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第47卷第8期煤炭学报Vol.4No.8

2022年8月JOURNALOFCHINACOALSOCIETYAug.2022

随机载荷冲击下采掘机械截齿竞争失效可靠性分析

秦彥凯心，张晓红二曾建潮2,5，梁好3，石冠男2

（1.太原科技大学机械工程学院，山西太原030024；2.太原科技大学工业与系统工程研究所，山西太原030024；3.中国煤炭科工集团太原研

究院有限公司，山西太原030006；4.太原科技大学经济与管理学院，山西太原030024；5.中北大学大数据与视觉计算研究所，山西太原

030051）

摘要：采掘机械的高效运行是煤矿企业降低生产成本,提高生产效率，实现利润最大化的主要途

径之一。截齿作为采掘机械的关键消耗部件，其可靠性直接决定了采掘机械的工作性能和使用寿

命。在采掘过程中，将煤岩视为正常工作载荷，将矸石和断层视为随机冲击载荷。截齿受煤岩引起

的自然磨损及矸石和断层引起的载荷冲击的影响，其失效是磨损退化导致的软失效和随机载荷冲

击导致的硬失效相互竞争的结果。由于矸石和断层具有一定的体积和硬度，随机载荷冲击会持续

一定的时间，并在不同硬度下对截齿的磨损产生不同的加速作用。同时，截齿抵御致命性冲击的能

力会随着磨损程度的增加而减弱。通过考虑持续冲击、变速率加速退化和硬失效阈值变化对截齿

磨损的影响，研究了随机载荷冲击下截齿竞争失效的可靠性建模。首先，通过同时考虑自然磨损退

化、冲击瞬时退化以及冲击持续时间内的变速率加速退化，构建了随机载荷冲击下截齿的退化模

型。其次,在此基础上构建了竞争失效模式下截齿的可靠性模型。最后，基于工程数据对截齿的可

靠性模型进行了数值实验和有效性分析。结果表明考虑持续冲击、变速率加速退化和硬失效阈值

变化的截齿竞争失效可靠性模型符合工程实际，为截齿的设计优化、维修决策和备件管理提供了理

论基础。

关键词:采掘机械截齿；竞争失效;自然磨损退化;冲击加速退化;可靠性模型；冲击持续时间

中图分类号:TD421.5文献标志码：A文章编号:0253-9993（2022）08-3175-14

Reliabilityanalysisofminingmachinerypicksubjecttocompetingfailure

processesunderrandomloadshock

QINYankai1,2,3,ZHANGXiaohong2,4,ZENGJianchao2,5,LIANGHao3,SHIGuannan2

(1.SchoolofMechanicalEngineering,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China；2.DivisionqfIndustrialandSystemEngineer­

ing,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China；3.TaiyuanResearchInstituteCo.,Ltd.,ChinaCoalTechnologyEngi­

neeringGroup,Taiyuan030006,China；4.SchoolofEconomicsManagement,TaiyuanUniversityofScienceandTechnology,Taiyuan030024,China；

5.InstituteforBigDataandVisualComputing,NorthUniversityofChina,Taiyuan030051,China)

Abstract