浅谈钻探机械可靠性设计的合理性研究

王刚

摘 要：本文主要是针对钻探机械可靠性设计在当前我国推行过程中所存在的问题而写的。文章讲述了机械可靠性的基本概念、钻探机械常见故障原因分析、机械可靠性的设计方法以及研究钻探机械可靠性设计合理性的意义。文中详细列舉了十种常用的可靠性设计方法，在开展钻探机械可靠性设计的合理性研究和实际操作中具有很强的现实指导意义。

关键词：钻探机械；可靠性；

文章编号：1674-3520（2015）-06-00-01

设计方法 有时在设计时认为是安全的，但是在实际应用中却并不安全，而设计时认为是不安全的，实际应用却是安全的，两者之间就是理论与实际应用的差距。由于其中的随机性和不确定性，引进可靠性设计是合理的做法。

一、可靠性基本概念

按照国家有关标准，可靠性就是产品在规定的时间和规定的条件下完成规定功能的能力。 规定的时间就是度量产品使用过程的尺度，工作小时数、工作转数、应力循环次数、行驶里程等都可以当做规定的时间来看待。由于机械会出现各种各样的疲劳、磨损、老化等现象，产品很难永久保持其技术状态不发生改变，因而，规定的时间就成为了确定产品可靠性的先决条件。 所谓规定的功能，指的是国家标准和有关技术文件中所规定的产品的各种功能、技术性能指标和要求。当产品通过试验证明其达到规定的各项指标和要求时，则可以称该产品完成规定的功能。如果产品不能完成规定的功能，则称产品发生故障或失效。故障诊断的基本依据是描述产品功能的数量指标，如果没有确定的数量界限，就难以正确判断是否发生故障。 产品的能力是指产品完成规定功能的可能性。由于产品故障是一种随机现象，因而，这种可能性具有统计学上的意义，一般用不发生故障的概率来表示。 随着以可靠性为核心的维修技术的发展和机械自动化程度的提高，我们对机械设备的可靠性提出了更高的要求，一旦机械设备某部件发生故障，将会影响整个机械设备的正常运行，所以必须要求在故障发生之前就能够有效地预测出其发生或发展的趋势。目前，用于现场监测设备运行状态的物理量有压力、噪声、温度、震动量和磨损量等易于测得的数据，这些物理量是随运行状态动态变化的，有随着时间延长而增大的趋势。

二、研究钻探机械可靠性设计合理性的意义

现代机械产品应该具有的基本属性是，使用过程中能够可靠运行，在封存、运输期间能够保持良好的技术状态。然而机械设备只有在较高可靠性的条件下，才有可能发挥出其具有的最大效能，可靠性是衡量机械质量好坏的一项重要指标。因此可靠性对于各类产品均具有十分重要的意义，它关系着现代工程机械的安全性和使用效率。机械可靠性分析的一个重要任务是确保其设计的机械零件能够在规定的工作时间，规定的条件下完成规定的功能。目前可靠性分析方法已经广泛应用于机械设计的各个领域，成为工程设计中行之有效的分析方法和选用依据。因而展开机械可靠性设计的合理性研究具有非常大的实际应用价值，且其中涉及到机械安全问题。机械安全是指机器在规定的使用条件下执行其功能和对其进行运输、安装、调试、维修、拆卸和处理时对人不产生损害健康的能力。在产品的设计阶段就要考虑其安全和可靠性问题，将安全隐患消灭在萌芽状态，从根本上实现产品的安全可靠。

三、钻探机械常见故障原因分析机械故障指的是机械的某一结构、零件的尺寸、性状或性能发生改变，导致完全不能或部分不能执行预期的功能

常见的机械故障主要有破断性故障、变形类故障、腐蚀摩擦类故障、失效型故障以及系统故障等。而对于钻探机械来说，常见的故障主要有破断性故障和腐蚀摩擦类故障，这两类故障经常发生，导致不能正常作业和操作。就其原因，主要有如下几点。1、从设计的角度来说，材料选取不当，热处理及尺寸不当，系统设计不合理均会导致此类故障的发生。如果选取的材料强度不能达到预定的要求，那么在操作中，面对复杂的环境，必然容易发生损毁。同样，如果某一个零件尺寸偏大，那么势必会对其他零件造成磨损，甚至影响整个系统的稳定运行，而如果尺寸偏小，又必然会导致其所能承受的应力范围偏小，当面临预定的应力时，发生损毁就成为必然的了。2、从制造的角度来说，制造工艺或安装不符合规定要求，也会导致机械故障的发生。譬如零件加工环节，光滑度不符合要求，那么在实际使用中就会加大磨损，导致零件尺寸过早的变小，从而导致零件不能承受较大应力，同时由于光滑度不足，在使用过程中还会产生巨大的热量，导致构件发生疲劳反应，甚至引起整个系统不能正常运行。3、从使用的角度来说，不当操作，不注重维护保养也是重要原因。譬如，钻探机械在使用过后，由于钻探机械的操作环境相对比较复杂，有的环境呈酸性，那么在使用过后就必须要做好保养工作，如不按照规定要求做好保养工作，那么相关零件就会发生锈蚀，进而影响性能。

四、机械可靠性的设计方法

机械可靠性包括机构可靠性和结构可靠性。机构可靠性主要是研究机构在运作过程中由于运动学问题而引起的故障；而结构可靠性则主要研究结构的强度以及由于载荷的影响使之疲劳、磨损、断裂等引起的失效。机械可靠性设计包括定性可靠性设计和定量可靠性设计。定性可靠性设计是在进行故障模式影响及危害性分析的基础上，针对性地应用成功的设计经验使所设计的产品达到可靠的目的；定量可靠性设计是充分掌握所设计零件的强度分布和应力分布以及各种设计参数的随机性基础上，通过建立隐式极限状态函数或显式极限状态函数的关系设计出满足规定可靠性要求的产品。 机械可靠性的设计方法是目前开展机械可靠性设计的一种最直接且最有效的方法，在机构可靠性设计和结构可靠性设计中被大量采用。机械可靠性设计根据产品的不同和构成的差异，可采用以下几种可靠性设计方法：1、预防故障设计：机械产品一般属于串联系统.要提高整体的可靠性，首先应从零部件的严格选择和控制做起。2、简化设计：机械设计在满足预定功能的情况下，应力求简单，零部件的数量应尽可能减少，越简单越可靠是可靠性设计的一个基本原则，更是提高可靠性减少故障的最有效方法。 3、余度设计：就是对完成规定功能设置重复的结构、备件等，以保证局部发生失效时，系统仍能完成规定功能的设计。这种设计方法提高了机械系统的任务可靠度，但基本可靠性却相应降低了，因此考虑采用余度设计时务必要慎重。4、耐环境设计：是在设计时应考虑产品在整个寿命周期内可能遇到的各种环境影响，例如装配、振动影响、运输时的冲击、贮存时的温度、湿度、霉菌等影响，使用时的气候、沙尘振动等影响。 结束语 总之，机械设备的可靠性需要我们站在一个比较全面的角度综合权衡，在产品满足功能需要的基础上，提高其可靠性，以更好创造效益。

参考文献：

[1]任建军.谈煤矿井下钻探机械在生产安全中发挥的重要关系[j].才智，2011，21.

[2]邬迪，张幼振，吕汉江. 钻探机械绿色产品设计及评价[j].煤炭工程，2007年，第五期.