1、煤矿机械Coal Mine MachineryVol.44 No.5May.2023第44卷第5期2023年5月doi:10.13436/j.mkjx.2023050560引言采煤机作为煤矿井下生产的主要设备，其可靠性与煤矿的生产效率息息相关。由于采煤机种类较多、故障类型复杂多样，在故障诊断过程中针对性强、应用范围窄，所以探索一种适用于各类采煤机的故障诊断方法，不仅可以为设备检修提供指导，还有助于故障的快速排查，提高检修效率。故障诊断方法多种多样，其中故障树分析法因其发展早、理论较为成熟、灵活性高、形象直观、精度高、可编程、数据可靠等优点，在各个领域被广泛应用。虽然故障树分析法可以依据实验记录
2、数据，对系统的故障概率及可靠性参数进行定量计算，但对底事件和中间事件在系统中的条件概率却很难计算。在故障树分析的过程中引入Baeys网络，可以在评价采煤机可靠性的过程中更为准确。1故障树分析与Baeys网络的建立（1）故障树分析方法故障树分析方法是将系统故障原因用故障树图的形式罗列出来，并按照从上到下的顺序逐级分析。故障树分析方法把系统中最想要解决的首要问题作为分析的顶事件，将导致顶事件发生的原因按因果关系的顺序一步步列出，用树形图表示并构成逻辑模型。通过定量和定性分析得出顶事件的发生概率和底事件的重要度，从而制定出避免事故发生的最佳方案，为解决顶事件故障提供帮助。故障树分析方法是故障检测与诊
3、断、系统可靠性分析常用的一种分析方法。（2）Baeys网络的建立Baeys网络是一种概率网络，采用图形表达的方式来表征各环节产生的不确定性，Baeys网络的拓扑结构很明显地表示各变量之间的不相同性。所以计算过程忽略了不交化的计算和最小割集的求解，并且Baeys网络可以计算出任意变量节点在特定条件下的故障概率。Baeys网络的条件概率P（A|B）=P（B|A）P（A）P（B）式中P（B）验概率；P（A|B）后验概率；P（B|A）似然率。（3）故障树与Baeys网络的结合在故障树与Baeys网络结合过程中，可以直接将故障树的逻辑关系转化到Baeys网络中，但需要对如下几方面进行转换：底事件故障树中
4、的底事件可以直接命名为基于故障树分析及 Baeys 网络的采煤机可靠性研究程鹏1，2（1.中国计量大学 质量与安全工程学院，杭州310018；2.晋城乾泰安全技术有限责任公司，山西 晋城048006）摘要：采用故障树分析法与Baeys网络模型相结合的方式，以采煤机机械故障为顶事件，进行系统各节点的故障概率分析，从而找到采煤机机械故障的薄弱环节，提高采煤机系统的可靠程度和煤矿企业的生产效率，同时在减小故障的影响、消除安全隐患等方面也有很强的指导意义。关键词：故障树；采煤机；Baeys网络中图分类号：TD421.6文献标志码：A文章编号：1003 0794（2023）05 0181 03Study
5、 on Reliability of Shearer Based on Fault Tree Analysis and BayesNetworkCheng Peng1，2(1.College of Quality and Safty Engineering,China Jiliang University,Hangzhou 310018,China；2.Jincheng GantaiSecurity Technology Co.,Ltd.,Jincheng 048006,China)Abstract:By combining the fault tree analysis method wit
6、h the Baeys network model and taking themechanical fault of the shearer as the top event,the fault probability analysis of each node of thesystem was carried out,so as to find the weak link of the mechanical fault of the shearer,improve thereliability of the shearer system and the production efficie
7、ncy of the coal mine enterprise.At the sametime,it has a strong guiding significance in reducing the impact of the fault and eliminating the potentialsafety hazards.Key words:fault tree；shearer；Baeys network181表2各事件代码及描述3Baeys网络模型的建立根据Baeys网格与故障树结合的方法，建立Baeys网格模型如图2所示。从故障树的底事件开始，按照自上而下的顺次来依次代替上一级事件，
8、逻辑关系由底事件指向中间事件，最终指向底事件。依据Baeys网格的条件概率计算公式，不仅可以表3采煤机底事件的故障概率计算出顶事件的发生概率，同时还能得出底事件的重要程度。由于各底事件对Baeys网格的影响程度不同，可以得到对系统可靠性影响最大的节点，提高系统的可靠性。采煤机各底事件的危害程度如表4所示，当采煤机发生机械故障时，首先要检修危害程度高的底事件，其中X6、X8、X10、X19、X34应给以重点关注，即轴承疲劳磨损、齿轮故障、链轮轴承故障、轴承疲劳磨损、齿面磨损。Baeys网络中的父节点，置于Baeys网络的最下部位，并且只有一个父节点。父节点的概率可以由故障树中底事件的先验概率获得
9、；逻辑门Baeys网络中节点可以由故障树中的逻辑门转化而来，其中包括逻辑门的名称和状态；逻辑关系Baeys网络中节点还可以表示逻辑门与底事件的关系，采用有向线段的方式由节点开始，按照故障树中的逻辑关系指向父节点，并且逻辑门的关系转化为Baeys网络中节点的条件概率。2故障树模型的建立（1）采煤机故障统计以MG650/1620WD型交流电牵引采煤机为研究对象，对在某矿1305工作面回采过程中遇到的机械故障进行统计，如表1所示。（2）故障树模型的建立采煤机机械故障的故障树建立，就是找出采煤机机械系统故障的基本元素和这些元素间的逻辑关系，并用故障树图形表示出来。采用合成法首先将小故障树进行绘制，再将
