采煤机截割部行星架可靠性设计.pdf

第5 5 卷第8 期 2 0 19 年4 月 机械工程学报 J O U R N A L0 FM E C H A N I C A LE N G I N E E R I N G V 0 1 ．55N O ．8 A p r ． 2 0 1 9 D O I 1 0 ．3 9 0 1 ／J M E ．2 0 1 9 ．0 8 ．1 9 2 采煤机截割部行星架可靠性设计木 赵丽娟范佳艺李明昊李惠 辽宁工程技术大学机械工程学院阜新 12 3 0 0 0 摘要为提高采煤机截割部行星架在复杂煤层赋存条件下的工作可靠性，以“M G 4 0 0 ／9 5 1 - W D ”型号采煤机为研究对象，基 于破煤理论，利用M a t l a b 得到含坚硬夹矸的复杂煤层赋存条件下采煤机螺旋滚筒的冲击载荷，结合刚柔耦合虚拟样机技术建 立以截割部行星架为柔性件的采煤机刚柔耦合虚拟样机模型，仿真发现了行星架应力集中区域。基于可靠性灵敏度设计理论、 可靠性稳健设计理论和性能退化理论，分析行星架设计变量对渐变可靠性灵敏度的影响，构建行星架多目标优化设计状态函 数，利用改进粒子群算法，得到设计变量最优解。结果表明，优化后的行星架最大应力下降5 6 ．3 8 8 ％，设计变量灵敏度趋于 零，行星架关注区域更加稳健，行星架可靠性得到提高。将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度设计理论、可靠性稳健设 计理论、性能退化理论和改进粒子群算法相结合，提出一种协同刚柔耦合虚拟样机动态可靠性设计方法，对机械设备传动机 构的可靠性分析与设计具有重要工程应用价值。 关键词采煤机；行星架刚柔耦合可靠性灵敏度可靠性稳健设计 中图分类号T D 4 2 l R e l i a b i l i t yD e s i g no f S h e a r e r ’sP l a n e tC a r r i e r Z H A OL O u a nF A N J i a y i L IM i n g h a oL IH u i C o l l e g eo fM e c h a n i c a lE n g i n e e r i n g ，L i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y , F u x i n12 3 0 0 0 A b s t r a c t I no r d e rt oi m p r o v et h er e l i a b i l i t yo fs h e a r e r ’Sp l a n e tc a r r i ei nc o m p l i c a t e ds e a m ，u s i n gt h eM G 4 0 0 ／9 51 - W Ds h e a r e rm o d e l a st h er e s e a r c ho b j e c t ，b a s e i n go nt h ec u t t i n gc o a lt h e o r y , d r u m ’Sg e n e r a lf o r c ea n dt o r q u el o a di so b t a i n e db yM a t l a b ．C o m b i n gw i t h r i g i d - f l e x i b l ev i r t u a lp r o t o t y p ec o u p l i n ge s t a b l i s h e dav i r t u a lp r o t o t y p em o d e lw i t hf l e x i b l ep l a n e tc a r r i e ，w e a kl i n k sa r ef o u n dt h r o u g h t h es i m u l a t i o n ．