淺談鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計的合理性研究

王剛

摘 要：本文主要是針對鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計在當(dāng)前我國推行過程中所存在的問題而寫的。文章講述了機(jī)械可靠性的基本概念、鉆探機(jī)械常見故障原因分析、機(jī)械可靠性的設(shè)計方法以及研究鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計合理性的意義。文中詳細(xì)列舉了十種常用的可靠性設(shè)計方法，在開展鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計的合理性研究和實際操作中具有很強(qiáng)的現(xiàn)實指導(dǎo)意義。

關(guān)鍵詞：鉆探機(jī)械；可靠性；

文章編號：1674-3520（2015）-06-00-01

設(shè)計方法 有時在設(shè)計時認(rèn)為是安全的，但是在實際應(yīng)用中卻并不安全，而設(shè)計時認(rèn)為是不安全的，實際應(yīng)用卻是安全的，兩者之間就是理論與實際應(yīng)用的差距。由于其中的隨機(jī)性和不確定性，引進(jìn)可靠性設(shè)計是合理的做法。

一、可靠性基本概念

按照國家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，可靠性就是產(chǎn)品在規(guī)定的時間和規(guī)定的條件下完成規(guī)定功能的能力。 規(guī)定的時間就是度量產(chǎn)品使用過程的尺度，工作小時數(shù)、工作轉(zhuǎn)數(shù)、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、行駛里程等都可以當(dāng)做規(guī)定的時間來看待。由于機(jī)械會出現(xiàn)各種各樣的疲勞、磨損、老化等現(xiàn)象，產(chǎn)品很難永久保持其技術(shù)狀態(tài)不發(fā)生改變，因而，規(guī)定的時間就成為了確定產(chǎn)品可靠性的先決條件。 所謂規(guī)定的功能，指的是國家標(biāo)準(zhǔn)和有關(guān)技術(shù)文件中所規(guī)定的產(chǎn)品的各種功能、技術(shù)性能指標(biāo)和要求。當(dāng)產(chǎn)品通過試驗證明其達(dá)到規(guī)定的各項指標(biāo)和要求時，則可以稱該產(chǎn)品完成規(guī)定的功能。如果產(chǎn)品不能完成規(guī)定的功能，則稱產(chǎn)品發(fā)生故障或失效。故障診斷的基本依據(jù)是描述產(chǎn)品功能的數(shù)量指標(biāo)，如果沒有確定的數(shù)量界限，就難以正確判斷是否發(fā)生故障。 產(chǎn)品的能力是指產(chǎn)品完成規(guī)定功能的可能性。由于產(chǎn)品故障是一種隨機(jī)現(xiàn)象，因而，這種可能性具有統(tǒng)計學(xué)上的意義，一般用不發(fā)生故障的概率來表示。 隨著以可靠性為核心的維修技術(shù)的發(fā)展和機(jī)械自動化程度的提高，我們對機(jī)械設(shè)備的可靠性提出了更高的要求，一旦機(jī)械設(shè)備某部件發(fā)生故障，將會影響整個機(jī)械設(shè)備的正常運(yùn)行，所以必須要求在故障發(fā)生之前就能夠有效地預(yù)測出其發(fā)生或發(fā)展的趨勢。目前，用于現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理量有壓力、噪聲、溫度、震動量和磨損量等易于測得的數(shù)據(jù)，這些物理量是隨運(yùn)行狀態(tài)動態(tài)變化的，有隨著時間延長而增大的趨勢。

二、研究鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計合理性的意義

現(xiàn)代機(jī)械產(chǎn)品應(yīng)該具有的基本屬性是，使用過程中能夠可靠運(yùn)行，在封存、運(yùn)輸期間能夠保持良好的技術(shù)狀態(tài)。然而機(jī)械設(shè)備只有在較高可靠性的條件下，才有可能發(fā)揮出其具有的最大效能，可靠性是衡量機(jī)械質(zhì)量好壞的一項重要指標(biāo)。因此可靠性對于各類產(chǎn)品均具有十分重要的意義，它關(guān)系著現(xiàn)代工程機(jī)械的安全性和使用效率。機(jī)械可靠性分析的一個重要任務(wù)是確保其設(shè)計的機(jī)械零件能夠在規(guī)定的工作時間，規(guī)定的條件下完成規(guī)定的功能。目前可靠性分析方法已經(jīng)廣泛應(yīng)用于機(jī)械設(shè)計的各個領(lǐng)域，成為工程設(shè)計中行之有效的分析方法和選用依據(jù)。因而展開機(jī)械可靠性設(shè)計的合理性研究具有非常大的實際應(yīng)用價值，且其中涉及到機(jī)械安全問題。機(jī)械安全是指機(jī)器在規(guī)定的使用條件下執(zhí)行其功能和對其進(jìn)行運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、維修、拆卸和處理時對人不產(chǎn)生損害健康的能力。在產(chǎn)品的設(shè)計階段就要考慮其安全和可靠性問題，將安全隱患消滅在萌芽狀態(tài)，從根本上實現(xiàn)產(chǎn)品的安全可靠。

三、鉆探機(jī)械常見故障原因分析機(jī)械故障指的是機(jī)械的某一結(jié)構(gòu)、零件的尺寸、性狀或性能發(fā)生改變，導(dǎo)致完全不能或部分不能執(zhí)行預(yù)期的功能

