如何通過設(shè)計提高鉆探機(jī)械的可靠性

彭儒金

（湖南工程職業(yè)技術(shù)學(xué)院探礦機(jī)械研制中心，湖南 長沙 410100）

在社會和經(jīng)濟(jì)發(fā)展過程中，各領(lǐng)域需要大量的工程機(jī)械，其中鉆探機(jī)械是重要的組成部分。但是我國鉆探機(jī)械發(fā)展較為緩慢，主要是在設(shè)計方面受到較大的限制，導(dǎo)致鉆探機(jī)械在運行過程中，無法保持可靠性狀態(tài)，致使鉆探機(jī)械在遇到特殊地質(zhì)結(jié)構(gòu)時，無法深入至指定的深度獲得地質(zhì)資源。加強(qiáng)鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計研究，采用多種設(shè)計方法，包括預(yù)防性設(shè)計、簡化設(shè)計以及余度設(shè)計等，有助于提高鉆探機(jī)械的可靠性。

1 關(guān)于可靠性的概述

在限定的標(biāo)準(zhǔn)時間內(nèi)，使用工程機(jī)械可以完成指定的生產(chǎn)任務(wù)，證明工程機(jī)械具有良好的可靠性。在限定的時間內(nèi)，通常使用工作時間、行駛里程等表示。此外在工程機(jī)械運行過程中，使工程機(jī)械處于可靠性運行狀態(tài)，還應(yīng)考慮工程機(jī)械所處的自然環(huán)境，根據(jù)自然環(huán)境中的溫度、空間以及地理位置等條件，全面分析工程機(jī)械的可靠性。

在鉆探機(jī)械設(shè)備可靠性分析的過程中，我們主要從結(jié)構(gòu)內(nèi)容的可靠性分析，鉆探機(jī)械設(shè)備的載荷過大會導(dǎo)致機(jī)械系統(tǒng)出現(xiàn)疲勞、磨損、斷裂等現(xiàn)象，進(jìn)而出現(xiàn)了失效性問題，可以針對定量可靠性系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行科學(xué)分析。在機(jī)械可靠性問題研究中，進(jìn)行故障預(yù)防項目設(shè)計，實現(xiàn)對零部件設(shè)計內(nèi)容進(jìn)行合理選擇及有效性控制，同時盡量減少鉆探機(jī)械設(shè)備所使用零部件，減少設(shè)備出現(xiàn)故障概率；優(yōu)化于都設(shè)計的核心性內(nèi)容，在規(guī)定范圍內(nèi)，將重復(fù)性結(jié)構(gòu)、備件等裝備裝置進(jìn)行合理化應(yīng)用，當(dāng)局部裝置出現(xiàn)失效現(xiàn)象時，要提升核心技術(shù)理念。在鉆探機(jī)械設(shè)計過程中應(yīng)充分考慮到壽命及周期的使用內(nèi)容，如裝置內(nèi)容的裝配、運輸以及振動現(xiàn)象，在應(yīng)用過程中可以進(jìn)行強(qiáng)化環(huán)境分析。另外通過模擬方式可以逐漸優(yōu)化鉆探機(jī)械設(shè)備的可靠性。在降額設(shè)計理念應(yīng)用過程中將鉆探機(jī)械設(shè)備零部件使用應(yīng)力降到最低，為技術(shù)優(yōu)化提供保證。

2 關(guān)于鉆探機(jī)械系統(tǒng)的構(gòu)建

我國在地質(zhì)開發(fā)過程中，通過構(gòu)建鉆探機(jī)械系統(tǒng)，已經(jīng)促進(jìn)地質(zhì)領(lǐng)域快速發(fā)展，并且鉆探機(jī)械的開采能力不斷提高，許多創(chuàng)新技術(shù)得以廣泛的應(yīng)用。在信息技術(shù)背景下，將計算機(jī)輔助設(shè)計應(yīng)用在鉆探機(jī)械中，通過創(chuàng)新設(shè)計提高鉆探機(jī)械的可靠性水平，使我國鉆探機(jī)械不斷擴(kuò)大在世界的影響力。

