液压支架可靠性工程平台建设.pdf

分分 类类 号号 密密 级级 太原理工大学 硕 士 学 位 论 文 题 目 英文并列题目 研究生姓名 朱天涛 学 号 2014510007 专 业 机械工程 研 究 方 向 机械可靠性工程 导 师 姓 名 刘混举 职 称 教授 学位授予单位太原理工大学 论文提交日期 2017/4 地 址 山西太原 太 原 理 工 大 学 Construction of Reliability Engineering Plat for Hydraulic Support 液压支架可靠性工程平台建设 万方数据 声 明 本人郑重声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下，独立进 行的研究工作和取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢之外, 论文中不包含其他人或集体己经发表或撰写过的科研成果，对本文的 研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声 明的法律责任由本人承担。 论文作者签名 日期 关于学位论文使用权的说明 本人完全了解太原理工大学有关保留、使用学位论文的规定。① 学校有权保管、并向有关部门送交学位论文的原件与复印件；②学校 可以采用影印、缩印或其它复制手段复制并保存学位论文；③学校可 以允许学位论文被查阅或借阅；④学校可以以学术交流为目的，复制 赠送和交换学位论文；⑤学校可以公布学位论文的全部或部分内容。 保密的学位论文在解密后遵守此规定。 签 名 日期 导师签名 日期 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 I 液压支架可靠性工程平台建设 摘 要 液压支架是综采工作面最重要的设备之一，它起着控制矿山压力，维 护作业空间的作用，其可靠性直接关系着生产效率和人员安全。长期以来， 由于技术和观念上的落后，我国对液压支架的可靠性研究比较缺乏，这在 很大程度上制约了支架制造厂商技术上的进步，也影响了煤矿工作安全高 效进行，因此，有必要从设计、制造、使用、管理等各个方面，全面研究 液压支架可靠性，并将其理论用科学合理的工具和方法应用于制造厂商和 使用单位，从而实现液压支架可靠性的全面提高。 本论文以可靠性工程相关理论为基础，首先对液压支架进行了组成结 构和工作原理的介绍，建立了系统和单元两个层面的可靠性模型，并用 FMECA、FTA 及 FRACAS 三种方法对其进行了可靠性分析；其次，提出以全寿 命周期理论和液压支架寿命状况模糊综合评价来指导支架的可靠性管理， 同时给出了相应的管理措施；最后，采取 Java 语言，结合 MySQL 数据库， 运用多种软件技术，开发了液压支架可靠性工程平台，将可靠性分析与管 理整个体系纳入平台功能中，而且通过反复的测试和调试，实现了平台准 确稳定运行。 液压支架可靠性工程平台的构建，一方面纳入和展现了液压支架可靠 性方面的研究成果，另一方面，也利于相关理论在支架制造企业，使用企 业的应用，保证了液压支架可靠性的不断提升，有着一定的工程意义。 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 II 关键词液压支架，可靠性工程，平台建设 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 III CONSTRUCTION OF RELIABILITY ENGINEERING PLAT FOR HYDRAULIC SUPPORT ABSTRACT Hydraulic support is one of the most important equipment in fully mechanized coal face, which plays an important role in controlling the mine pressure and maintaining the working space. For a long time, due to technical and conceptual backwardness, in our country, there was lack of research on reliability of hydraulic support, which restricted the progress of technology support manufacturers to a great extent, and affected the safety and efficiency of coal mine, therefore, it was necessary to study the reliability of hydraulic support from the aspects of design, manufacture, analysis and management, and then applying the theory to the manufacturer and the use unit with scientific and reasonable tools, so as to improve the reliability of the hydraulic support. This paper is based on the theory of reliability engineering, firstly, the structure and working principle of the hydraulic support ware introduced , the reliability model of two levels was established by system and unit, and the reliability analysis is carried out by FMECA, FTA and FRACAS; Secondly, the whole life cycle theory and the fuzzy comprehensive uation of the life condition of hydraulic support ware used to guide the reliability management of the support, and gave the corresponding management measures; finally, adopt Java language, combined with MySQL database, used a variety of software 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 IV technology, developed the hydraulic support plat of reliability engineering, the reliability analysis and management of the whole system into the plat, and through repeated testing and debugging to achieve accurate and stable operation of the plat. Construction of reliability engineering plat of hydraulic support, on the one hand, showed the research results of the reliability of hydraulic support; on the other hand, was conducive to the theory of manufacturing enterprises in the use of support, enterprise applications, to ensure the reliability of the hydraulic support of continuous improvement, there was a certain industry KEY WORDS hydraulic support, reliability engineering, plat construction 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 V 目录 第一章 绪论 .............................................................................................................................. 1 1.1 选题的背景 ................................................................................................................. 1 1.2 选题的目的和意义 ..................................................................................................... 1 1.3 国内外研究动态 ......................................................................................................... 2 1.3.1 可靠性工程研究动态 ........................................................................................ 2 1.3.2 可靠性软件研究动态 ........................................................................................ 3 1.3.3 液压支架可靠性研究动态 ................................................................................ 4 1.4 主要研究内容 ............................................................................................................. 5 第二章 液压支架可靠性建模与分析 ...................................................................................... 7 2.1 液压支架的结构及组成 ............................................................................................. 7 2.2 可靠性模型构建 ......................................................................................................... 