C o m b i n gw i t ht h et h e o r yo fr e l i a b i l i t ys e n s i t i v i t yd e s i g n ，r o b u s td e s i g nt h e o r ya n dt h et h e o r yo fp e r f o r m a n c e d e g r a d a t i o n ，t h ei n f l u e n c eo ft h ep l a n e tc a r r i e ’Sd e s i g nv a r i a b l e st or e l i a b i l i t ys e n s i t i v i t yg r a d i e n ti sa n a l y z e d ，am u l t i - o b j e c t i v e o p t i m i z a t i o ne v a l u a t i o nf u n c t i o no fp l a n e tc a r r i ei se s t a b l i s h e d ，t h eo p t i m a ld e s i g nv a r i a b l e si so b t a i n e db yi m p r o v e dp a r t i c l es w a r m o p t i m i z a t i o n ．T h er e s u l t ss h o wt h a tt h em a x i m u ms t r e s sd e c r e a s e db y5 6 ．3 8 8 ％a n dd e s i g nv a r i a b l es e n s i t i v i t yt e n d st ob e s t a b l e ．C o m b i n gw i t ht h et h e o r yo fr e l i a b i l i t ys e n s i t i v i t yd e s i g n ，r o b u s td e s i g nt h e o r ya n dt h et h e o r yo fp e r f o r m a n c ed e g r a d a t i o n ，a t h e o r yo fc o l l a b o r a t i v ec o u p l e dv i r t u a lp r o t o t y p et e c h n o l o g yw i t hr e l i a b i l i t yd e s i g ni sp r o p o s e d ，w h i c hh a si m p o r t a n te n g i n e e r i n g a p p l i c a t i o nv a l u e s ． K e yw o r d s s h e a r e r ；p l a n e tc a r r i e r ；r i g i d - f l e x i b l ec o u p l i n g ；r e l i a b i l i t ys e n s i t i v i t y ；r e l i a b i l i t yr o b u s td e s i g n 0 前言 采煤机截割部行星架作为采煤机截割部传动机 构的关键零件，易受到复杂、多变冲击载荷的影响 而失效⋯。近年来行星架可靠性的研究多集中在行 星架应力分析，朱卫波等【2 叫采用有限元分析软件在 建立好的完整齿轮模型或1 ／4 齿轮模型上直接添加 力或力矩对采掘机械行星减速机构的齿轮进行等效 应力分析，并针对仿真结果进行优化；郭建峰【5 J 对 国家自然科学基金资助项目 5 1 6 7 4 1 3 4 。2 0 1 8 0 4 1 1 收到初稿，2 0 1 8 0 9 0 4 收到修改稿 行星齿轮减速器进行有限元处理，分析关键位置应 力集中原因；高鹏等[ 6 】通过对采煤机牵引部行星架 的有限元分析解决了其在新型采煤机工作时出现的 传动失效问题；赵书斐等【7 J 利用M a t l a b 获得行星架 受力曲线，应用A n s y s 对行星架进行有限元分析得 到行星架受力。 在复杂煤层赋存条件下工作的采煤机，所受载 荷具有非线性、时变性和强耦合性特点【8 母J ，以往研 究中的静态分析方法难以准确表达行星架可靠性信 息，而将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性设计理论 相结合可解决复杂煤层采煤机截割部行星架可靠性 稳健设计问题，分析在冲击载荷作用下行星架设计 万方数据 2 0 1 9 年4 月赵丽娟等采煤机截割部行星架可靠性设计 1 9 3 变量对其可靠性的影响，利用改进粒子群算法对行 星架设计变量进行可靠性稳健设计，提高行星架工 作可靠性。 