[發(fā)明專利]千米深井提升機(jī)主軸多失效模式可靠性評(píng)估方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710377138.7
• 申請(qǐng)日: 2017-05-25
• 公開（公告）號(hào): CN107291989B
• 公開（公告）日: 2018-09-14
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 盧昊;朱真才;曹國華;周公博;李偉;彭玉興;沈剛;王大剛;江帆
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G06F17/50
• 分類號(hào): G06F17/50;G06F17/18
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 王美章

本發(fā)明公開了一種考慮多失效模式的千米深井提升機(jī)主軸的可靠性評(píng)估方法，首先，根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)尺寸建立主軸的參數(shù)化三維模型，其次，根據(jù)主軸隨機(jī)變量的概率屬性，建立隨機(jī)變量的抽樣矩陣，并使用有限元方法求解抽樣矩陣下主軸的強(qiáng)度和剛度響應(yīng)，再次，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立響應(yīng)與隨機(jī)變量矩陣之間的顯式函數(shù)，根據(jù)強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分別建立強(qiáng)度和剛度失效模式下的顯式功能函數(shù)，然后，使用鞍點(diǎn)逼近方法計(jì)算兩種失效概率，最后，通過Clayton copula函數(shù)構(gòu)建兩種失效模式間的聯(lián)合失效概率模型，使用區(qū)間可靠性方法求解聯(lián)合失效下的系統(tǒng)可靠性。本發(fā)明考慮了強(qiáng)度與剛度失效間的概率相關(guān)性，能夠更加準(zhǔn)確和合理地評(píng)估提升機(jī)主軸的系統(tǒng)可靠性。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明是一種針對(duì)千米深井提升機(jī)主軸并考慮失效模式概率相關(guān)時(shí)的機(jī)械產(chǎn)品的系統(tǒng)可靠性評(píng)估方法，屬于機(jī)械結(jié)構(gòu)可靠性技術(shù)研究領(lǐng)域。

背景技術(shù)

我國目前大多數(shù)煤井都是淺井，深至地面500～800m，而煤炭資源埋藏深度在1000～2000m的約占總儲(chǔ)量的53％，必須采用千米深井提升系統(tǒng)(包括提升機(jī)、提升容器、提升鋼絲繩等)。作為提升機(jī)的主要承載部件，主軸承擔(dān)了提升、下放載荷的全部扭矩，同時(shí)也承受著兩側(cè)鋼絲繩的拉力。隨著井深達(dá)到千米以上，提升機(jī)最大靜張力以及主軸卷筒的纏繞層數(shù)大大增加，導(dǎo)致鋼絲繩在卷筒上產(chǎn)生遠(yuǎn)大于現(xiàn)有結(jié)構(gòu)的纏繞壓力，鋼絲繩作用在主軸上的拉力以及扭矩也顯著增加。當(dāng)井深達(dá)到2000m時(shí)，提升機(jī)終端靜載荷將達(dá)到240t以上，經(jīng)濟(jì)提升速度將達(dá)到20m/s以上，由此產(chǎn)生的巨大動(dòng)載荷將嚴(yán)重危及主軸的使用壽命。因此，千米深井提升機(jī)對(duì)主軸的可靠性提出了更高的要求。

千米深井提升機(jī)主軸的故障種類較多，且形式各異，而強(qiáng)度失效和剛度失效是影響提升機(jī)安全、穩(wěn)定工作的最主要的失效模式。由于激勵(lì)作用的同源性和表征系統(tǒng)特征參數(shù)的同一性，使得提升機(jī)主軸的故障間普遍存在相關(guān)性，忽略這一特征將難以獲得準(zhǔn)確的失效數(shù)據(jù)和可靠性信息。

發(fā)明內(nèi)容

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的是為解決千米深井提升機(jī)主軸多失效模式聯(lián)合失效狀態(tài)下的系統(tǒng)可靠性評(píng)估提供一種可行的概率建模與分析方法。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下的技術(shù)方案：

一種千米深井提升機(jī)主軸多失效模式可靠性評(píng)估方法，首先，根據(jù)主軸的結(jié)構(gòu)尺寸建立主軸的參數(shù)化三維模型，其次，根據(jù)主軸隨機(jī)變量的概率屬性，建立隨機(jī)變量的抽樣矩陣，并使用有限元方法求解抽樣矩陣下主軸的強(qiáng)度和剛度響應(yīng)，再次，使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法建立響應(yīng)與隨機(jī)變量矩陣之間的顯式函數(shù)，根據(jù)強(qiáng)度和剛度設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，分別建立強(qiáng)度和剛度失效模式下的顯式功能函數(shù)，然后，使用鞍點(diǎn)逼近方法計(jì)算兩種失效概率，最后，通過Clayton copula函數(shù)構(gòu)建兩種失效模式間的聯(lián)合失效概率模型，使用區(qū)間可靠性方法求解聯(lián)合失效下的系統(tǒng)可靠性。

其實(shí)現(xiàn)步驟具體如下：

步驟1、確定千米深井提升機(jī)主軸中尺寸參數(shù)、材料屬性參數(shù)及工況載荷的均值和方差，確定各參數(shù)的分布類型；

步驟2、根據(jù)提升機(jī)主軸的結(jié)構(gòu)參數(shù)，建立主軸的三維參數(shù)化模型，將主軸的三維參數(shù)化模型導(dǎo)入有限元軟件，進(jìn)行靜力學(xué)分析；

步驟3、根據(jù)步驟1所確定的主軸各個(gè)基本參數(shù)的均值和方差，結(jié)合抽樣方法，建立各基本參數(shù)的隨機(jī)抽樣矩陣；

步驟4、根據(jù)隨機(jī)抽樣矩陣每一行的參數(shù)值，重復(fù)生成新的主軸的三維模型，并重新進(jìn)行有限元分析，獲得新的應(yīng)力與應(yīng)變的響應(yīng)樣本；

步驟5、使用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法將隨機(jī)抽樣矩陣和應(yīng)力應(yīng)變值進(jìn)行擬合，得到主軸應(yīng)力應(yīng)變響應(yīng)與結(jié)構(gòu)性能參數(shù)變化的函數(shù)關(guān)系；

步驟6、根據(jù)提升機(jī)主軸強(qiáng)度和剛度的要求，分別建立強(qiáng)度和剛度失效狀態(tài)下的可靠性功能函數(shù)；根據(jù)基本參數(shù)的均值和方差，計(jì)算其三階矩和四階矩，進(jìn)而根據(jù)已建立的功能函數(shù)，求得功能函數(shù)的均值、方差、三階矩和四階矩，使用鞍點(diǎn)逼近方法分別計(jì)算強(qiáng)度和剛度失效的失效概率；