9 2.2.1 系统可靠性建模 ................................................................................................ 9 2.2.2 单元可靠度分布 .............................................................................................. 12 2.3 可靠性分析方法 ....................................................................................................... 16 2.3.1 FMECA 分析 .................................................................................................... 16 2.3.2 FTA 分析 ........................................................................................................... 20 2.3.3 FRACAS 分析 ................................................................................................... 22 2.4 本章小结 ................................................................................................................... 23 第三章 液压支架可靠性管理 ................................................................................................ 25 3.1 机械产品全寿命周期理论 ....................................................................................... 25 3.1.1 液压支架全寿命阶段的划分 .......................................................................... 25 3.1.2 液压支架经济性分析 ...................................................................................... 26 3.1.3 液压支架可靠性分析 ...................................................................................... 26 3.2 液压支架寿命状况模糊综合评价 ........................................................................... 28 3.2.1 评价指标分析 .................................................................................................. 28 3.2.2 指标权重确定 .................................................................................................. 31 3.2.3 模糊综合评价模型构建 .................................................................................. 32 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 VI 3.3 可靠性管理具体措施 ............................................................................................... 34 3.3.1 前期管理 .......................................................................................................... 34 3.3.2 中期管理 .......................................................................................................... 39 3.3.3 后期管理 .......................................................................................................... 41 3.4 本章小结 ................................................................................................................... 42 第四章 液压支架可靠性工程平台开发 ................................................................................ 43 4.1 平台开发环境配置及工具介绍 ............................................................................... 43 4.1.1 JDK 与 JRE 的安装与配置 .............................................................................. 43 4.1.2 Eclipse 安装与配置 .......................................................................................... 44 4.1.3 Tomcat 安装与配置 .......................................................................................... 44 4.1.4 MySQL 数据库的配置..................................................................................... 44 4.2 平台分析 ................................................................................................................... 45 4.2.1 平台可行性分析 .............................................................................................. 45 4.2.2 平台需求分析 .................................................................................................. 46 4.3 平台设计 ................................................................................................................... 47 4.3.1 体系结构设计 .................................................................................................. 47 4.3.2 功能结构设计 .................................................................................................. 48 4.3.3 业务流程设计 .................................................................................................. 49 4.3.4 模块详细设计 .................................................................................................. 50 4.4 数据库设计 ............................................................................................................... 53 4.4.1 数据库分析 ...................................................................................................... 53 4.4.2 数据表设计 ...................................................................................................... 55 4.4.3 数据连接 .......................................................................................................... 55 4.5 本章小结 ................................................................................................................... 56 第五章 液压支架可靠性工程平台实现与测试 .................................................................... 57 5.1 系统功能实现 ........................................................................................................... 57 5.2 可靠性分析功能实现 ............................................................................................... 