煤矿地面运输系统的可靠性分析及优化.pdf

l 9 9 9年 第 4期 煤矿机械 7 煤矿 ／ 厂 2 7 l 0 I 9 山 东 矿 业 学 院 朱 启 建 孙 凤 花 L 一 志 安 ’ 摘要时煤矿地 面运输 系统进行 了可 靠性 分析与计 算， 针对 两种优化 模型求 得 了系统最优有效度分配的解析解 。 关 键 词地 面 运 输 系统可 靠 性优 化 ～ ／一 一 1 前 言 在 综 合 机 械 化 矿 井 基 本 生 产 系 统 中 ， 地 面 运 输 系 统 是 煤 流 的最 后 环 节 ， 它 与 工 作 面 系统 、 井 下 运输 系统 、 提 升 系统 等 在 功 能 上 为 串 联 关 系 ， 因 此 ， 地 面运 输 系 统 可 靠 性 对 整 个 生 产 系 统 可 靠 性 具 有 重 要 影 响 。研 究 如 何 提 高地 面 运 输 系 统 的 可 靠 性 具 有 重 要 意 义 2 系 统 组 成 以 兖 州 矿 务 局 某 煤 矿 地 面 运 输 系 统 为 倒 ， 系 统 工 艺 流 程如 图 l所 示 。 系 统 功 能 图如 图 2所 示 。 图 l 地 面运 输 系统 工艺 癍程 3 系统 可 靠 性 分 析 蝴 盛蠼 - _ f 霆 矗盈H 图 2系统 功能 瞬 联 部 分 均 为 两 套 相 同设 备 ． 可 看 作 两 个 等 效 单 元 ， 记 作 单 元 2 、 4 见 图 2 整 个 系 统 由 7 个 单 元 串联 组 成 。 系统 可靠 性 参 数 求 解 如 下 。 由于 为 串联 系 统 ， 则 于 系 统 有 效 度 A I 1A． 其 中 ， 等 效单 元 2为两 台设 备并 联 ， 设 系统有 一 组 修 理 工 ， 则 式 中 设 备 的失 效 率 设备 的修复率 等 效 单 元 4为 两 套 串联 设 备 相 井 联 ， 按 可 靠 性 串 、 并联 理 论 ， 单元 4有 效 度 A41一 1一 A。 式 中 串联 设 备 的 有 效 度 A 1十∑／ 经统计 与计算 ． 得 到该 系统 可靠 性数 据 如 附 表所 示 。 从功能上看 ， 系统 为串并联混合系统 ． 并 d 可 靠性 的优化 谋龇宙q 肇盒斑锄砸} j o 合理 的地 面 运 输 系统 是 保 证 矿井 生产 能 维普资讯 Z 煤矿机械 1 9 9 9年 第 4期 力 和 煤 矿 经 挤 的 一个 重 要 方 面 ， 是 提 高 煤 矿 产量 的 潜力 保证 对 于 这 样 一个 复 杂 的 系 统 ， 如 何确 定系统 的最优有效度 ， 如何 台理分 配 各 单 元 的 有 效 度 才 能 保 证 在 系统 总有 效 度 要 求 条件 下使 费用 消耗为 最少 ， 或在～定 的投 资 约 束 下 ， 如 何 协 调 各 单 元 的 有 效 度 以 使 整 个 系 统 的 总 有 效 度 为最 大 ， 为 此 ， 本 文建 立 了 系 统有 效度最优 分配 的两 种 优化模型 ， 并进 行 了解 析 求 解 。 地面 i 香 输 蕞统可 ●性计 算 结果 4 ． 1损 失期 望与可 靠性的关 系 若 以 Q 及 Q 分别表示 串联 系坑及 各单 元 的 最 大 生 产 能 力 ， g及 分 别 表 示 系 统 及 子 系 统 的生 产 能力 ， 则 Q rai n{ Ql ， Q2 ， ⋯ ， Q7 } q mi n{ q l ， q ”⋯ ， q q ． Q A． i 1 ， 2， ⋯ ， 7 若 以 c 表示故 障损失煤 炭单价 ， 则由于 系统 故障造成 生产停顿折合成的损失期望值 为 C q CP 单位时 问内故障维修 所需 费用 C 1一 H C ． 式 中 c 故 障时问内单 位时 间的 维修 费 用 ， C C C‘ cn ． 故 障时 同内单位 时间的材料 消耗 故障时间 内单位时 问的维修 工 工 资 4 ． 2优 化 模 型 I 根据 整个 系统 的当前投资和 长远经济效 益挟定 出其总 可靠 度 o ， 在保证系统 总有效 度 。 