常見的機(jī)械故障主要有破斷性故障、變形類故障、腐蝕摩擦類故障、失效型故障以及系統(tǒng)故障等。而對于鉆探機(jī)械來說，常見的故障主要有破斷性故障和腐蝕摩擦類故障，這兩類故障經(jīng)常發(fā)生，導(dǎo)致不能正常作業(yè)和操作。就其原因，主要有如下幾點。1、從設(shè)計的角度來說，材料選取不當(dāng)，熱處理及尺寸不當(dāng)，系統(tǒng)設(shè)計不合理均會導(dǎo)致此類故障的發(fā)生。如果選取的材料強(qiáng)度不能達(dá)到預(yù)定的要求，那么在操作中，面對復(fù)雜的環(huán)境，必然容易發(fā)生損毀。同樣，如果某一個零件尺寸偏大，那么勢必會對其他零件造成磨損，甚至影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而如果尺寸偏小，又必然會導(dǎo)致其所能承受的應(yīng)力范圍偏小，當(dāng)面臨預(yù)定的應(yīng)力時，發(fā)生損毀就成為必然的了。2、從制造的角度來說，制造工藝或安裝不符合規(guī)定要求，也會導(dǎo)致機(jī)械故障的發(fā)生。譬如零件加工環(huán)節(jié)，光滑度不符合要求，那么在實際使用中就會加大磨損，導(dǎo)致零件尺寸過早的變小，從而導(dǎo)致零件不能承受較大應(yīng)力，同時由于光滑度不足，在使用過程中還會產(chǎn)生巨大的熱量，導(dǎo)致構(gòu)件發(fā)生疲勞反應(yīng)，甚至引起整個系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。3、從使用的角度來說，不當(dāng)操作，不注重維護(hù)保養(yǎng)也是重要原因。譬如，鉆探機(jī)械在使用過后，由于鉆探機(jī)械的操作環(huán)境相對比較復(fù)雜，有的環(huán)境呈酸性，那么在使用過后就必須要做好保養(yǎng)工作，如不按照規(guī)定要求做好保養(yǎng)工作，那么相關(guān)零件就會發(fā)生銹蝕，進(jìn)而影響性能。

四、機(jī)械可靠性的設(shè)計方法

機(jī)械可靠性包括機(jī)構(gòu)可靠性和結(jié)構(gòu)可靠性。機(jī)構(gòu)可靠性主要是研究機(jī)構(gòu)在運(yùn)作過程中由于運(yùn)動學(xué)問題而引起的故障；而結(jié)構(gòu)可靠性則主要研究結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度以及由于載荷的影響使之疲勞、磨損、斷裂等引起的失效。機(jī)械可靠性設(shè)計包括定性可靠性設(shè)計和定量可靠性設(shè)計。定性可靠性設(shè)計是在進(jìn)行故障模式影響及危害性分析的基礎(chǔ)上，針對性地應(yīng)用成功的設(shè)計經(jīng)驗使所設(shè)計的產(chǎn)品達(dá)到可靠的目的；定量可靠性設(shè)計是充分掌握所設(shè)計零件的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布以及各種設(shè)計參數(shù)的隨機(jī)性基礎(chǔ)上，通過建立隱式極限狀態(tài)函數(shù)或顯式極限狀態(tài)函數(shù)的關(guān)系設(shè)計出滿足規(guī)定可靠性要求的產(chǎn)品。 機(jī)械可靠性的設(shè)計方法是目前開展機(jī)械可靠性設(shè)計的一種最直接且最有效的方法，在機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計和結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計中被大量采用。機(jī)械可靠性設(shè)計根據(jù)產(chǎn)品的不同和構(gòu)成的差異，可采用以下幾種可靠性設(shè)計方法：1、預(yù)防故障設(shè)計：機(jī)械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).要提高整體的可靠性，首先應(yīng)從零部件的嚴(yán)格選擇和控制做起。2、簡化設(shè)計：機(jī)械設(shè)計在滿足預(yù)定功能的情況下，應(yīng)力求簡單，零部件的數(shù)量應(yīng)盡可能減少，越簡單越可靠是可靠性設(shè)計的一個基本原則，更是提高可靠性減少故障的最有效方法。 3、余度設(shè)計：就是對完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)、備件等，以保證局部發(fā)生失效時，系統(tǒng)仍能完成規(guī)定功能的設(shè)計。這種設(shè)計方法提高了機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)可靠度，但基本可靠性卻相應(yīng)降低了，因此考慮采用余度設(shè)計時務(wù)必要慎重。4、耐環(huán)境設(shè)計：是在設(shè)計時應(yīng)考慮產(chǎn)品在整個壽命周期內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境影響，例如裝配、振動影響、運(yùn)輸時的沖擊、貯存時的溫度、濕度、霉菌等影響，使用時的氣候、沙塵振動等影響。 結(jié)束語 總之，機(jī)械設(shè)備的可靠性需要我們站在一個比較全面的角度綜合權(quán)衡，在產(chǎn)品滿足功能需要的基礎(chǔ)上，提高其可靠性，以更好創(chuàng)造效益。

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