帶式輸送機驅動裝置機械結構的可靠性分析

董 茜，韓 剛，解 鑫

(太原科技大學機械工程學院，太原 030024)

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帶式輸送機驅動裝置機械結構的可靠性分析

董 茜，韓 剛，解 鑫

(太原科技大學機械工程學院，太原 030024)

帶式輸送機通常被運用于煤炭、礦石、糧食、碼頭等諸多相關領域，作為一種常見的連續(xù)搬運輸送機械，它有輸送量大、簡單結構、維護方便、使用成本低、地形適應能力強等一系列優(yōu)點。而驅動裝置是帶式輸送機的動力來源，是構成帶式輸送機最重要的一部分。本文對帶式輸送機驅動裝置部分進行了常見故障分析，并以此作基礎，構建其故障樹模型，并對其進行定性分析，為提高帶式輸送機驅動裝置機械結構的可靠性分析提供方法。

帶式輸送機；驅動裝置；故障樹；可靠性

隨著生產過程日益趨向于機械化、自動化，帶式輸送機在諸多領域被廣泛采用，并在某些生產過程中起著主動脈的作用[1]。因此，在能夠滿足我們生產、生活需要，并在經濟、節(jié)能的基礎上，我們提出了可靠性這一新概念?？煽啃允呛饬慨a品功能性、實用性、安全性、經濟性的重要指標。目前，可靠性這一理論與方法已經普遍運用在社會生產的各個行業(yè)，并且取得了一系列豐碩的成果和顯著的經濟效益。

1 故障樹分析

故障樹分析法是對產品的可靠度進行衡量時常用的一種方法，尤其適用于某些特定的繁雜且難于構成序列邏輯圖的系統(tǒng)。它的分析流程是首先以系統(tǒng)中某個最想避免的事件作為整個問題分析的研究起點，然后運用常規(guī)邏輯的推理分析找出能夠引起這一頂事件發(fā)生的所有原因和它們之間的相互影響關系，并依據邏輯關系畫出它們之間的復雜關系圖，按照這樣的方法列出的圖形即為該系統(tǒng)的故障樹模型，最后以所列出的故障樹模型作為基礎，運用概率的所有邏輯關系式來得出該頂事件發(fā)生的可能性[2]。

1.1 故障樹的建造

總的來說故障樹建樹的步驟是：①確定系統(tǒng)邏輯關系；②確定頂事件；③找出中間事件與底事件；④故障樹建立。

1.2 故障樹的定性分析

故障樹定性分析是為了找出導致頂事件發(fā)生的所有可能的故障模式，其最終結果就是要得到故障樹的最小割集，從而可以判定系統(tǒng)可靠性最薄弱環(huán)節(jié)。

我們通常所說的割集是指那些能夠引起故障樹模型中頂事件所發(fā)生的基本事件的集合。其中，最小割集指的是導致頂上事件所發(fā)生的必需的、最低限度基本事件的集合。保證系統(tǒng)安全可靠運行的最有效辦法就是防止所有最小割集的發(fā)生。所以，在設計階段應該著重注意這些問題，并且盡量去降低最小割集發(fā)生的可能性。此外，在運行階段，要采取措施防止屬于同一割集的事件同時發(fā)生，以避免對系統(tǒng)產生致命性影響。

具體的故障樹定性分析步驟為：①建立故障樹模型并以此為基礎，推導出系統(tǒng)的最小割集，進而得到該系統(tǒng)所有可能的失效模式；②以所尋找出的最小割集為基礎，著重分析系統(tǒng)的薄弱環(huán)節(jié)，并以所得到結果為基礎對系統(tǒng)進行完善。

2 帶式輸送機驅動裝置機械結構的可靠性分析

帶式輸送機驅動裝置機械結構主要包含減速器、驅動滾筒、聯軸器等。其中，任一部分出現失效現象都會導致驅動部分甚至整機出現問題。一旦發(fā)生故障，不僅會影響日常生產計劃，對企業(yè)造成一定量的損失，嚴重時還有可能造成人員受傷或者死亡。其驅動裝置機械結構的故障形式主要表現為驅動裝置部分有異常噪聲，驅動裝置部分出現漏油等。系統(tǒng)中不同的故障形式所對應的故障樹模型各有不同。本文重點分析帶式輸送機驅動裝置機械結構的主要故障形式[3-9]。

