电牵引采煤机牵引部可靠性分析.pdf

第44卷 第4期 2018年4月 工 矿 自 动 化 Industry and Mine Automation Vol. 44 No. 4 Apr 2018 文章编号671-251X201804-0051-06 DOI 10. 13272/j. issn. 1671-251x. 17306 电 牵 引t煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 〇红兵 天地科技股份有限公司上海分公司， 上 海 200030 摘要 针对传统采煤机牵引部可靠性分析采用人工方式而难以及时发现故障隐患的问题， 提出了 一种基 于故障树分析和模糊逻辑理论的电牵引采煤机牵引部可靠性分析方法。首先建立电牵引采煤机牵引部不牵 引故障树， 对故障树中基本事件的故障程度进行等级划分； 然后采用模糊综合评判方法计算每个基本事件隶 属于相应故障等级的隶属度， 得出牵引部在各工作阶段的故障形式及故障率， 从而实现对电牵引采煤机牵引 部的可靠性分析和健康管理。 关键词 煤炭开采；电牵引采煤机；牵引部； 不牵引故障； 可靠性分析； 故障树； 基本事件； 模糊逻辑理论 中图分类号TD632 文献标志码A 网络出版时间018-03-15 144 网络出版地址Gttp //kns. cnki. net/kcms/detail/32. 1627. TP. 20180314. 1653. 002. html Reliability analysis of traction unit of electrical haulage shearer GE Hongbing Shanghai Branch, Tiandi Science 修 回 日 期 2018-03-08;责 任 编 辑 李 明 。 基 金 项 目 中 国 煤 炭 科 工 集 团 科 研 基 金 资 助 项 目 （2017QN004。 作 者 筒 介葛 红 兵 （1966 ），男，江 苏 泰 州 人，高 级 工 程 师，主 要 从 事 煤 矿 采 掘 机 械 管 理 与 研 发 工 作 ，E-mail kghbl 126. com。 引 用 格 式葛 红 兵 . 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 工 矿 自 动 化，2018,444 1-56. GE Hongbing. Reliability analysis of traction unit of electrical haulage shearer[J]. Industry and Mine Automation, 2018 44 4 51-56. 4 ]吴 炯 ， 吴 也 强 ， 王 伟 斌 . 高 压 塑 料 电 力 电 缆 半 导 电 层 界吴 炯 ， 吴 也 强 ， 王 伟 斌 . 高 压 塑 料 电 力 电 缆 半 导 电 层 界 面 现 象 的 研 究 电 工 技 术 学 报 ，面 现 象 的 研 究 电 工 技 术 学 报 ，1989,411-35. WU Jiong，， WU Yeqiang，， WANG Weibin. A research of boundary phenomenon in semiconducting layer of high voltage plastic power cable [ J ]. Transactions of China Electrotechnical Society 19894131-35. 5 ]吴 炯 ， 吴 南 屏 ， 谢 大 荣 ， 等 . 高 压 塑 料 电 力 电 缆 绝 缘 屏吴 炯 ， 吴 南 屏 ， 谢 大 荣 ， 等 . 高 压 塑 料 电 力 电 缆 绝 缘 屏 蔽 半 导 电 涂 层 的 研 究蔽 半 导 电 涂 层 的 研 究[ J ] .西 安 交 通 大 学 学 报 ，西 安 交 通 大 学 学 报 ， 19792 0-103. WU JiongWU NanpingX IE Darong7Study on insulating shielded semi-conductive coating of high voltage plastic power cable [J ]. Journal of Xi’an Jiaotong University,19792 90-103. [16] NO H ， BLACKBURN T R ， PHUNG B T ， et al. 