在鉆探機(jī)械系統(tǒng)構(gòu)建過程中，鉆探設(shè)備是由多個機(jī)械組成，包括鉆塔、鉆機(jī)、泥漿泵、泥漿攪拌機(jī)、泥漿凈化設(shè)備、鉆具以及附屬工具等。以鉆井泵機(jī)為例，在計算機(jī)內(nèi)進(jìn)行設(shè)計時，會構(gòu)建鉆井泵機(jī)架模型，在模型中會設(shè)置多種構(gòu)件，包括底板、軸承座、左墻板、前底板、前板墻、前連接板以及右墻板組成。上述構(gòu)件組建鉆井泵機(jī)架模型后，在計算機(jī)內(nèi)通過模擬演示的方式，將鉆井泵機(jī)轉(zhuǎn)入到運行狀態(tài)，此時在計算機(jī)中，鉆井泵機(jī)架模型的過程，可以作為鉆井實際運行的參考，以便發(fā)現(xiàn)鉆井泵機(jī)在運行時出現(xiàn)的問題，針對問題進(jìn)行合理化設(shè)計。

3 關(guān)于鉆探機(jī)械故障原因的分析

鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障的原因，主要是以下幾個方面導(dǎo)致的：首先，鉆探機(jī)械內(nèi)部設(shè)置的零部件，由于規(guī)格、性能等存在問題，會影響到鉆探機(jī)械正常的工作。零部件出現(xiàn)規(guī)格、性能等問題后，導(dǎo)致鉆探機(jī)械出現(xiàn)許多故障，分別為破斷性故障、機(jī)械腐蝕故障以及外部形態(tài)變化故障等；其次，鉆探機(jī)械在使用期間，受到自然環(huán)境的影響，許多具有腐蝕性的物質(zhì)侵蝕鉆探機(jī)械，并且鉆探機(jī)械出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損情況，最終導(dǎo)致鉆探機(jī)械無法工作。

通過對引發(fā)鉆探機(jī)械故障的原因進(jìn)行分析，從以下幾個方面可以找出鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障的原因：一，在鉆探機(jī)械設(shè)計過程中，由于設(shè)計人員未能選用合適的材料，鉆探機(jī)械完成制造后，通過熱處理時，材料受熱規(guī)格發(fā)生變化，導(dǎo)致鉆探機(jī)械內(nèi)部存在較大的間隙，間隙進(jìn)入雜質(zhì)后，零部件出現(xiàn)較為嚴(yán)重的磨損情況；二，在鉆探機(jī)械生產(chǎn)制造過程中，制造過程未能嚴(yán)格按照流程進(jìn)行，鉆探機(jī)械會出現(xiàn)故障。例如在鉆探機(jī)械內(nèi)部安裝零部件時，由于未能對零部件進(jìn)行光滑處理，零部件的光滑程度未能達(dá)到制造要求，零部件在運行時，受到相互擠壓后，零部件的尺寸會發(fā)生變化，一旦零部件尺寸發(fā)生變化，鉆探機(jī)械內(nèi)部的承載能力不斷下降。此外零部件相互擠壓，會出現(xiàn)較為嚴(yán)重的摩擦情況，致使機(jī)械內(nèi)部產(chǎn)生大量的熱量，內(nèi)部溫度不斷升高，鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障；三，在鉆探機(jī)械運行過程中，由于工作人員未能按照流程操作，或者缺乏對鉆探機(jī)械有效的維修和保養(yǎng)，鉆探機(jī)械性能不斷下降，鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障的概率不斷提高。

4 鉆探機(jī)械可靠性的設(shè)計方法

在鉆探機(jī)械設(shè)計過程中，提升鉆探機(jī)械的可靠性，是鉆探機(jī)械設(shè)計工作的目標(biāo)。以宏觀角度進(jìn)行分析，鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計，是由定性可靠性設(shè)計和定量可靠性設(shè)計組成。在定性可靠性設(shè)計過程中，可以采用提前預(yù)測的方法，分析鉆探機(jī)械可能出現(xiàn)的故障，針對故障進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計，避免鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障，從而提高鉆探機(jī)械的可靠性。

現(xiàn)階段鉆探機(jī)械種類不斷豐富，原有的可靠性設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)發(fā)生變化，在鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計過程中，應(yīng)根據(jù)鉆探機(jī)械所處的環(huán)境以及其它條件造成的影響，通過全面的分析后，進(jìn)行可靠性設(shè)計。

4.1 預(yù)防性設(shè)計

在鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計過程中，預(yù)防性設(shè)計是重要的組成部分。由于鉆探機(jī)械工作環(huán)境較為復(fù)雜，需要設(shè)計人員全面分析自然條件下，引發(fā)鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障的原因，根據(jù)原因進(jìn)行預(yù)防性設(shè)計。通過預(yù)防性設(shè)計，使鉆探機(jī)械在不同的自然條件下運行時，可以避免受到復(fù)雜條件，導(dǎo)致鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障無法正常的使用。