2.1 驅動裝置部分有異常噪聲的故障樹模型分析

2.1.1 故障樹的建立

通過對驅動裝置部分有異常噪聲這一現象進行總結探究，找出影響頂事件的所有事件。根據其內部邏輯關聯，構造如圖1中的故障樹。表1集合了該故障樹模型中的各個事件。

2)隨著能量市場的完善應采用不同的長期備用補償機制。電力市場中的能量市場、輔助服務市場、容量市場、金融衍生品市場等是一個整體，需要相互配合才能發(fā)揮市場作用。所以在電力市場建設的不同階段應采取不同的補償策略。近期能量市場以中長期建議為主，建議以固定費用法對需量備用機組的未補償成本進行補償；中期能量市場過度到現貨市場后，建議采用備用服務競價的方式，設定合理的需求曲線；遠期在預期容量充裕度不足時啟動容量市場。

圖1 驅動裝置部分有異常噪聲的故障樹模型

表1 驅動裝置部分有異常噪聲的故障樹模型事件表

2.1.2 故障樹的定性分析

通過對以上模型中的最小割集進行計算與探究，可以對驅動裝置部分有異常噪聲的故障樹模型進行定性的研究。

計算過程如下：

T=T1+T2+T3

(1)

T1=E1+E2+E3

(2)

T2=X16

(3)

T3=E4

(4)

E1=A1+A2

(5)

E2=X10+X11+X12

(6)

E3=X13+X14+X15

(7)

E4=X17+X18+X19

(8)

A1=B1+B2

(9)

A2=X8+X9

(10)

B1=X1+X2+X3+X4

(11)

B2=X5+X6+X7

(12)

化簡過程如下：

A1=B1+B2=X1+X2+X3+X4+X5+

X6+X7

(13)

E1=A1+A2=X1+X2+X3+X4+X5+

X6+X7+X8+X9

(14)

T1=E1+E2+E3=X1+X2+X3+X4+X5+

X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+

X14+X15

(15)

T3=X17+X18+X19

(16)

經過布爾運算可得：

T=T1+T2+T3=X1+X2+X3+X4+X5+

X6+X7+X8+X9+X10+X11+X12+X13+

X14+X15+X16+X17+X18+X19

(17)

由此可知，其最小割集為[X1],[X2]…[X19].其中任何一個最小割集發(fā)生，都會導致驅動裝置發(fā)生故障，進而導致帶式輸送機無法正常使用。由圖1和表1相結合可以看出，減速器有異響中所包含的一階最小割集最多，所以減速器發(fā)生故障的概率要大于聯軸器和驅動滾筒。其中在我們設計和使用過程中的不合理性是導致減速器出現功能失效的主要問題來源。

因此，我們首先應正確合理的設計減速器，其次在其使用過程中要做好定期檢修、維護和保養(yǎng)，使其在工作中的每個時刻都處于良好的工作狀態(tài)，從而提高其自身使用的周期，保證帶式輸送機的安全、穩(wěn)定運行，確保整個生產的有序進行，同時設計人員應根據用戶在減速器使用過程中的反饋意見，去不斷改善其結構功能上的缺陷，使其性能在最大程度上的得到發(fā)揮[10]。

2.2 驅動裝置部分發(fā)生漏油現象的故障樹模型分析

2.2.1 故障樹的建立

通過對驅動裝置部分出現漏油的現象進行調查總結，找出影響頂事件的所有事件。根據其內部的邏輯關聯，構造如圖2中的故障樹模型。表2為該故障樹模型中各級事件列表。

圖2 驅動裝置部分發(fā)生漏油現象的故障樹模型

表2 驅動裝置部分發(fā)生漏油現象的故障樹模型事件表

2.2.2 故障樹的定性分析

通過對最小割集進行計算與總結，我們能對驅動裝置部分出現漏油的故障樹模型進行定性分析。

計算過程如下：

T=T1+T2

(18)

T1=E1+E2+X7+X8

(19)

T2=X9+X10+X11

(20)

E1=X1+X2+X3+X4

(21)

E2=X5+X6

(22)

化簡過程如下：

T1=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8

(23)

經過布爾運算可得：

T=T1+T2=X1+X2+X3+X4+X5+X6+X7+X8+

X9+X10+X11

(24)

