机械系统可靠性建模与分析

图7-39支撑滑靴组件可靠性框图
（16）采煤机整机系统的可靠性框图 在分析了采煤机的结构以及建立了结构框图和 各分系统的可靠性框图后，建立了下面的整机系 统的可靠性框图，其整机系统的可靠性框图如图 7-40所示，可以看出采煤机整机系统是一个串联 系统。
图7-40采煤机整机系统可靠性框图
3 ）采煤机整机系统的可靠性数学模型 的建立
图7-4牵引传动箱结构框图
（5）外牵引结构框图
图7-5外牵引示意图 1-轴；2-轴承；3-18T齿轮；4-盖；5-惰轮组件；6-驱动轮组件
外牵引的结构示意图如图7-5所示，外牵引主要是 由轴、轴承、18T齿轮、惰轮组件、驱动轮组件及 外牵引箱体组成，其结构框图如图7-6所示：
图7-6外牵引结构框图
图7-23支撑滑靴组件结构框图
（18）采煤机整机系统结构框图
图7-24采煤机整机系统结构框图
2）采煤机整机系统可靠性框图的建立
可靠性框图是用图形来描述系统内各元件之间的逻辑 任务关系的。可靠性框图中包含一系列方框，每个方框代 表系统的一个单元，方框之间用直线联接起来，表示单元 功能与系统功能间的关系。因此，系统可靠性框图它仅表 示系统与单元间的功能关系，而不能表达它们之间的装配 关系。经过对采煤机整机系统的结构分析，得知采煤机是 由很多部件组成的，但是在众多的零部件中，有的及其重 要，一旦损坏将导致整个采煤机停止工作；而有的并不十 分重要，即使损坏了，也不至于导致很严重的后果，因此 本文在建立系统的可靠性框图时，忽略一些相对不重要的 零部件，以达到抓住关键零部件简化系统可靠性框图建立 过程的目的。
图7-12摇臂结构框图
（10）截一轴结构框图 截一轴组件主要由齿轮轴、轴承、轴承座、 旋转密封、密封座、端盖、O形圈及垫圈组 成，其结构框图如图7-13所示：
图7-13截一轴结构框图
（11）截二轴结构框图 截二轴组件主要由截二轴、轴承、挡圈、齿轮、 距离套、O形圈、挡板及垫圈组成，其结构框图 如图7-14所示。
（1）采煤机牵引部的可靠性框图 在了解了采煤机的结构并建立了采煤机的各分系统的结构 框图及整机的结构框图后，可以看出其中有很多部件是左 右对称分布在采煤机的左右两侧的，也就是说从结构上来 说是并联关系。可以根据所建立的结构框图，进一步的构 建其可靠性框图，并为数学模型的建立提供依据 牵引部的可靠性框图如图7-25所示，它主要由牵引电机、 牵引传动箱及外牵引组成，这些分系统构成了一个串联系 统。
图7-19双行星减速装置结构框图
（16）调高油缸结构框图
图7-20调高油缸 1-活塞杆；2-端盖；3-缸体；4-调高阀组；5-自润滑滑动轴承；6-导向环； 7-T形轴套； 8-压盖；9-轴销；10-轴套；11-密封圈；12-活塞
图7-21调高油缸结构框图
（17）支撑滑靴组件结构框图
图7-27外牵引可靠性框图
（4）惰轮组件的可靠性框图 如图7-28所示，它主要由轴、轴承以及齿 轮组成，这些零部件组成的组件是串联关 系。
图7-28惰轮组件可靠性框图
（5）驱动轮组件的可靠性框图 如图7-29所示，它主要由驱动轮、23T齿轮、 衬套、轴承、轴套、距离套、导向滑靴组 成，这些零部件组成的组件是串联关系。
图7-33截二轴可靠性框图
（ 10）截三轴的可靠性框图 如图7-34所示，它主要是由齿轮轴、齿轮、 轴承、端盖、O形圈及垫圈组成，这些零部 件间是串联的关系。
图7-34截三轴可靠性框图
（11）截四轴的可靠性框图 如图7-35所示，它主要是由惰轮轴、轴承、 垫、挡圈、惰轮、压块、垫圈及O型圈组 成，这些零部件间是串联的关系。
图7-22支撑滑靴组件 1-套（一）；2-套（二）；3-平滑靴；4-滑靴架；5-套（三）； 6-套（四）；7-滑靴轴；8-套（五）；9-滑靴架销轴；10-套（六）
支撑滑靴组件的结构示意图如图7-22所示，支撑 滑靴组件主要由套、平滑靴、滑靴架、滑靴轴、 滑靴架销轴组成，其结构框图如图7-23所示：
图7-14截二轴结构框图