l理论背景 1 ．1 多目标优化设计理论 假设有聍个目标函数，多目标优化设计的表达 式为[ 1 0 】 卜1 1 1 i n 譬 2 掣彳 工 、厂z 工 、 J ∈R “ j E K { 石 z ⋯。z 工 ] 1 1 s ．t g f 工 ≤0 ／ 1 ，2 ，3 ，⋯，p lh k x ≤0k 1 ，2 ，3 ，⋯，g 式中F x 矢量目标函数 V m i n F x 多目标函数极小化； g ， x ≤0 ，h k x ≤0 约束条件。 对于矢量目标函数， z [ Z 工 ，以 x ⋯．．Z x ] 1 矢 量F 6 [ Z △，五6 ⋯⋯六6 】难以同时达到最优解，结合 线性加权法引入权系数形，将多目标优化问题转化 为单目标评价构造的评价函数为 U x ∑w f I 厂； 工 一z 6 I 2 即将式 1 转化为如下等价求解问题 f m i n 允 s ．t ．X ∈D 彬l z x 一∥l ≤五i 1 川2 ．．，胛名≥o 式中加权系数可由线性加权和法计算得到， 式为 3 计算 形 l ／，’ 4 Z ’5 卿Z x 5 X ∈Ⅳ 、7 式 3 的最优解为 x ’，允 ’，X 为该评价函数的最 优解。 1 ．2 可靠性灵敏度设计及量纲一化 机械产品的可靠性是衡量产品质量的一个重要 指标，也是研究机械产品在各种外界因素和内在因 素作用下的安全问题【1 12 1 。可靠性指标定义为 ∥2 等2 黼 ㈣ 结合摄动法和矩阵微分理论，由式 7 得到 可靠度R p 对设计变量的均值和方差的灵敏度分 别为【1 3 】 警 警篑署 ∽ d 矿筇呶d 否1 V7 器 可o R p 瓦o p 丽0 ％ 8 d V a r B a ∥a 盯。a V a r B 、”7 嚣 百1 9 o p go g 。 鲁 I 蠹，爰，爰，⋯，爰l c 加， d 否7l 竭’％’码一呱l u w 差一每 ㈣， o o g o 、。 志一2G1。陋-bBdVarB 0 B 丝0 B 1 2 。 ”叫 式中， 为克罗内克积。在机械可靠性分析中， 由于设计变量对结构的影响程度不同，设计变 量的单位往往不统一，因此灵敏度量纲一化是必 要的。 可靠度R 对设计变量的灵敏度量纲一化分别为 ‰。 詈生R 1 3 ‰ 志挈 1 4 式中一设计变量的标准差； v a r x , ’设计变量的方差； 尺可靠度。 1 ．3 可靠性稳健设计 可靠性稳健设计是降低设计变量对结构可靠度 的影响，使结构更加稳健的一种机械设计方法，其 数学模型为【1 4 】 r r f i n s x w , S l X W E 芝 x { s ．tR ≥R 1 5 【k 。≤X ≤工。 式中s x 多目标评价函数； S x 基于仿真建立的多目标评价函数； 是 x ～一基于可靠性灵敏度分析的多目标评 价函数； w l 和w 权值； X 设计变量； R 可靠度； R 目标可靠度 k 。设计变量区间下限； 墨。设计变量区间上限。 权值w 1 和w 计算方法为 万方数据 机械工程学报第5 5 卷第8 期 Ⅵ 丽警滞‰∞， W 2 1 一W l 1 7 在可靠性灵敏度分析的基础上，多目标评价函 数足 x 可由可靠性灵敏度向量的F _ 范数建立 是 x 』即 x 忆 1 8 式中，v P x 1 为可靠度对设计变量的一阶偏导 矢量。 2 采煤机刚柔耦合建模与仿真 2 ．1 载荷文件的生成 根据苏联破煤理论，基于项目组开发的“采煤 机载荷模拟程序”，计算夹矸煤坚固性系数为4 ．1 ， 截深为8 0 0m i l l ，滚筒转速为5 8r ／m i n ，牵引速度为 1 0m ／m i n 工况下的载荷曲线瞵’1 5 J ，采煤机工作时， 前滚筒受载比后滚筒恶劣，前滚筒三向力及三向力 矩如图1 所示。 1 5 0 l O O 5 0 O 一5 0 时间／s a 前滚筒三向力 l0152 02 530 时间／S b 前滚筒三向力矩 采煤机滚筒载荷曲线 施加约束、接触和驱动[ 1 9 1 ，建立的采煤机刚柔耦合 模型如图2 所示。 图2 米煤机刚柔耦合虚拟样机模型 2 ．