SG2－1000/2×855型刮板輸送機(jī)可靠性壽命研究

崔中明

(西山煤電物資供應(yīng)分公司，山西太原030053)

0 引言

刮板輸送機(jī)的安全、可靠運(yùn)行將直接影響到煤炭企業(yè)的生產(chǎn)能力和經(jīng)濟(jì)效益。因此，研究刮板輸送機(jī)的故障發(fā)生規(guī)律，對提高工作面的效率及延長刮板輸送機(jī)壽命都具有十分重要的意義［1－2］。

1 刮板輸送機(jī)的可靠性壽命與故障分布

1．1 可靠性壽命

產(chǎn)品可靠性指在單位時間內(nèi)，規(guī)定條件下，產(chǎn)品完成規(guī)定功能的能力。然而，刮板輸送機(jī)發(fā)生故障的情況比較復(fù)雜，機(jī)頭刮板鏈、中部槽、擋板、推移裝置等發(fā)生故障都會導(dǎo)致刮板輸送機(jī)失效。因此，用使用時間長短來確定刮板輸送機(jī)壽命并不科學(xué)，本文采用累計過煤量來評判刮板輸送機(jī)的壽命。

1．2 刮板輸送機(jī)故障分布

刮板輸送機(jī)的故障分布主要分為三個階段，即早期故障分布、偶然故障分布和磨損故障分布，對于產(chǎn)品整個工作過程而言，其故障發(fā)生曲線如圖1所示。

圖1 故障發(fā)生曲線

如圖1中，Ⅰ處于早期故障發(fā)生期，此時刮板輸送機(jī)剛投入使用，由于安裝過程中出現(xiàn)問題，這一時段內(nèi)發(fā)生故障的概率較大，隨著刮板輸送機(jī)不斷被使用，不斷被修理和調(diào)整，故障發(fā)生率迅速下降;Ⅱ處于偶然故障發(fā)生期，這一階段，刮板輸送機(jī)工作穩(wěn)定，故障發(fā)生率較低;Ⅲ處于磨損故障發(fā)生期，隨著輸送機(jī)不斷被使用，各零部件經(jīng)過長期腐蝕，各組成部分逐漸老化，疲勞磨損，導(dǎo)致故障發(fā)生率逐漸上升。經(jīng)過維修或零部件的替換，可以很好地降低故障發(fā)生率的增加速度，并且增加偶然故障發(fā)生期的長度，對延長刮板輸送機(jī)的壽命，增加其使用效率具有十分重要的意義。

2 故障統(tǒng)計

為了研究刮板輸送機(jī)壽命及可靠性特征，以某煤礦SG2－1000/2×855型刮板輸送機(jī)為例，進(jìn)行故障統(tǒng)計分析，該礦SG2－1000/2×855型刮板輸送機(jī)故障統(tǒng)計結(jié)果如表1。

表1 SG2－1000/2×855型刮板輸送機(jī)故障統(tǒng)計

3 基于韋伯分布可靠性分布模型

為了統(tǒng)計分析刮板輸送機(jī)可靠性壽命與過煤量的關(guān)系，本文采用韋伯分布函數(shù)描述故障分布規(guī)律。韋伯分布是一種利用概率值推斷分布參數(shù)的一種方法，被廣泛應(yīng)用于可靠性工程中，特別是對于機(jī)電類產(chǎn)品的磨損累計失效的分布。對于滾動軸承的壽命試驗以及高應(yīng)力水平下的材料磨損失效主要采用二參數(shù)的威布爾分布，因此，這里我們選擇韋伯分布研究刮板輸送機(jī)壽命可靠性分布。

3．1 刮板輸送機(jī)的故障分布

韋伯分布的故障率函數(shù)為:

式中:α ＞0，β ＞0，x≤0，與其對應(yīng)的密度、可靠性，分別為:

式中:x——過煤量，萬 t;α——尺度參數(shù);β——形狀參數(shù)。

其中形狀參數(shù)與產(chǎn)品的故障機(jī)理有關(guān)，當(dāng)形狀參數(shù)β＜1，呈現(xiàn)期故障分布，故障率呈現(xiàn)下降趨勢;當(dāng)β=1時，呈現(xiàn)偶然故障分布，故障率呈現(xiàn)上升趨勢;當(dāng)β＞1時，呈現(xiàn)磨損故障分布，故障率呈現(xiàn)上升趨勢。

3．2 參數(shù)估計

運(yùn)用最小二乘法對韋伯分布中參數(shù)進(jìn)行求解。

對密度函數(shù)進(jìn)行積分得到累積分布函數(shù)

對方程(4)左右兩端同時求對數(shù)可得:

表2 計算經(jīng)驗分布函數(shù)

運(yùn)用MATLAB對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理，得到計算經(jīng)驗的分布函數(shù)如圖2所示，可知α的值為672．26，β的值為2．161。

圖2 計算經(jīng)驗分布函數(shù)

3．3 刮板輸送機(jī)可靠性分析

由公式(6)可知，可靠度與過煤量的函數(shù)關(guān)系為:

由公式(7)可知，當(dāng)可靠度R為0．95時，則過煤量x約為170萬t，當(dāng)可靠度為0．6時，其過煤量為493萬t。

由公式(2)故障分布的密度函數(shù)f(x)與公式(3)可靠度分布函數(shù)R(x)，運(yùn)用MATLAB繪制出密度函數(shù)曲線和可靠度函數(shù)曲線，如圖3、圖4所示。

圖3 密度函數(shù)曲線

圖4 可靠度函數(shù)曲線

由圖2、圖3分析可知，隨著過煤量的增加，可靠度逐漸降低。且當(dāng)過煤量＜300萬t時，刮板輸送機(jī)可靠度較高，且較為穩(wěn)定，當(dāng)過煤量繼續(xù)增加時，刮板輸送機(jī)的可靠度迅速下降，趨于線性分布。當(dāng)過煤量達(dá)到800萬t時，可靠度降至0．2。之后，隨著過煤量的增加，可靠度的下降趨勢逐漸減緩。輸送機(jī)的累積故障分布呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢。

4 結(jié)語

通過對刮板輸送機(jī)工作過程的統(tǒng)計分析，得到刮板輸送機(jī)故障發(fā)生的三個階段，即早期故障分布，偶然故障分布和磨損故障分布。通過提前維修，可以很好的增加偶然故障發(fā)生期的過煤量，延長刮板輸送機(jī)的壽命。

基于韋伯分布，得到了刮板輸送機(jī)可靠度、累積故障分布與過煤量之間的關(guān)系，以及可靠度與過煤量之間的關(guān)系，得到了不同可靠度下，刮板輸送機(jī)的過煤量。當(dāng)可靠度為0．95時，過煤量約為170萬t，當(dāng)可靠度為0．6時，過煤量約為493萬t，當(dāng)刮板輸送機(jī)可靠度低于0．6時，應(yīng)及時進(jìn)行維修。

目前，煤炭企業(yè)對刮板輸送機(jī)主要是事后維修，這嚴(yán)重影響了工作面高產(chǎn)高效的生產(chǎn)，根據(jù)刮板輸送機(jī)可靠度、故障累積分布與過煤量之間的關(guān)系，對刮板輸送機(jī)進(jìn)行預(yù)先維修，不僅可以提高效率，還可以延長刮板輸送機(jī)的壽命。

［1］姜翎燕．工作面刮板輸送機(jī)技術(shù)現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢［J］．煤炭科學(xué)技術(shù)，2007(8):102－103．

［2］孫永新．工作面刮板輸送機(jī)技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀［J］．煤炭技術(shù)，2013(3):21－22．