鉆探機械的可靠性設計論文

鉆探機械的可靠性設計論文

　　摘 要：常規的鉆探機械零件設計方法即安全系數法，是將材料的極限應力、作用在零部件上的載荷及零部件的截面尺寸等均看作常量來(lái)進(jìn)行的，它盡管用了遠大于 1 的安全系數，卻并不能回答其產(chǎn)品的安全性問(wèn)題。有時(shí)設計時(shí)認為是安全的，實(shí)際應用中并不安全，而設計時(shí)認為是不安全的，實(shí)際應用卻是安全的。由于其中的不確定性和隨機性，引進(jìn)可靠性設計是合理的做法。

　　關(guān)鍵詞：鉆探；機械；可靠性

　　一、可靠性的基本概念

　　可靠性顧名思義，就是產(chǎn)品在規定的條件下和在規定的時(shí)間內完成規定功能的能力。

　　規定的時(shí)問(wèn)指的是度量產(chǎn)品使用過(guò)程的尺度，工作小時(shí)數、應力循環(huán)次數、工作轉數、行駛里程等都可以當做規定的時(shí)間來(lái)看待。由于任何產(chǎn)品在使用了一頂的時(shí)間后都會(huì )出現磨損以及老化等等的時(shí)間現象，使得產(chǎn)品不可能做到歷久如新，因而，產(chǎn)品肯定是具有時(shí)間的局限性的。

　　而所謂規定的功能，是指國家標準和有關(guān)技術(shù)文件中所規定的產(chǎn)品的各種功能、技術(shù)性能指標和要求。需要通過(guò)試驗證明產(chǎn)品達到規定的各項指標和要求，則可以稱(chēng)該產(chǎn)品完成規定的功能。描述產(chǎn)品功能的數量指標是故障診斷的基本依據，若沒(méi)有明確的數量界限，就難以正確判斷是否發(fā)生故障，因而會(huì )引發(fā)爭議。

　　二、機械可靠性的設計方法

　　機械可靠性設計包括定性可靠性設計和定量可靠性設計。定性可靠性設是在進(jìn)行故障模式影響及危害性分析的基礎上，有針對性地應用成功的設計經(jīng)驗使所設計的產(chǎn)品達到可靠的目的；定量可靠性設計是充分掌握所設計零件的強度分布和應力分布以及各種設計參數的隨機性基礎上，通過(guò)建立隱式極限狀態(tài)函數或顯式極限狀態(tài)函數的關(guān)系設計出滿(mǎn)足規定可靠性要求的產(chǎn)品。

　�。ㄒ唬╊A防故障設計：機械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統.而串聯(lián)系統的設計以及操作過(guò)程都容易出現錯誤，而且對零件材質(zhì)要求較高，這就需要我們在材料的整體性上做提高，才能使機械產(chǎn)品具有足夠的可靠性。

　�。ǘ�）簡(jiǎn)化設計：機械設計在滿(mǎn)足預定功能的情況下，應力求簡(jiǎn)單、零部件的數量應盡可能減少，復雜的設計這會(huì )讓增加操作人員失誤的可能性從而增大產(chǎn)品的使用風(fēng)險，所以說(shuō)越簡(jiǎn)單越可靠是可靠性設計的一個(gè)基本原則，是減少故障提高可靠性的最有效方法。

　�。ㄈ�）余度設計：是對完成規定功能設置重復的結構、備件等，以備局部發(fā)生失效時(shí)，整機或系統仍不致于發(fā)生喪失規定功能的設計。這種設計方法提高了機械系統的任務(wù)可靠度，但基本可靠性卻對應降低了，因此考慮采用余度設計時(shí)務(wù)必要慎重。

　�。ㄋ模┠铜h(huán)境設計：任何機械的使用周期都是有限的，而且我們需要考慮例如裝配、運輸時(shí)的沖擊，振動(dòng)影響這些在使用過(guò)程中會(huì )產(chǎn)生的意外情況，同時(shí)對于貯存時(shí)的溫度、濕度、霉菌，使用時(shí)的氣候、沙塵振動(dòng)等等這些自然現象進(jìn)行也應該主義，意外情況和自然條件都會(huì )隨著(zhù)機械的使用而加快機械的損耗速度。

　�。ㄎ澹┤藱C工程設計：它是為減少使用中人的差錯，發(fā)揮人和機器各自的特點(diǎn)以提高機械產(chǎn)品的可靠性的設計。人在操作過(guò)程中出現合理的差錯是很正常的，但是人為差錯除了人自身的原因之外，操縱臺、控制和操縱環(huán)境等也與人的誤操作有密切的關(guān)系，所以人機一體性的配合是非常重要的，既可以減少人為的操作失誤，也可以提高工作效率提高機械的可靠性。

　�。�六）健壯性設計：最有代表性的方法是日本田口玄一博士創(chuàng )立的田口方法，即所謂的一個(gè)產(chǎn)品的設計應由系統設計、參數設計和容差設計的三次設計來(lái)完成，這種設計是從機械的全面性做考量的，我們在使用機械的時(shí)候也是使用機械的所有分支而不是只使用一個(gè)步驟，可以說(shuō)機械是牽一發(fā)而動(dòng)全身的，而這種設計過(guò)程中充分考慮了影響其可靠性的內外干擾可以說(shuō)是一種全面性的優(yōu)化設計。

　�。ㄆ撸└怕试O計：是以應力強度干涉理論著(zhù)為基礎的，應力強度干涉理論將應力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。

　�。ò耍�權衡設計：是指在可靠性、維修性、安全性、功能重量、體積、成本等之間進(jìn)行綜合權衡，以求得最佳的結果。

　�。ň牛┠�擬方法設計：技術(shù)的發(fā)展，模擬方法日趨完善，它不但可用于機械零件的可靠性定量設計，也可用于系統級的可靠性定量設計。

　�。ㄊ�）降額設計：使零部件的使用應力低于其額定應力的一種設計方法，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是使我們的機械可靠性留有一定的安全余地，如果我們只把安全額度留到限額的話(huà)，那我們在工作中很容易超出這個(gè)限額從而使機械的安全性降低，即使我們可以獲得更高的生產(chǎn)力也是得不償失的，如果我們降低一些機械的生產(chǎn)力，那么我們很容易把安全額度降下來(lái)，也許我們會(huì )以失去一部分的生產(chǎn)力作為代價(jià)，但這樣的做法可以保證機械的相對安全以及可持續發(fā)展。

　　三、結語(yǔ)

　　從文中可以看出，機械的可靠性需要從一個(gè)比較全面的角度去考慮，每一環(huán)出現問(wèn)題都有可能造成整個(gè)機械的不穩定，不穩定的機械又怎么能是可靠的呢？而且我們的機械最好抹去一些不必要的細枝末節，更簡(jiǎn)單易懂的設計理念才是機械中需要的，而且機械的使用壽命是有限的，我們需要在使用的同時(shí)注意機械的保養與護理，從而延長(cháng)機械的壽命，即保護機械又節省資源。

　　參考文獻：

　　[1] 鄔迪,張幼振,呂漢江. 鉆探機械綠色產(chǎn)品設計及評價(jià)[J].煤炭工程,2007年,第五期.

　　[2] 王新生. 淺談鉆探機械可靠性設計的合理性研究[J].科學(xué)實(shí)踐,2008年第九期.

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