3基于刚柔耦合虚拟样机技术采煤机关键零件 仿真结果 将载荷文本导入到A D A M S 中，在滚筒质心处 施加载荷并保证与滚筒实际受力方向一致。设置仿 真时间及步长，仿真得到前截割部行星架的应力云 图和最大应力节点曲线如图3 、4 所示。 等效应力／M I ’a 8 0 0 7 0 0 6 0 0 5 0 0 4 0 0 3 0 0 2 0 0 1 0 0 9 60 4 4 1 64 3 9 3 68 3 5 5 72 3 l 7 76 2 6 9 80 2 2 1 84 1 7 3 88 13 5 92 0 8 9 6 0 44 图3 行星架应力云图 { |划u I 础址i I I 山川山l i 山I i J 岫I 心山山山 于一 一一 OO 51O152 02 530 时间／S 图4 行星架最大应力节点心力曲线图 由图3 、4 可知，前截割部行星架最大应力值为 7 9 6 ．0 4 43M P a ，最大应力值点出现在行星轴孔处。 3 行星架渐变可靠性灵敏度分析 2 ．2 采煤机刚柔耦合模型的建立 利用P r o ／E n g i n e e r 建立采煤机整机模型并导入 3 ．1行星架设计变量的选取与约束条件的建立 A D A M S 中[ 1 6 邯】，应用A N S Y S 生成截割部行星架由行星架刚柔耦合仿真结果可知，行星架应力集 模态中性文件‘1 8 】，替换相应刚性零件。对虚拟样机 中区域分别为行星架轴间处和渐开线花键卸荷槽处， ￡苫＼R遐辍洳 图 O 一Ⅲ．z善粢R匠川譬整譬薷瞰担避暴蝼眯 万方数据 2 0 1 9 年4 月赵丽娟等采煤机截割部行星架可靠性设计 1 9 5 位置如图5 所示。 a 第一关注区域 b 第二关注区域 图5 行星架应力集中区域 注区域 注区域 定义行星架第一关注区域失效和第二关注区域 失效两种失效形式，影响第一区域可靠性的参数分 别有倒圆角尺1 、长度三l 、厚度凰和直径D 1 ，如图 6 所示，定义其为第一关注区域的设计变量矢量墨， 其初始值为X I 2 ，1 0 ，7 ，2 3 5 1 ，对结构参数按照 高斯分布计算得到采煤机行星架设计变量的概率统 计特性【l3 | ，如表1 所示。 图6 第一关注区域设计变量 表1 行星架第一关注区域设计变量概率统计特性 影响第二区域可靠性的参数分别有直径D 2 、倒 圆角尺2 和宽度￡2 ，如图7 所示，定义其为第二关注 区域的设计变量矢量置，其初始值为X 2 1 5 0 ，2 ， 8 T ，计算方法得到行星架第二关注区域设计变量的 概率统计特性，如表2 所示。 图7 第二关注区域设计变量的选取 表2 行星架第二关注区域设计变量概率统计特性 根据采煤机截割部行星传动系统的装配关系， 得到行星架第一关注区域设计变量僻，，厶，q ，D 1 T 和第二关注区域设计变量 砬，R 2 ，厶 7 的约束条件为 f 0 ≤R1 ≤2 0 0 ≤L ≤5 0 1o ≤i ≤8 1 9 1 2 0 0 ≤1 D l 4 2 0 f 1 4 7 7 D 2 ≤2 0 0 { 0 ≤恐≤1 0 2 0 1 0 ／．2 4 1 3 ．2 行星架多目标优化设计状态函数的建立 在约束条件内建立不同设计变量的行星架模态 中性文件，对其进行刚柔耦合虚拟样机仿真，基于 仿真结果，利用M a t l a b 拟合得到行星架最大应力与 各设计变量之间的函数关系‘2 0 1 ，依据性能退化理论 构造考虑性能退化的行星架剩余强度【1 3 ] ，关系式为 盯 胛 砟h m 1 h 一志 I n m 1 、 2 1 式中 盯 ，z 剩余强度； ，r 载荷作用次数 砟。h 初始强度； Ⅳ’疲劳寿命。 根据行星架最大应力与各设计变量之间的函数 关系并结合式 2 1 ，利用理想点与线性加权法得到 考虑性能退化的采煤机截割部行星架第一和第二关 注区域的状态函数为 G l 蜀，厶，q ，D 1 ，f ％， f 一g 。 墨，厶，q ，D 1 2 ％ f 一0 ．1 4 8 9 R t 3 1 ．1 5 呱2 1 8 ．1 0 9 墨 0 ．0 0 4 0 0 厶3 0 ．4 4 4 L a 2 1 2 ．7 1 8 厶 0 ．6 3 6 H 1 3 万方数据 机械工程学报第5 5 卷第8 期 1 5 ．8 3 5 H 1 2 8 7 ．3 7 9 H l 一0 ．0 0 41 9 6 D 1 3 3 ．0 0 49 D 1 2 7 1 2 ．4 9 6 D 1 5 4 9 9 6 ．