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Key words coal mining; electrical haulage shearer; traction unit; non-traction fault; reliability analysis; fault tree; basic event; fuzzy logic theory 〇 引言〇 引言 电 牵 引 采 煤 机 是 煤 矿 井 下 综 采 工 作 面 最 重 要 的电 牵 引 采 煤 机 是 煤 矿 井 下 综 采 工 作 面 最 重 要 的 开 采 设 备 ， 其 牵 引 部 主 要 承 担 牵 引 和 行 走 任 务 [1]， 是开 采 设 备 ， 其 牵 引 部 主 要 承 担 牵 引 和 行 走 任 务 [1]， 是 电 牵 引 采 煤 机 的 主 要 部 件 之 一 。 电 牵 引 采 煤 机 在 运电 牵 引 采 煤 机 的 主 要 部 件 之 一 。 电 牵 引 采 煤 机 在 运 行 过 程 中 会 受 到 煤 层 厚 度 、 倾 角 、 硬 度 、 夹 矸 等 地 质行 过 程 中 会 受 到 煤 层 厚 度 、 倾 角 、 硬 度 、 夹 矸 等 地 质 条 件 影 响 ， 导 致 采 煤 机 牵 引 部 长 期 处 于 受 力 复 杂 的条 件 影 响 ， 导 致 采 煤 机 牵 引 部 长 期 处 于 受 力 复 杂 的 恶 劣 工 作 环 境 中 ， 极 易 产 生 故 障 [24]。 采 煤 机 牵 引 部恶 劣 工 作 环 境 中 ， 极 易 产 生 故 障 [24]。 采 煤 机 牵 引 部 故 障 查 找 和 现 场 维 修 难 度 大 、 维 修 周 期 长 ， 严 重 制 约故 障 查 找 和 现 场 维 修 难 度 大 、 维 修 周 期 长 ， 严 重 制 约 现 代 化 采 煤 工 作 面 的 生 产 效 率 。 建 立 电 牵 引 采 煤 机现 代 化 采 煤 工 作 面 的 生 产 效 率 。 建 立 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 的 动 态 故 障 树 ， 对 牵 引 部 进 行 可 靠 性 分 析 ， 对牵 引 部 的 动 态 故 障 树 ， 对 牵 引 部 进 行 可 靠 性 分 析 ， 对 促 进 煤 矿 安 全 、 可 靠 生 产 具 有 重 大 意 义 [5]。促 进 煤 矿 安 全 、 可 靠 生 产 具 有 重 大 意 义 [5]。 传 统 的 采 煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 一 般 通 过 维 修传 统 的 采 煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 一 般 通 过 维 修 人 员 定 期 检 测 来 进 行 。 受 限 于 维 修 人 员 的 专 业 知 识人 员 定 期 检 测 来 进 行 。 受 限 于 维 修 人 员 的 专 业 知 识 和 维 修 经 验 ， 很 难 及 时 发 现 故 障 隐 患 ， 往 往 错 失 设 备和 维 修 经 验 ， 很 难 及 时 发 现 故 障 隐 患 ， 往 往 错 失 设 备 最 佳 维 护 时 机 ， 造 成 巨 大 的 经 济 损 失 [7]。 通 过 对 电最 佳 维 护 时 机 ， 造 成 巨 大 的 经 济 损 失 [7]。 通 过 对 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 故 障 模 式 进 行 系 统 分 析 ， 总 结 牵牵 引 采 煤 机 牵 引 部 故 障 模 式 进 行 系 统 分 析 ， 总 结 牵 引 部 在 工 作 过 程 中 极 易 出 现 故 障 的 时 间 段 和 故 障 形引 部 在 工 作 过 程 中 极 易 出 现 故 障 的 时 间 段 和 故 障 形 式 ， 并 及 时 采 取 相 应 措 施 ， 可 大 幅 提 高 采 煤 机 的 工 作式 ， 并 及 时 采 取 相 应 措 施 ， 可 大 幅 提 高 采 煤 机 的 工 作 效 率 。 因 此 ， 本 文 在 充 分 考 虑 现 有 电 牵 引 采 煤 机 牵效 率 。 因 此 ， 本 文 在 充 分 考 虑 现 有 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 方 法 缺 点 的 基 础 上 ， 采 用 故 障 树 分引 部 可 靠 性 分 析 方 法 缺 点 的 基 础 上 ， 采 用 故 障 树 分 析 和 模 糊 逻 辑 理 论 ， 对 采 煤 机 牵 引 部 在 不 同 工 作 阶析 和 模 糊 逻 辑 理 论 ， 对 采 煤 机 牵 引 部 在 不 同 工 作 阶 段 的 故 障 率 和 故 障 原 因 进 行 了 分 析 计 算 ， 实 现 了 对段 的 故 障 率 和 故 障 原 因 进 行 了 分 析 计 算 ， 实 现 了 对 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 的 可 靠 性 分 析 。