[发明专利]一种刮板输送机链轮磨损可靠性评估方法

说明书

本发明公开了一种刮板输送机链轮磨损可靠性评估方法，利用微元法分析刮板输送机啮合传动过程链轮齿面磨损与啮合压力间的动态耦合影响，结合Archard磨损模型首次构建了高精度的刮板输送机链轮动态磨损模型，利用Kriging代理模型结合蒙特卡洛法计算刮板输送机任意运行行程链轮的磨损失效概率及设计变量的可靠性灵敏度，可提供刮板输送机链轮检修更换的有效信息。相比于传统磨损检测方法，本发明具有计算效率高、操作简单、成本低的优点，设计变量的可靠性灵敏度可为刮板输送机链轮的结构优化设计提供理论依据，有利于减少链轮磨损导致的刮板输送机停机故障，提高综采工作面三机协同工作的效率。

技术领域

本发明属于刮板输送机传动系统的性能评估领域，特别涉及一种刮板输送机链轮的磨损可靠性评估分析方法。

背景技术

刮板输送机是煤矿综采三机设备中的关键运输设备，其运行的可靠性与稳定性直接决定整个综采工作面的生产效率。刮板输送机传动系统依靠链轮与链环的啮合实现动力传递，强时变重载工况以及恶劣的井下环境加剧了传动系统部件的磨损，降低了整机设备的使用寿命。现有的刮板输送机传动系统性能评估方法主要针对刮板链条，通过监测链环节距以及应力变化评估刮板输送机传动系统的运行状态和预测刮板链的剩余寿命，缺少针对刮板输送机链轮性能的评估方法。刮板输送机的重型化带来运距和运量的提升，参与啮合传动的链环也数量大大增加，而链轮齿数保持不变一般为6-8个。刮板输送机的重型化导致传动系统的链轮更易磨损断裂，据统计，实际生产中传动系统近40％的故障与刮板链轮磨损有关。目前，因缺乏刮板输送机链轮的磨损可靠性评估和灵敏度分析方法，不能有效预测刮板输送机链轮的磨损状态进行传动系统的检修调节，也不能提供链轮设计参数的可靠性灵敏度信息进行链轮的结构优化设计。因此，有必要研究刮板输送机链轮的磨损可靠性评估方法，提供刮板输送机链轮的磨损失效以及设计参数的可靠性灵敏度信息。

发明内容

本发明的目的是：在分析刮板输送机链轮磨损失效的基础上，提供一种刮板输送机链轮磨损可靠性的评估方法，该磨损可靠性评估方法可以在全寿命周期内预测刮板输送机链轮的磨损失效概率，并获得设计变量的可靠性灵敏度信息，从而为刮板输送机传动系统的检修调节以及结构优化优化设计提供依据。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种刮板输送机链轮磨损可靠性评估方法，包括以下步骤：

步骤1.建立刮板输送机传动过程链轮与链环的啮合动力学模型；

步骤2.根据所述链轮与链环啮合的动力学模型确定链环与链轮齿面的弹性接触力，结合Archard磨损模型，构建刮板输送机任意运行行程链轮齿面磨损深度的预测模型；

步骤3.定义刮板输送机链轮磨损失效模型，建立链轮磨损失效的可靠性极限状态函数；

步骤4.在所述链轮磨损失效模型的参数中确立随机变量；

步骤5.根据随机变量的分布产生随机数，带入求解链轮齿面磨损深度的预测模型，计算运行S km后齿面的磨损深度值和对应的链轮磨损失效的可靠性极限状态函数值，将随机变量样本值与对应磨损深度的可靠性极限状态函数值作为输入和输出训练Kriging代理模型，得到运行S km后链轮磨损失效的可靠性极限状态函数的Kriging代理模型；

步骤6.基于获得的链轮磨损失效的可靠性极限状态函数的Kriging代理模型结合蒙特卡洛法求解链轮磨损失效的概率及各随机变量磨损失效概率的灵敏度。

步骤2中所述链环与链轮齿面的弹性接触力为链轮齿面未磨损时链轮与链环间的弹性接触力，通过以下公式获得：

其中，W_zh和W_k分别为重载和空载段运行阻力，L是链窝长度，通过下式获得：

L＝1.075p+2d，其中，