3 0 8 2 2 G 2 D 2 ，垦，厶 ，f ‰ f 一g D 2 ，R ，厶 c r 删 f O ．0 0 79 9 D 2 3 4 ．4 0 5 D 2 2 8 0 2 ．2 9 7 D 2 0 ．5 6 8 R 2 3 1 6 ．9 3 7 R 2 2 1 4 3 ．2 0 2 R 一0 ．0 2 52 L 2 3 0 ．12 85 L 2 2 2 9 ．7 3 3 L 2 4 93 5 8 ．6 8 2 2 3 3 ．3 行星架渐变可靠性灵敏度分析及量纲一化 行星架的多失效形式相关的可靠度关系式为‘1 3 】 P 墨 ￡一c 日，昱 2 4 式中只第一关注区域可靠度； 只第二关注区域可靠度； C 鼻，只 第一和第二关注区域的相关性系数。 结合性能退化理论，矩阵中系数的关系式可表 示为 舭 竺燮塑型 2 5 珊。卜了群 2 5 行星架多失效形式间的相关系数矩阵为 f ，10 ．2 5 17 、 岛2 【o ．2 5 17 1 J 2 6 行星架第一和第二关注区域的可靠度对设计变 量的均值渐变灵敏度和方差渐变灵敏度关系式为 垫盟塑盟塑盟堂盟丝坐 d 瓦，≠ ’鲁氓 ‘ 够 7 呶f f ，a 石，f 7 。 a R f 嘲2 f 硒乖万 Q 7 ’ 垫盟垫盟旦盟翌生 尘 d V a r 夏，f 7 鲁粥 7 a ％Ⅳ 0 V a r 葛，f 一 a R f p n f 奶o O V a r Z ，f 1 1 2 8 式中尺。 f 行星架渐变可靠度o R i f 第i 关注区域的渐变可靠度； 屈 f 第i 关注区域的渐变可靠性指标5 ／1 。、第f 关注区域的设计变量均值； 肛， f 关注区域之间的相关性系数； 0 0 - 一、第i 关注区域的设计变量方差。 根据式 1 3 、 1 4 对行星架渐变可靠性灵敏度 进行量纲一化处理，得到采煤机截割部行星架第 一关注区域和第二关注区域的量纲一化均值渐变 灵敏度和均值渐变灵敏度量纲一化数值，如图8 ～ 1 1 所示。 R1 的均值渐变灵敏度量纲一化L1 的均值渐变灵敏度量纲一化 越’厂 趟u2 厂 蕉；L 一l 耖1 E 二j 己 H l 的均值渐变灵敏度量纲一化D 1 的均值渐变灵敏度量纲一化 趟- ⋯”e 趟6 厂1 0 一3 f 薰I ．，．薰；E 』 喀 J 聪，L j ／I 图8 第一关注区域的均值渐变灵敏度量纲一化结果 4 蓉z 喀 嚣。 一2一图一一 尺1￡1q D l 设计变量 图9 第一关注区域的均值渐变灵敏度量纲一化数值 D 2 的均值渐变R 2 的均值渐变工2 的均值渐变 灵敏度量纲一化灵敏度量纲一化灵敏度量纲一化 8 赵6 帮 皆4 露2 O 圈 圈豳 D 2R 2L 2 设计变量 图1 l第二关注区域的均值渐变灵敏度量纲一化数值 图8 、9 可知，采煤机截割部行星架渐变可靠性 灵敏度表明了设计变量对行星架可靠性的影响，其 值越大，对行星架可靠性的影响越大，其值越小， 对行星架可靠性的影响越小[ 2 1 。2 3 】。第一关注区域 设计变量五 蜀，厶，q ，D 】 T x l 的均值渐变灵敏度 量纲一化最大数值为 2 ．1 2 09 ，0 ．1 0 65 ，一1 ．4 0 30 ， O ．0 0 41 7 7 ，行星架第一关注区域的倒圆角尺1 、长度 厶和直径D 。的均值增加，将使行星架第一关注区域 的性能趋于可靠，厚度凰的均值降低将使行星架第 一关注区域的性能趋于可靠[ 2 4 - 2 6 J 。 由图1 0 、1 l 可知，第二关注区域设计变量 墨 n ，R 2 ，L 2 T x ，的均值渐变灵敏度量纲一化最大 数值为 0 ．0 2 72 5 ，7 ．2 1 2 ，0 ．3 3 75 ，行星架第二关注 区域的直径D 2 、倒圆角尺2 和宽度三2 的均值增加， O 5 0 ∞ ￡ 陀 O O O 巡罄嘁 万方数据 2 0 1 9 年4 月赵丽娟等采煤机截割部行星架可靠性设计 将使行星架第二关注区域的性能趋于可靠。采煤机 截割部行星架渐变可靠性灵敏度分析结果为行星架 的稳健设计提供了理论基础和准确的数据支撑，具 有重要的实际工程意义。 4 基于改进粒子群算法的行星架可靠 性稳健设计 由上述分析可知，行星架结构参数对行星架可 靠性均有影响，因此为提高行星架工作可靠度有必 要对行星架各参数进行可靠性稳健优化设计。基于 多目标优化设计理论和可靠性稳健优化设计数学模 型[ 2 。