电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 的 可 靠 性 分 析 。 1模糊逻辑理论1模糊逻辑理论 传 统 的 状 态 评 判 方 法 只 能 将 系 统 的 状 态 描 述 为传 统 的 状 态 评 判 方 法 只 能 将 系 统 的 状 态 描 述 为 正 常 和 故 障正 常 和 故 障2种 状 态 。 在 实 际 工 程 应 用 中 ， 许 多 影种 状 态 。 在 实 际 工 程 应 用 中 ， 许 多 影 响 采 煤 机 牵 引 部 故 障 程 度 的 基 本 事 件 的 故 障 状 态 是响 采 煤 机 牵 引 部 故 障 程 度 的 基 本 事 件 的 故 障 状 态 是 逐 渐 形 成 的 ， 具 有 模 糊 性 [ ] 。逐 渐 形 成 的 ， 具 有 模 糊 性 [ ] 。 通 常 采 用 模 糊 隶 属 函 数 来 描 述 事 件 发 生 概 率 的通 常 采 用 模 糊 隶 属 函 数 来 描 述 事 件 发 生 概 率 的 模 糊 性 〜模 糊 性 〜10]。 模 糊 隶 属 函 数 可 以 描 述 模 糊 集 包 含 的。 模 糊 隶 属 函 数 可 以 描 述 模 糊 集 包 含 的 所 有 内 容 ， 采 用 一 个 介 于所 有 内 容 ， 采 用 一 个 介 于0和和1之 间 的 数 来 反 映 元之 间 的 数 来 反 映 元 素 从 属 于 模 糊 集 合 的 程 度 。 对 于 论 域素 从 属 于 模 糊 集 合 的 程 度 。 对 于 论 域M上 的 模 糊上 的 模 糊 集 合集 合N，指 定 一 个 从指 定 一 个 从M到到[0，1]的 映 射 ， 映 射 函 数的 映 射 ， 映 射 函 数 “ “ r r为 基 本 事 件 ）即 为为 基 本 事 件 ）即 为N的 模 糊 隶 属 函 数 ，的 模 糊 隶 属 函 数 ，0 2 “r2 1。。 2电牵引采煤机牵引部不牵引故障分析2电牵引采煤机牵引部不牵引故障分析 根 据 电 牵 引 采 煤 机 现 场 使 用 情 况 ， 不 牵 引 、 牵 引根 据 电 牵 引 采 煤 机 现 场 使 用 情 况 ， 不 牵 引 、 牵 引 部 异 响 、 牵 引 部 过 热 是 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 潜 在 的部 异 响 、 牵 引 部 过 热 是 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 潜 在 的 重 大 故 障 ， 直 接 影 响 采 煤 机 牵 引 效 率 ， 甚 至 降 低 其 安重 大 故 障 ， 直 接 影 响 采 煤 机 牵 引 效 率 ， 甚 至 降 低 其 安 [11*。[11*。 以以 煤煤 为为 件 ，件 ， 建建 立 其 故 障 树 ， 并 对 基 本 事 件 进 行 权 重 、 隶 属 度 及 评 判立 其 故 障 树 ， 并 对 基 本 事 件 进 行 权 重 、 隶 属 度 及 评 判 结 果 分 析 [12]。结 果 分 析 [12]。 2.1 不牵引故障树建模 电 牵 引 采 煤 机 的 牵 引 效 率 主 要 与 牵 引 减 速 箱 的电 牵 引 采 煤 机 的 牵 引 效 率 主 要 与 牵 引 减 速 箱 的 动 力 输 人 和 输 出 有 关 ， 不 牵 引 故 障 原 因 见 表动 力 输 人 和 输 出 有 关 ， 不 牵 引 故 障 原 因 见 表1。。 表表1电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 不 牵 引 故 障 原 因电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 不 牵 引 故 障 原 因 Table 1 Causes of non-traction fault of traction unit of electrical haulage shearer 故障原因故障内容故障模式 机械传动转 配 不 良 ， 轴 承 卡 死 ， 齿 轮 卡 死 ，传 动 效 率 降 低 ， 不 系统因素轴 弯 曲 变 形 ， 花键磨损牵引 电气因素电 控 系 统 故 障 ， 控制线路损坏牵引电动机停转 人为因素管 理 水 平 低 ， 操作不当 效率降 结 合 牵 引 部 现 场 使 用 数 据 ， 采 用 静 逻 辑 门 中 的结 合 牵 引 部 现 场 使 用 数 据 ， 采 用 静 逻 辑 门 中 的 与与 ，， 可 建 立可 建 立 煤煤 障 树 模 型 ， 如 图障 树 模 型 ， 如 图1所 示 ， 其 中所 示 ， 其 中其 他 事 件 的 故 障 状 态 是其 他 事 件 的 故 障 状 态 是 逐 渐 形 成 的 如 卩 花 键 磨 损 、 齿 轮 断 裂 等 。 