要求 的条件 下 ， 使系统 的故 障损失期望 之 和 为最小的有效 度分配模 型是求有效度 向 量 A ． ， A ， ⋯ ， A ， 使 系统 的故 障损 失 期 望 之 和 f A 三[ 。 ] 一 rai n ⋯ 满 足 nA．一 A。 此 时 有 效 度 最 优 分 配 问题 变 为求 条 件 极 值 问 题 ， 用 L a g r a n g e乘子法 求解 。 构造 L a g r a n g e 函数 f I ． ， 一 三[ c ． c ． ] ， A A 一nA， ● ● 由前 面各 式 ， 可 得 7 ， ， 一 三[ Q 。 A ， 一q C 1一 ⋯ 7 A。 cb] A A 一 I I A 。 求 偏 导 ， a pA C, Q 一 c 一 。 ／ ． 0 】 。 ， ／ a 一 A oI IA。 0 解得 ， 一 ， 厂■■ 一 一 故 A i“ √ 。 c Q r c ／ c Q 一 C“ 4 ． 3优 化模 型 I 在系 统 损 失 期 望 之 和 Co 限 额 下 ， 使 系统 的 有 效 度 为最 大 优 化 模 型 为 求 有 效 度 向 量 A AI ， A ， ⋯ ， A7 ， 使系统有效度 A I IA m a x 维普资讯 1 9 9 9年 第 4期 煤矿机槭 ‘3‘ 支架结构件铰疆处昀耳座设计结构分析 选择较好 的耳 座设计结构 ， 不仅 虎改善销 轴受 力状 况， 而且 虎简化制造 工艺。 ． 矩词竺 发架 广 一 ， 7一弧 、 ， 秦 1墓 晷 辔 目前，支架结构件问饺接处的设计结构 凸1廿L_J一上 瞄 日h 主要有如图 所示两种型式图中，实线部分 |j 崩 日 为耳座，双点划线部分为支承座，各板件上 II l I l I 平 l l 的销轴孔径D相同。从联接销轴受力来看， 1 有 认 为 圈 l b 的 结 构 对 销 轴 强 度 有 利 ， 理 由是 中问 板件 上 的 孔 与销 轴 接 触 ， 分担 了 两 侧边 筋 板 对 销轴 的作 用 力 。 为 此 ， 我 们 就 销 轴 的 受 力情 况 ， 通 过 应 力计 算 对 这 两 种 结 构 进 行 分 析 2销轴的内应 力计 算 销轴上 的载荷 为 P， 假 设载荷 传递 到 支 承座上 成为均布载荷如 图 2 a 所示 ， 到有 闭 1 支 架结 构件间 铰 拄形式 销 轴 剪 应 力 Pr 、 - 二 6 I yI ≤ r 1 销 轴 最 大 弯矩 M ⋯一p L 6 一 ， 2 销 轴 弯 曲应 力 ㈤ 满足 ． ． A ] ≤ 对 上 式 取 对 数 l n A ∑l nA． 一ma x 构 造 L a g r a n g e函数 ， t ， ，暑 n A { c 。 一 ． A f A ] } 求 偏 导 丑 A ， ／ ， 1 ／ A， 一 Q． 一 c 0 A ， ／ C。一 ， [ Qr A r q 1 一 ， ] 0 解 得 ．一 1 ／ Q ， c 一 f “ ] ， 一 ； f ‘ 7 C o三 口 C r t 。 7 C0 叮 C 一 C ． 故 o 参 考 文 献 l 曹 胥华． 程 佩 ．可靠性敷 学引论 ．科学 出越牡 ． j 9 9 0 2 白广忱 壬 光远 一申联 番筑 可靠性 优 化分圈 ．哈尔 蘸工 业大掌 学报 ． 1 9 9 4 ． 【 1 3 蒋 城蚩 ． 新 华矿井 主翟 生产 幕筑可 掌性 分析时 解析 { I l ．中用矿 大学学 报 ． 1 9 9 5 ． 2 作者柚 秆 束启 建． 3 2 ． 讲J _． 工学蕞 士． 1 9 9 3年 毕 生于 | 求矿 学 院矿山 帆 工 程 专业 ． 理从 事堞矿 机 设 计， 汞骁 可 掌性 、 理 代机 硅设 计 睦 ． 垃障 I 奎断寺薯 [ 番堍 等 方 磺 的教学 与研究 工作 - 主持 或 吝加 省都 级项 日 2项 ． 横 向 璜 口多项 ． 曾 获山 东肯科技进 步三荨 奖 - 发 丧 文 1 0杂 篇 ． 收稿 日期 l 1 9 9 8 一 l 2 一 l 8 r 2／ 维普资讯