（12）截三轴结构框图 截三轴组件主要由齿轮轴、齿轮、轴承、端盖及 垫圈组成，其结构框图如图7-15所示。
图7-15截三轴结构框图
（13）截四轴结构框图 截四轴组件主要由惰轮轴、惰轮、轴承、端盖、O形圈、 垫圈及压块组成，其结构框图如图7-16所示。
图7-16截四轴结构框图
图7-31摇臂可靠性框图
（8）截一轴的可靠性框图 如图7-32所示，它主要是由齿轮轴、轴承、 轴承座、旋转密封、密封座、端盖、O形圈 及垫圈组成，这些零部件间是串联的关系。
图7-32截一轴可靠性框图
（9）截二轴的可靠性框图 如图7-33所示，它主要是由截二轴、轴承、 挡圈、齿轮、距离套、O形圈、挡板、垫圈 组成，这些零部件间是串联的关系。
（1）采煤机系统组成分析 采煤机连续工作一段时间后，由于某个零部件 损害或故障，会使采煤机产生故障而停止运行， 在维修人员对其进行修理后，又恢复到正常工作 的状态，因此采煤机整机系统属于可修系统。在 采煤机的整机系统中，又可分为牵引部子系统、 截割部子系统、电气控制子系统、液压子系统以 及辅助装置子系统。
（2）子系统模型分析 子系统指采煤机整机系统中的主要构成环 节，包括牵引部子系统、截割部子系统、电气控 制子系统、液压泵站子系统和辅助装置子系统。 大量的统计数据表明，许多系统或设备的连续无 故障工作时间及故障时间服从负指数分布，因此 可以用马尔可夫过程来分析采煤机各子系统，求 出子系统的可靠性指标。因为组成牵引部子系统 的各组件间是串联关系、组成截割部子系统的各 组件间是串联关系、组成电气控制子系统的各组 件间是串联关系、组成液压泵站子系统的各组件 间是串联关系、组成辅助装置的各组件间是串联 关系，因此这五个分系统有着相同的数学模型。
牵引传动箱可以安装在主机架两端头 中任何一端，但是当左、右牵引传动箱需 要相互调换安装位置时，必须把牵引传动 箱翻过来，并将注油接头与放油塞调换上、 下位置即可。外牵引可以安装在主机架上 两端的任何一端，不需要改变其中的零件 安装位置。
图7-2牵引传动箱 A-牵引电机；B-一轴；C-齿轮1；D-二轴；E-ห้องสมุดไป่ตู้轮2； F-齿轮3；G-太阳轮；H-行星机构；I-外牵引
（6）驱动轮组件结构框图 驱动轮组件主要由驱动轮、23T齿轮、衬套、轴 套、距离套及导向滑靴组成，其结构框图如图7-7 所示：
图7-7驱动轮组件结构框图
（7）惰轮组件结构框图 惰轮组件主要由轴、轴承、和齿轮组成，其结构 框图如图7-8所示：
图7-8惰轮组件结构框图
（8）截割部结构分析及结构框图
（3）牵引部的结构框图 牵引部的结构框图是表示组成该机构的 部件之间的物理关系和工作关系的，是绘 制可靠性框图的依据之一。牵引部是由牵 引电机、牵引传动箱、外牵引组成的，其 牵引部的结构框图如图7-3所示：
图7-3牵引部结构框图
（4）牵引传动箱结构框图 由于牵引传动箱、外牵引是对称安装在采煤 机的左右两侧的，为了便于安装使用及有良好的 互换性，他们有着相同的结构。以下以左侧的牵 引传动箱和外牵引为例，进行结构框图的构建， 右侧对应部件有着相同的结构框图。 牵引传动箱主要是由一轴组件、二轴组件、 三轴组件、行星机构及减速箱箱体组成，其结构 框图如图7-4所示：
图7-29驱动轮组件可靠性框图
（6）采煤机截割部的可靠性框图 截割部的可靠性框图如图7-30所示，它 主要由截割电机、摇臂及滚筒组成，这些 分系统构成了一个串联系统。
图7-30截割部可靠性框图
（7）摇臂的可靠性框图 如图7-31所示，它主要由截一轴、截二轴、 截三轴、截四轴、截五轴、双行星减速及 摇臂壳体组成，这些组件构成了一个串联 子系统。
图7-35截四轴可靠性框图
（12）截五轴的可靠性框图 如图7-36所示，它主要是由轴、齿轮、轴 承、轴承座、密封座及密封组成，这些零 部件间是串联的关系。
图7-36截五轴可靠性框图
（13） 采煤机辅助装置的可靠性框图 采煤机的辅助装置主要由拖缆装置、喷雾冷却 系统、破碎机构、主机架、调高油缸及支撑滑靴 组件构成，其可靠性框图如图7-37所示，这些部 件构成了一个串联子系统。