瞬 间 形 成 的逐 渐 形 成 的 如 卩 花 键 磨 损 、 齿 轮 断 裂 等 。 瞬 间 形 成 的 故 障 有故 障 有2种 状 态种 状 态无 故 障 、 失 效 。 采 用 专 家 评 分 法 得无 故 障 、 失 效 。 采 用 专 家 评 分 法 得 到到2种 故 障 状 态 评 判 等 级 的 临 界 值 ， 分 别 为种 故 障 状 态 评 判 等 级 的 临 界 值 ， 分 别 为0， 1。。 则 该 类 故 障 的 评 判 集 为 ％则 该 类 故 障 的 评 判 集 为 ％ {无 故 障 ， 失 效无 故 障 ， 失 效} {0， 1} 。 逐 渐 形 成 的 故 障 存 在} 。 逐 渐 形 成 的 故 障 存 在4种 状 态种 状 态无 故 障 、 轻 微 故无 故 障 、 轻 微 故 障 、 严 重 故 障 、 失 效 。 采 用 专 家 评 分 法 得 到 上 述障 、 严 重 故 障 、 失 效 。 采 用 专 家 评 分 法 得 到 上 述4种种 2 0 1 8 年 第 期葛 红 兵 电 牵 引 采 煤 机 牵 引 部 可 靠 性 分 析 53 判判 1 图图1电 牵 引 米 煤 机 牵 引 部 不 牵 引 故 障 树 模 型电 牵 引 米 煤 机 牵 引 部 不 牵 引 故 障 树 模 型 Fig. 1 Non-traction fault tree model of traction unit of electrical haulage shearer 表表2不 牵 引 故 障 树 基 本 事 件 的 权 重 集不 牵 引 故 障 树 基 本 事 件 的 权 重 集 Table 2 Weight set of basic events in non-traction fault tree 权重集向量权重集向量值值权重集向量权重集向量值值 A1[0.3350. 0840. 1450.436*Ai8[0.0050. 1150. 3480.532* 2[0.3580.0050. 3580. 137*A19[0.0050.0050. 9850.005* A3[0.4140.0050. 5760.005*A20[0.0050.9850. 0050.005* 山山[0.3350.0840. 1450.436*A21[0.0050.0050. 9850.005* As[0.1250.3240. 5460.005*A22[0.0050.0050. 9850.005* A[0.3350. 0120. 3790. 274*A23 [0.0050.0050. 9850.005* A；；[0.0050.0050. 9850.005*A24[0.0050. 1640. 164 0. 667* A8[0.0050.0050. 9850.005*A25[0.3350. 0120. 3790. 274* A9[0.0050.0050. 9850.005*A26[0.3350.0840. 1450.436* A10[0.2050.4850. 3050.005*A27[0.3350.0840. 1450.436* A11[0.2760.0050. 7140.005*A28[0.2760.0050. 7140.005* A12[0.2760.0050. 7140.005*A29[0.0050.0050. 9850.005* A13[0.2760.0050. 7140.005*A30[0.0050.0050. 9850.005* A14[0.2760.0050. 7140.005*A31[0.0050. 1150. 3480.532* A1S[0.0050. 1150. 3480.532*A32[0.0050. 1150. 3480.532* A16[0.2760.0050. 5140.205*A33[0.0050. 1150. 3480.532* A17[0.0050. 1150. 3480.532*A34[0.0050.1150.3480.532 * 故 障 状 态 评 判 等 级 的 临 界 值故 障 状 态 评 判 等 级 的 临 界 值，分 别 为分 别 为0,0. 3,0. 7， 1。。 则该 类 故 障 的 评 判 集 为 ％该 类 故 障 的 评 判 集 为 ％ {无 故 障 ， 轻 微 故 障 ， 严无 故 障 ， 轻 微 故 障 ， 严 重 故 障 ， 失 效重 故 障 ， 失 效} {0,0.3,0.7， 1} 。} 。 