4.2 簡化設(shè)計

采用簡化設(shè)計方法進(jìn)行鉆探機(jī)械設(shè)計時，一般用于設(shè)計結(jié)構(gòu)較為簡單的鉆探機(jī)械。在簡化設(shè)計過程中，可以全面掌握鉆探機(jī)械的各個結(jié)構(gòu)，使每個結(jié)構(gòu)可以充分發(fā)揮應(yīng)有的作用，在鉆探期間保持穩(wěn)定的運行狀態(tài)，從而提升鉆探機(jī)械的可靠性。

4.3 余度設(shè)計方法

采用余度設(shè)計方法進(jìn)行設(shè)計時，一般用于設(shè)計較為復(fù)雜的鉆探機(jī)械。在復(fù)雜的鉆探機(jī)械中，鉆探機(jī)械結(jié)構(gòu)會增加較多的構(gòu)件。上述構(gòu)件的作用，體現(xiàn)在一旦鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障，或者未能保持在穩(wěn)定狀態(tài)運行，構(gòu)件會自行處理鉆探機(jī)械出現(xiàn)的故障，從而強(qiáng)化鉆探機(jī)械的可靠性。在鉆探機(jī)械設(shè)計期間，采用余度設(shè)計方法，在鉆探機(jī)械設(shè)備內(nèi)部配置構(gòu)件，可以及時處理出現(xiàn)的故障，但是應(yīng)注意的是，鉆探機(jī)械的基本性能會受到影響，長期運行后，鉆探機(jī)械的可靠性會不斷下降。

4.4 對于環(huán)境適應(yīng)度的設(shè)計

由于鉆探機(jī)械會在較為復(fù)雜的環(huán)境中運行，根據(jù)環(huán)境條件進(jìn)行鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計，需要設(shè)計人員掌握鉆探機(jī)械的使用目的以及性能要求，并結(jié)合自然環(huán)境條件，對鉆探機(jī)械產(chǎn)生的不利影響，針對可能出現(xiàn)的故障進(jìn)行設(shè)計，以便提高鉆探機(jī)械的可靠性。以環(huán)境條件Wie 角度進(jìn)行鉆探機(jī)械設(shè)計時，提高鉆探機(jī)械的環(huán)境適應(yīng)能力，設(shè)計人員應(yīng)充分研究土壤的酸堿性，外部環(huán)境溫度、濕度以及交通條件等，在設(shè)計過程中使用抗腐蝕性能的材料，有效防止環(huán)境中的不利因素導(dǎo)致鉆探機(jī)械出現(xiàn)故障。此外在考慮鉆探機(jī)械運行環(huán)境條件的同時，還應(yīng)注意鉆探機(jī)械在運輸過程中受到影響。在運輸環(huán)境中，鉆探機(jī)械會受到碰撞的影響，同時在封存的密封環(huán)境中，如果密封環(huán)境濕度較大，均會影響鉆探機(jī)械的可靠性。

5 關(guān)于鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計的意義

鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計的意義體現(xiàn)在以下幾個方面：首先，通過可靠性設(shè)計，可以提升鉆探機(jī)械的穩(wěn)定運行能力；其次，鉆探機(jī)械在自然環(huán)境中運行時，由于自然環(huán)境條件會發(fā)生變化，提高鉆探機(jī)械的抗環(huán)境干擾能力，有助于延長鉆探機(jī)械的使用壽命；三，通過可靠性設(shè)計，進(jìn)一步優(yōu)化和完善鉆探機(jī)械結(jié)構(gòu)，使鉆探機(jī)械內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加緊密，在保證設(shè)定間隙的前提下，各個零部件不會出現(xiàn)磨損情況，從而降低鉆探機(jī)械的維修和保養(yǎng)成本；四，在可靠性設(shè)計過程中，設(shè)計人員綜合考慮各項因素，使用性價比較高的材料，可以控制鉆探機(jī)械制造成本，從而擴(kuò)大鉆探機(jī)械生產(chǎn)規(guī)模，加快我國鉆探領(lǐng)域發(fā)展速度。

6 結(jié)語

綜上所述，在鉆探機(jī)械設(shè)計時，以提高鉆探機(jī)械可靠性作為設(shè)計目標(biāo)，設(shè)計人員應(yīng)全面考慮鉆探機(jī)械在自然環(huán)境中受到的影響因素，結(jié)合鉆探機(jī)械實際運行狀態(tài)，采用不同的方法進(jìn)行設(shè)計。通過對鉆探機(jī)械進(jìn)行可靠性設(shè)計，一方面使鉆探機(jī)械運行更加穩(wěn)定，提高鉆探機(jī)械的運行效率，另一方面促進(jìn)我國鉆探機(jī)械快速發(fā)展。