7 1 ，应用改进粒子群算法对采煤机截割部行星架 进行可靠性稳健优化设计。 在可靠性优化设计模型基础上引入可靠性灵敏 度函数，搭建可靠性稳健优化设计总体函数[ 1 3 1 。应 用改进粒子群算法的核函数表达式为f u n c t i o n [ x m ， S v ] P S O [ S ，1 0 ，2 ，2 ，0 ．9 ，0 ．4 ，5 0 ，3 ] ，式中 x m 为目标函数取最小值时的自变量值；跏为目标 函数最小值；S 为待优化的多目标优化设计评价函 数1 2 引。优化结果如图1 2 所示。 步数 图1 2 粒子群优化结果 由图1 2 可知，粒子群算法预测的状态函数最优 解为2 9 6 ．9 5 6 ，因此行星架预测最优解为3 5 3 ．0 4 4 M P a 。圆整粒子群优化结果后得到设计变量如表3 、 4 所示。 表3 采煤机截割部行星架第一关注区域设计变量 表4 采煤机截割部行星架第二关注区域设计变量最优解 基于粒子群的优化分析结果，建立优化后的行星 架模态中性文件进行刚柔耦合虚拟样机仿真，得到优 化后的行星架应力云图和最大值曲线如图1 3 ～1 5 所 示，优化后行星架设计变量灵敏度如图1 6 、1 7 所示。 3 5 00 3 0 00 皇2 5 00 ．R2 0 00 曩1 5 0o 蜘1 0 00 5 0O O 图1 3 优化后行星架等效应力 ‰岫刖龇“舢眦j I 山_ 山 “ l 唧『I 叩l 叩“ ’哪叩㈣旧ⅢI 唧刷 唧 魏 0 5l0152 02 53 ．0 时间／s 图1 4 优化后行星架第一关注区域最大值曲线图 3 5 00 3 0 00 塞2 5 0 R 2 0 0 黎1 5 0 洳1 0 0 5 0 地J u ㈦山山h 龇㈨u 舢山岫⋯“山山l L 唧 l r ， 1 m W _ 『丌I 叩I _ 唧雨旷f f 『I I 叩朋啊呷『n ”1 揖 l _ 一 圆_ | | | | | | | | | | | | | | 一 | | 一| | 万方数据 1 9 8机械工程学报 第5 5 卷第8 期 8 越6 旃 聪4 堙 霹2 0 豳 圈圈田园 优化前D 2 优化前R 2 优化前也 优化后D 2优化后J R 2 优化后L 2 设计变量 图1 7 第二关注区域优化前后灵敏度比较 由图1 6 、1 7 可知，优化后的行星架第一关注区 域设计变量灵敏度为 0 ．8 3 04 ，一0 ．0 0 29 6 3 ，一0 ．7 5 96 ， 0 ．0 0 09 5 57 ，优化后的行星架第二关注区域设计变 量灵敏度为 0 ．0 1 56 2 ，1 ．6 8 2 ，0 ．2 0 40 ，与优化前进 行比较，行星架第一关注区域和第二关注区域设计 变量更趋于零，表明优化后行星架第一关注区域和 第二关注区域均更加稳健。得到优化后的行星架第 一关注区域的可靠度尺。，． 0 ．9 9 99 ，行星架第二关 注区域的可靠度尺。，， 0 ．9 9 99 ，优化后的行星架可 靠度为R s 尺脚。‰，2 0 ．9 9 99 ，达到设计要求。 2 0 1 5 年6 月起在兖州煤业鄂尔多斯文玉煤矿对 该型采煤机进行了工业性试验并正式投产，单机年 产量达到1 2 0 万t ，该机型采煤机在兖州煤业本部煤 矿使用至今，工作稳定，行星架性能可靠。 5结论 1 采煤机工作过程中受到的冲击载荷复杂多 变，利用项目组基于破煤理论开发的“采煤机载荷 模拟程序”可得到用于虚拟样机仿真的螺旋滚筒三 向力及三向力矩，通过刚柔耦合虚拟样机仿真获得 关键零件的薄弱环节，可以此建立关键零件的失效 区域。 2 将刚柔耦合虚拟样机仿真与多目标优化设 计理论、性能退化理论相结合，获得用于零件可靠 性分析的状态函数，为构建复杂机构可靠性分析状 态函数提供了数据支撑。 3 将刚柔耦合虚拟样机技术与可靠性灵敏度 设计理论、可靠性稳健设计理论、性能退化理论和 改进粒子群算法相结合，提出了一种协同刚柔耦合 虚拟样机动态可靠性设计方法，可分析多因素对机 械设备可靠性的影响并进行可靠性稳健优化设计， 具有重要工程应用价值。 参考文献 【1 ] 马联伟．采煤机行星架可靠性分析与优化[ J 】．煤炭工 程，2 0 1 6 ，4 8 6 1 2 8 - 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