结 合 基 本 事 件 的 相 对 概 率 重 要 度 及 工 程 实 践 经结 合 基 本 事 件 的 相 对 概 率 重 要 度 及 工 程 实 践 经 验 ， 可 建 立 评 判 因 素 对 评 判 等 级 的 模 糊 关 系 矩 阵 ， 见验 ， 可 建 立 评 判 因 素 对 评 判 等 级 的 模 糊 关 系 矩 阵 ， 见 表表3,其 中 私 一 凡其 中 私 一 凡4为 不 牵 引 故 障 树 基 本 事 件 的 模 糊为 不 牵 引 故 障 树 基 本 事 件 的 模 糊 关 系 矩 阵 ， 分 别 对 应关 系 矩 阵 ， 分 别 对 应E1 E34 。4 。 由 基 本 事 件 影 响 因 素 的 权 重 集 向 量由 基 本 事 件 影 响 因 素 的 权 重 集 向 量A和 诉和 诉 矩 阵 只 ， 可 通 过 模 糊 关 系 变 换 得 到 等 级 评 判 矩 阵矩 阵 只 ， 可 通 过 模 糊 关 系 变 换 得 到 等 级 评 判 矩 阵 “ 2 / am *77 ,[“1“2 L11厂厂12 L150.25 10 0.460.190.340.01 26 270. 660.340. 33 0. 270.390.01 0.010. 99_0.220.560.210. 01_ 〇〇 010.830.010. 15 11 12 0.020.480.020. 48“ 0. 150.010.150.690.540.050.360.05 2 0. 340.020.360.28 1314 0. 38 0.050.520.05 28 [0. 440.010.430. 120.230.050. 67 0. 05 0.010.490.010. 4915 17 0.850.050.050. 05“ 0. 63 0.010.350.01 18 31 0.050. 570.260.12 3 0. 440.010.540.0132 33 0. 050.310.440.20 _0. 230.010.;50. 01 340.050.140.32 0. 49_ 0.010.010.010. 970.050.850.050. 05“ 0. 490.340.150.010.260.050.430.26 5 0. 280.420.280.01 16 0. 310.050.520.12 0.230.360.400. 010.210.050.610. 13_ 0.030.810.030. 120.330.010.330. 33“ 0.150. 270.150.430.050.850.050.05 6 25 0. 330.120.380.16 20 0. 050.850.050.05 0.390.050.420. 140.050.850.050. 05 789 0.330.330.010. 330.970.010.010.01“ 1921 0.050.050.850.05 24 0.050.420.420.11 22 23 0. 050.050.850.050. 050.260.230.46 29 300.050.050.85 0. 050.050.180.180. 59 式中式中■为 基 本 事 件 数为 基 本 事 件 数C8C9 0.83360.40000.49580.83360. 376 10.43420.65890.65890.6589 P10C11C12C13CuC15C16C1;C18 0. 457 40.48660.40000.49580. 376 10.43420.65890.65890.6589 Pi 9C20C21C22C23C24C25C26C2; 0. 457 40.48660.40000.49580. 376 10.43420.65890.83360.8336 C28C29C30C31C32C33C34 0.65890.65890. 457 40.48660.65890.65890. 457 4 56 工 矿 自 动 化2 0 1 8 年 第 4 4 卷 状态逐渐趋于稳定， 故障率保持基本稳定。但是采 煤机在工作期间， 会存在零部件之间的磨损和老化， 以及许多人为操作失误， 导致采煤机发生故障。随 着工作时间的增加， 采煤机整机故障逐渐增多， 甚至 引起报废， 主要原因是零部件的疲劳磨损及老化。 因此， 在采煤机工作期间， 对其故障的预防研究十分 必要。 4结语4结语 根据电牵引采煤机的可靠性工作要求， 针对采 煤机牵引部3 类重大故障之一的不牵引故障建立了 故障树， 并对故障树中基本事件的故障程度进行了 等级划分， 运用模糊综合评判方法对每个基本事件 的故障等级进行了评判， 计算出每个基本事件隶属 于相应故障等级的隶属度， 得出电牵引采煤机各阶 段的故障原因和相应的故障率， 实现了对电牵引采 煤机牵引部的可靠性分析和健康管理。 参 考 文 献 （参 考 文 献 （References 1 *李 建 国李 建 国.采 煤 机 牵 引 部 设 计采 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