千米深井大型提升机主轴装置的可靠性灵敏度研究

Coal resources that buried below 1000m accounted for about 53% of the total reserves in China, which requires the use of large lifting equipments to carry coal from underground to the ground. The reliability of the main shaft device becomes increasingly important due to the complex lifting and transportation environment. The research on the reliability sensitivity of the large hoist main shaft device of kilometer well is carried out, with the consideration of coupling fault of the main shaft device. Firstly, in view of the random response problem of the main shaft device, the analysis and modeling methods are established in order to obtain the probability characteristics of the random response of each failure mode. Secondly, considering the structural coupling failure under the action of multiple failure modes, the copula functions are adopted to establish the dependence structure of multiple random responses based on the in-depth analysis of the dependence relationship between different failure modes, which reveals the coupling failure mechanism of the main shaft device. Eventually, the reliability design of the main shaft device is performed and the reliability sensitivity modeling and estimation methods are proposed. Understanding the rule of reliability variation along with design variables could provides a reference for the analysis and design of main shaft device. Research results could provide research foundation for super deep mine hoist design in our country.

我国煤炭资源埋深1000m以下约占总储量的53%，需采用大型提升装备将煤炭从地下运送到地面，提升机主轴装置是千米深井提升装备的关键部件，其可靠性直接影响提升运输的安全运行。本项目以千米深井提升机主轴装置为研究对象，在考虑主轴装置耦合故障的基础上，开展千米深井提升机主轴装置的可靠性灵敏度研究。首先，针对提升机主轴装置的随机响应问题，提出主轴装置随机响应的分析与建模方法，确定不同失效模式下随机响应的概率统计特性；其次，考虑多故障共同作用下提升机主轴装置的耦合失效，深入分析不同失效模式间的耦合关系，建立提升机主轴装置多元耦合响应的联合概率模型，揭示提升机主轴装置的耦合失效机理；最后，提出提升机主轴装置耦合失效的可靠性灵敏度建模方法，掌握主轴装置可靠性随设计参数的变化规律，为千米深井提升机主轴装置的重分析和设计提供参考。研究成果可为我国自主设计超深矿井提升装备提供理论基础。

开展千米深井大型提升机主轴装置的可靠性灵敏度研究，对提高提升机主轴装置的可靠性水平，保障千米深井的安全提升等具有重要的理论和实际意义。截至2017年12月31日，项目已按计划完成了项目申请书中规定的任务，主要完成的研究内容为：1）针对结构参数及载荷的随机性，提出了一种基于试验设计与BP神经网络的结构随机响应的分析与建模方法，提高了小样本下结构可靠性功能函数的建模效率与精度；2）针对不完备概率信息条件下的可靠性求解问题，基于ANOVA展开方法、矩方法、鞍点逼近技术以及截断Edgeworth级数方法，提出了一种高效、高精度的可靠性分析方法；3）针对机械结构多故障模式间的相关性问题，研究了基于copula理论的关联故障联合概率建模方法，避免了失效独立假设对系统可靠性估计的偏差；4）基于理论研究成果，开展了千米深井提升机主轴装置的可靠性及可靠性灵敏度研究，掌握了提升机主轴装置关键参数对结构性能的影响规律。通过本项目的研究，建立了提升机主轴装置可靠性的分析流程，掌握了随机参数对结构可靠性的影响规律，可有效指导千米深井提升机主轴装置的重分析与优化设计。.基于上述成果，共发表学术论文9篇（其中SCI收录4篇，SCI源刊在线发表2篇，会议论文3篇），参加国际学术会议4次，申请国家发明专利2件、国际PCT专利2件。在项目执行期间，共培养硕士研究生2名，协助培养博士生1名。