由此可知，其最小割集為[X1],[X2]…[X11].由圖2可知，減速器漏油中所包含的一階最小割集最多，所以減速器發(fā)生故障的概率要大于聯軸器。漏油是減速器在日常工作時經常出現的一種現象，在現如今的節(jié)能社會中，這不僅僅是一種資源的浪費，長此以往發(fā)展下去還會導致減速器的少油、斷油，對齒輪造成一定程度的損壞。而漏出的油液會污染環(huán)境，并且具有腐蝕性，會對結構基礎造成損害。為了防止此類事故的發(fā)生，應安排檢修人員經常檢查減速器油位情況，發(fā)現其缺油就應及時補油，以保證其齒輪潤滑的需要。因此為了保證減速器能夠正常工作，能夠正常平穩(wěn)的運行，就要徹底根治其常見的漏油現象。

因此，在日常生產中，我們要經常查看減速器中的油量，為了保證減速器能夠安全平穩(wěn)的運轉，我們應該及時添加它在使用過程中所消耗掉的潤滑油。通常我們認為減速器內油位達到大齒的三分之二就可以了，油量過多將影響減速器散熱。在檢修時應檢查齒輪是否完好，發(fā)現齒輪損壞應該及時進行更換，在進行減速器的裝配過程中要保證嚙合間隙在允許范圍之內，軸承軸向間隙應適中，軸承游隙超出允許范圍時應及時更換。如果減速器已經發(fā)生漏油現象，應該及時找到漏油處并更換密封件[11]。

3 結 論

本文通過對帶式輸送機驅動裝置機械結構的主要失效模式進行故障樹分析，可知減速器發(fā)生故障的概率要大于聯軸器和驅動滾筒。如果減速器經常發(fā)生故障，將會導致工作效率降低。因此，在設計中，我們要盡量避免由于我們設計的不合理問題而產生的故障。其次，在減速器的使用過程中，我們要實時檢測減速器的運行狀況，預測其是否存在安全隱患，判斷其零部件可能發(fā)生的失效模式，在此基礎上，針對減速器建立長期的維護保養(yǎng)機制，以此來規(guī)避其突然停止工作的風險，確保日常生產活動的有序開展。

[1] 汪宗華.帶式輸送機[M]北京：機械工業(yè)出版社，1989：1-4.

[2] 郝靜茹，米潔，李啟光.機械可靠性工程[M]北京：國防工業(yè)出版社，2008：164-179.

[3] 陳道北.帶式輸送機常見故障的分析與防范[J].燒結球團，2006(4)：47-54.

[4] 秦連軍.皮帶輸送機常見故障分析與處理方法[J].煤炭科技，2009(8)：18-20.

[5] 靳永剛，張松濤.帶式輸送機的常見故障及處理方法[J].煤炭科技，2008(4)：4-5.

[6] 秦福建.帶式輸送機常見故障的分析與處理方法[J].有色冶金節(jié)能，2005(2)：38-39.

[7] 趙立華，郎毅翔，付大鵬.帶式輸送機典型故障的分析及處理[J].起重運輸機械，2003(10)：46-48.

[8] 蘇靜，董燕，于興芝.聯軸器零部件失效分析及修配[J].機械工程師，2007(9)：150-151.

[9] 馬濤，韓剛，劉云峰.長距離帶式輸送機驅動裝置動力學特性的研究[J].太原科技大學學報，2013，34(4)：133-137.

[10] 部立煥，周長生，楊瑋，等.帶式輸送機減速器常見故障診斷[J].起重運輸機械，2007(12)：93-95.

[11] 馮仁彬.皮帶輸送機減速機漏油問題的分析與處理[J].江西煤炭科技，2011(1)：37.

Reliability Analysis of Mechanical Structure of Belt Conveyor Driver

DONG Qian，HAN Gang，XIE Xin

(School of Mechanical Engineering，Taiyuan University of Science and Technology，Taiyuan 030024，China)

Belt conveyor is usually used in such fields as coal，ore，grain and dock.As a kind of common continuous conveying machinery，it has a series of advantages such as large transport capacity，simple structure，convenient maintenance，low cost and high terrain adaptability.The driver as the most important part is the power source of belt conveyor.In this paper，the common faults of belt conveyor driver part were analyzed，the fault tree model was built， and the qualitative analysis was undertaken，which can provide methods for improving the reliability analysis of mechanical structure of belt conveyor driver.

belt conveyor，driver，fault tree，reliability

2016-03-29

董茜(1990-)，女，碩士研究生，主要研究方向為連續(xù)裝卸輸送機械設計及理論。

1673-2057(2016)05-0385-04

TH222

A

10.3969/j.issn.1673-2057.2016.04.010