒設(shè)計優(yōu)化和可靠性改進提供了有效的指導意見，同時為截齒系統(tǒng)可靠性評估，維修和備件管理提供了理論基礎(chǔ)和科學依據(jù)。

技術(shù)特征：

1.一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：步驟s2中，對截齒的自然磨損退化建模，包括定義自然退化率的概率密度函數(shù)。

3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：步驟s2中，對截齒的隨機載荷沖擊建模，包括定義單位時間內(nèi)的沖擊到達次數(shù)的概率密度函數(shù)，沖擊的幅值的概率密度函數(shù)以及沖擊的持續(xù)時間的概率密度函數(shù)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：步驟s2中，對截齒在隨機載荷沖擊下的退化進行建模，包括以下步驟：

5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：

6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：

7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：硬失效下的截齒可靠性建模包括：

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：軟失效下的截齒可靠性建模包括：

9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：基于兩種軟失效情況下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)以及硬失效下的截齒可靠性模型的可靠度函數(shù)，獲取截齒競爭失效的可靠度函數(shù)。

10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，其特征在于：對構(gòu)建好的可靠性模型內(nèi)各參數(shù)進行靈敏性分析，具體包括：

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明提供一種隨機載荷沖擊下截齒可靠性分析方法，將煤巖視為正常工作載荷，矸石和斷層視為隨機沖擊載荷，將截齒建模為由磨損退化導致的軟失效和隨機載荷沖擊導致的硬失效相互競爭的競爭失效系統(tǒng)。同時綜合考慮了沖擊持續(xù)時間、變速率加速退化以及硬失效閾值變化對截齒失效的影響，構(gòu)建了隨機載荷沖擊下截齒競爭失效可靠性模型，并對構(gòu)建好的可靠性模型內(nèi)各參數(shù)進行靈敏性分析，從而更加準確的評估截齒可靠性，精準指出設(shè)計薄弱環(huán)節(jié)，為截齒設(shè)計優(yōu)化和可靠性改進提供了有效的指導意見，同時為截齒系統(tǒng)可靠性評估，維修和備件管理提供了理論基礎(chǔ)和科學依據(jù)。

技術(shù)研發(fā)人員：秦彥凱,權(quán)鈺云,梁好,趙鵬程,尚超,范三程,范柄堯,龐新宇,葛秦龍,高瑞文,桑朋德,劉國鵬,王建斌,曹興,張永飛
受保護的技術(shù)使用者：山西天地煤機裝備有限公司
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/1/6