59 5.2.1 可靠性建模功能 .............................................................................................. 60 5.2.2 FMECA 分析功能 ............................................................................................ 60 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 VII 5.2.3 FTA 分析功能 ................................................................................................... 62 5.2.4 FRACAS 分析功能 ........................................................................................... 65 5.3 可靠性管理功能实现 ............................................................................................... 67 5.3.1 设计可靠性管理功能 ...................................................................................... 67 5.3.2 制造可靠性管理功能 ...................................................................................... 68 5.3.3 安装运行可靠性管理功能 .............................................................................. 69 5.3.4 维护报废可靠性管理功能 .............................................................................. 70 5.4 平台测试 ................................................................................................................... 72 5.4.1 平台界面测试 .................................................................................................. 72 5.4.2 平台功能测试 .................................................................................................. 73 5.4.3 平台性能测试 .................................................................................................. 74 5.4.4 平台调试 .......................................................................................................... 77 5.5 本章小结 ................................................................................................................... 77 第六章 结论与展望 ................................................................................................................ 79 6.1 主要结论 ................................................................................................................... 79 6.2 工作展望 ................................................................................................................... 79 参考文献 .................................................................................................................................. 81 致谢 .......................................................................................................................................... 85 攻读学位期间发表的学术论文与参加科研项目 .................................................................. 87 附录 .......................................................................................................................................... 89 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 VIII 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 1 第一章 绪论 1.1 选题的背景 制造业是国民经济的主体，是立国之本，强国之基。新中国成立以来，我国形成了 门类齐全，独立完整的制造业体系，但是其大而不强，全而不精的特点依然显著。随着 “工业 4.0”以及“中国制造 2025”的提出，我国制造业的转型发展迫在眉睫，其中最 重要的一方面就是提高机械质量与可靠性，建立完善的全寿命周期可靠性管理，减少机 械故障率，提高寿命，达到以质取胜的目的。可靠性工程作为从二战时期逐渐兴起的一 门学科，几十年来，在机械领域有了越来越多的运用，但是，目前来看，国内的机械产 品并没有完全运用可靠性的相关知识，少量注重产品可靠性的单位多存在于军工航天领 域， 在民品的设计制造管理过程中， 如何科学有效地运用可靠性理论， 提高产品竞争力， 是我们面临的一个重大的问题[1]。 中国作为一个富煤贫油的国家，虽然目前随着节能环保的观念普及，雾霾治理的客 观要求， 新能源的利用逐渐提高， 但在未来的一定时间内， 煤炭依旧是国内的主要能源， 合理科学的煤炭开采，清洁环保的煤炭利用，是需要进行研究的重要课题[2]。而随着煤 炭开采工艺的不断发展，机械化程度的不断提高，以后的煤炭开采，将有着安全高效的 全新特点。在此发展过程中，液压支架作为采煤工作面最重要的支护设备，关乎着人员 安全以及生产效率，必须要有高可靠性，才能确保煤炭工作的顺利进行。而我国液压支 架在可靠性方面还未达到国际先进水平，有着服务年限短，故障率高等缺点，制造企业 也没有完善的可靠性信息管理体系，导致设计制造，售后维修等方面存在诸多缺陷，运 用可靠性相关理论，降低液压支架的故障率，提高其产品竞争力，是煤机行业目前应当 进行的研究。 1.2 选题的目的和意义 液压支架是煤矿工作面最重要的设备之一，它维护着作业空间的稳定，保证了工作 人员的人身安全，一旦其发生故障，就将造成严重的经济损失，甚至人员伤亡，历年来， 多次的煤矿事故都与液压支架的可靠性密切相关[3]。 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 2 2012 年 5 月， 霍州煤电集团下属一煤矿， 因支架工的操作问题， 导致支架顶梁下落， 致使一人死亡，多人受伤。 2009 年 7 月，神东公司补连塔煤矿发生因支架问题导致的冒顶事故，影响生产时间 达 39 天，直接经济损失 1000 万元。 如上的例子存在于各大煤矿中，这些液压支架问题，有些是设计制造上的缺陷，有 的是管理维护上的不足，在注重机械可靠性的今天，将可靠性工程纳入液压支架从设计 到报废的全寿命之中，用科学的方法促使支架的可靠性得到提高，对于支架的制造商和 使用单位来说，都有着重要意义。另一方面，随着“互联网”的推进，制造业的信息 化也在逐步提高，将液压之架可靠性的相关分析与管理方法以软件平台的方式开发出 来，可以有效地提高相关理论的利用率，加强“产学研”的转化，也更适用于企业的需 求，符合时代的发展。 因此，开发液压支架可靠性工程平台，将可靠性技术纳入支架的全寿命周期，一是 可以提高液压支架的可靠性，避免因支架问题导致的经济损失和人员伤亡，二是符合企 业信息化的需求，为可靠性理论在液压支架上的实际运用提供保证，这两点是论文的根 本目的和意义。 1.3 国内外研究动态 1.3.1 可靠性工程研究动态 20 世纪 40 年代，二战期间，飞机、电子设备等对战争的意义重大，避免其出现故 障，加强其可靠性，成了当时政府的一项迫切需求，德国的技术人员由此提出了可靠性 工程的相关理论，并将其运用到火箭等军工设备的研究上。 20 世纪 50 年代，美国和苏联作为当时世界上的超级强国也意识到了可靠性理论的 重要性，美国起草了“AGREE”报告，奠定了可靠性发展的基础；苏联也将相关理论 运用到了卫星、火箭等方面，后来苏联的第一艘载人宇宙飞船也应用了相应技术，用可 靠性分配的方法达到了飞船所要求的可靠度。 20 世纪 70 年代，电子设备可靠性研究广泛发展，我国也因电视机的可靠性问题， 起草了研究可靠性的相关计划，并最终取得了巨大的进步，使得很多电子元器件的可靠 性得到了进一步的提高，在这一时期，也有一些科学工作者试图将可靠性技术应用于非 万方数据 太原理工大学硕士研究生学位论文 3 电子设备上，但由于条件限制，并没有取得很大的成果。 20 世纪 80 年代，可靠性工程继续向前发展，以美国为首的发达国家着力于可靠性 保证的实现，我国也在电子可靠性方面愈加广泛研究，编写了一些教材，培养了一些人 才，颁布了一系列的国家与行业可靠性标准。 20 世纪 90 年代至现在，可靠性工程的发展已经向全面化、深入化、体系化方向全 面进步，除了电子设备的可靠性，机械可靠性的研究也有了极大进步，在军工产品以及 一些高科技含量、高质量要求的民品上，可靠性技术都有了广泛的实施基础。 但应该看到，目前我国可靠性工程发展虽然迅速，却多停留在理论方面，转化为实 际生产力的可靠性技术与方法比较少，与欧美国家还有着很大的差距；在军工、航天等 方面，可靠性工程理论应用广泛，在民品上却应用较少，这也应该逐步改变。 1.3