10、绘制好的小故障树进行聚合，最后绘制出规范化的故障树。根据顶事件的选取要求确定采煤机故障为顶事件，随后选取截割部、牵引部、破碎机、机身中部故障作为中间事件，逐步向下完成故障树的建立。采煤机故障的故障树如图1所示。现以采煤机故障为顶事件T，整个故障树共有16个逻辑门、38个底事件和15个中间事件，各事件和代码如表2所示。对采煤机机械故障原因进行了统计，总结出各底事件的故障概率，如表3所示。表1采煤机常见机械故障统计截割部牵引部破碎机机身中部滚筒摇臂齿轮箱截割电机行走箱牵引齿轮箱导向滑靴牵引电机齿轮箱电机摇臂联接耳座机身联接螺栓16472136181014211168478317比重/%46.154
11、2.861.659.34故障部位故障次数图1采煤机故障的故障树图事件代码TG1G2G3G4G5G6G7G8G9G10G11G12G13事件描述采煤机故障截割部故障牵引部故障破碎机构故障机身中部故障滚筒故障齿轮箱故障截割电机故障行走箱故障牵引齿轮箱故障滑靴故障牵引电机故障摇臂耳座故障截齿故障事件代码G14G15X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10X11X12事件描述轴承失效齿轮故障齿轮箱齿轮磨损电机轴承失效机身螺栓故障齿座开裂故障连接螺栓松动轴承疲劳磨损振动失效齿轮故障惰轮故障链轮轴承故障链轮螺栓剪断牵引扭矩轴断裂事件代码X13X14X15X16X17X18X19X20X21X22X23X
12、24X25X26事件描述驱动轴承损坏传动齿轮损坏轴承故障密封失效支撑滑靴故障导向滑靴故障轴承疲劳磨损振动故障裂纹开焊销轴窜出刀头脱落刀头碎裂截齿磨损齿身弯曲事件代码X27X28X29X30X31X32X33X34X35X36X37X38事件描述齿身折断截齿丢失磨损失效疲劳失效断裂失效压痕失效胶合失效齿面磨损齿面胶合齿面擦伤齿面接触疲劳断齿事件代码X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10故障概率/10-4h-10.2280.1140.2280.6850.2281.8260.5701.4840.7991.256事件代码X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20故障概率/10-4
13、h-10.5700.1140.6850.6850.3420.2280.2280.9131.4840.114事件代码X21X22X23X24X25X26X27X28X29X30故障概率/10-4h-10.4570.7990.1140.1140.3420.1140.1140.4570.5700.342事件代码X31X32X33X34X35X36X37X38故障概率/10-4h-10.2280.4570.2281.3700.7990.6850.4570.228第44卷第5期Vol.44 No.5基于故障树分析及Baeys网络的采煤机可靠性研究程鹏G13G14G15X5X6G5G6G7G8G1G2G3
14、G4G9G10G11G12X1X2X3TX7X8X9X10X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20X23X24X25X26X27X28X29X30X31X32X33X34X35X36X37X38X4X21X22182第44卷第5期Vol.44 No.5基于故障树分析及Baeys网络的采煤机可靠性研究程鹏表4采煤机底事件的危害程度4结语（1）在采煤机机械故障分析过程中，应该将故障分析的重点放在轴承疲劳磨损、齿轮故障、链轮轴承故障、轴承疲劳磨损、齿面磨损等方面，这样可以提高故障检修效率，增强采煤机使用的可靠性；（2）采用故障树分析法与Baeys网格模型相结合的方式，不仅简化了最
15、小割集的求解过程，同时还可以对随机变量进行表示，计算各个环节发生故障的概率，提高故障树分析的效率；（3）将Baeys网格模型进一步分析可知，在采煤机的设计优化过程中，应该重点对易发生故障的环节进行强化设计，提高采煤机的易用性，降低设备的故障率。参考文献：1杨芬,赵文薪.基于贝叶斯优化SVM的轴承故障诊断J.煤矿机械,2022,43(9):178-180.2魏占超,张秀芬,张国兴.基于故障树的输煤输送带跑偏故障诊断J.煤矿机械,2021,42(6):177-179.3刘凯.采煤机调高液压系统故障树分析J.煤矿机械,2020,41(9):171-173.4周新建,常青青,乔心州.基于故障树的采煤机
16、液压盘式制动器故障研究J.煤矿机械,2020,41(2):173-176.5葛红兵.电牵引采煤机牵引部可靠性分析 J.工矿自动化,2018,44(4):51-56.6张露,丁艳红,赵津,等.基于FTA和FMEA滚筒采煤机截割头潜在故障预测J.煤炭技术,2017,36(5):219-221.7古海龙,刘混举.基于故障树与贝叶斯网络的采煤机故障可靠性分析J.煤炭技术,2015,34(3):242-244.作者简介：程鹏（1989-），山西高平人，工程师，本科，现主要从事矿用设备及材料的设计研究及检测检验工作，电子信箱：.责任编辑：刘宝胜收稿日期：20220928图2采煤机故障的Baeys网格模型事件代码X1X2X3X4X5X6X7X8X9X10危害程度0.0420.0620.0320.0110.0370.0050.0190.0040.0090.008事件代码X11X12X13X14X15X16X17X18X19X20危害程度0.0130.0550.0130.0110.0210.0280.0290.0030.0060.063事件代码X21X22X23X24X25X26X27X28X29X30