图7-37 辅助装置可靠性框图
（14）调高油缸的可靠性框图 如图7-38所示，它主要由活塞杆、端盖、缸体、 调高阀组、活塞、T形轴套、压盖、销轴、轴套、 自润滑滑动轴承、密封圈组成，这些零部件构成 了一个串联子系统。
图7-38调高油缸可靠性框图
（15）支撑滑靴组件的可靠性框图 如图7-39所示，它主要由滑靴架、套、滑 靴轴、滑靴架销轴、滑靴轴挡板及平滑靴 组成，这些零部件构成了一个串联子系统。
牵引传动箱见图7-2，由牵引传动箱端 部的牵引电机的动力通过与电机输出轴联 接的一轴组件，用花键联接，第一轴与二 轴组件的齿轮1相啮合，齿轮1通过花健带 动二轴，二轴与三轴组件的齿轮2相啮合， 齿轮2与第三轴组件齿轮3相啮合，齿轮3通 过花键带动太阳轮，太阳轮将动力传递到 行星机构，行星机构通过两头带有花键的 花键轴再将牵引传动箱中的动力传递至外 牵引中，从而驱动采煤机行走。
（14）截五轴结构框图 截五轴组件主要由轴、齿轮、轴承、轴承座、密 封座及密封组成，其结构框图如图7-17所示。
图7-17截五轴结构框图
（15）双行星减速装置结构框图
图7-18双行星减速装置
1-滚筒座；2-浮动密封；3-密封座；4-螺栓（1）；5-垫圈 （1）；6-O形索（1）；7-轴承（1）；8-轴承座（2）； 9-螺栓（2）；10-垫圈（2）；11-行星架（2）；12-内齿 轮（2）；13-O形索（2）；14-螺母；15-垫圈（3）；16楔块；17-螺钉；18-垫圈（4）；19-内齿轮（1）；20-耐 磨环；21-行星架（1）；22-耐磨环（2）；23-太阳轮 （1）；24-挡圈；25-行星齿轮轴（1）；26-轴承（2）； 27-距离套（1）；28-距离套（2）；29-挡圈；30-行星齿 轮（1）；31-挡环；32-销；33-轴承（3）；34-挡圈； 35-距离环；36-轴承座（1）；37-定位销（1）；38-行星 齿轮（2）；39-挡圈；40-轴承（4）；41-行星齿轮轴 （2）；42-耐磨环（3）；43-O形圈（1）；44-端盖；45螺栓（3）；46-垫圈（5）；47-O形圈（2）；48-距离 套；49-挡板；50-螺栓（4）
第7讲 机械系统可靠性 建模与分析
7.1、滚筒采煤机的可靠性建模与分析
1）采煤机整机系统结构分析及结构框图的建立
（1）采煤机的组成
图7-1电牵引采煤机总图 1-左滚筒；2-左摇臂；3-附属装置；4-右摇臂；5-右滚筒； 6-左牵引部；7-电气控制箱；8-右牵引部
（2） 牵引部结构分析
牵引部的工作原理与结构特征： 牵引部分别布置在采煤机采空区一侧的 两端，并与主机架组成一体。每个牵引部 装有一个驱动轮，驱动轮与工作面运输机 上的销轨相啮合，驱动轮的转动驱动采煤 机沿着工作面运输机运行。驱动轮与销轨 的正确啮合，是由外牵引上的导向靴来保 证的。 每个牵引传动箱上都装有一个制动器， 当采煤机停止牵引时，制动器就起作用， 防止采煤机下滑。
摇臂的工作原理与结构特征
图7-10摇臂传动系统 A-截割电机；B-轴；C-截一轴组件；D-截二轴组件； E-截三轴组件；F-截四轴组件；G-双行星减速装置
截割部的结构框图 截割部主要由截割电机、摇臂还有滚筒组成，其结构 框图如图7-11所示：
图7-11截割部结构框图
（9）摇臂结构框图 由于截割电机、摇臂、滚筒是对称安装在采煤机的左右两 侧的，为了便于安装使用及功能的考虑，他们有着相同的 结构。以下以左侧的截割部为例，进行结构框图的构建， 右侧对应部件有着相同的结构框图。摇臂主要由截一轴、 截二轴、截三轴、截四轴、截五轴、双行星减速及摇臂壳 体组成，其结构框图如图7-12所示
图7-25牵引部可靠性框图
（2）牵引传动箱的可靠性框图 如图7-26所示，它主要由一轴组件、二轴 组件、三轴组件、行星机构及减速箱箱体 组成，这些组件构成了一个串联子系统。
图7-26牵引传动箱可靠性框图
（3）外牵引子系统的可靠性框图 如图7-27所示，它主要由轴、轴承、18T齿 轮、惰轮组件、驱动轮组件及外牵引箱体 组成，这些组件构成了一个串联子系统。