鉆探機(jī)械的可靠性設(shè)計(jì)論文

　　摘 要：常規(guī)的鉆探機(jī)械零件設(shè)計(jì)方法即安全系數(shù)法，是將材料的極限應(yīng)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(yuǎn)大于 1 的安全系數(shù)，卻并不能回答其產(chǎn)品的安全性問(wèn)題。有時(shí)設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為是安全的，實(shí)際應(yīng)用中并不安全，而設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為是不安全的，實(shí)際應(yīng)用卻是安全的。由于其中的不確定性和隨機(jī)性，引進(jìn)可靠性設(shè)計(jì)是合理的做法。

　　關(guān)鍵詞：鉆探；機(jī)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(guī)定的條件下和在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)完成規(guī)定功能的能力。

　　規(guī)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(shù)、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、工作轉(zhuǎn)數(shù)、行駛里程等都可以當(dāng)做規(guī)定的時(shí)間來(lái)看待。由于任何產(chǎn)品在使用了一頂?shù)臅r(shí)間后都會(huì)出現(xiàn)磨損以及老化等等的時(shí)間現(xiàn)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(guī)定的功能，是指國(guó)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。需要通過(guò)試驗(yàn)證明產(chǎn)品達(dá)到規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)和要求，則可以稱該產(chǎn)品完成規(guī)定的功能。描述產(chǎn)品功能的數(shù)量指標(biāo)是故障診斷的基本依據(jù)，若沒(méi)有明確的數(shù)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(zhēng)議。

　　二、機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)方法

　　機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)包括定性可靠性設(shè)計(jì)和定量可靠性設(shè)計(jì)。定性可靠性設(shè)是在進(jìn)行故障模式影響及危害性分析的基礎(chǔ)上，有針對(duì)性地應(yīng)用成功的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)使所設(shè)計(jì)的產(chǎn)品達(dá)到可靠的目的；定量可靠性設(shè)計(jì)是充分掌握所設(shè)計(jì)零件的強(qiáng)度分布和應(yīng)力分布以及各種設(shè)計(jì)參數(shù)的隨機(jī)性基礎(chǔ)上，通過(guò)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(jì)出滿足規(guī)定可靠性要求的產(chǎn)品。

　　（一）預(yù)防故障設(shè)計(jì)：機(jī)械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).而串聯(lián)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)以及操作過(guò)程都容易出現(xiàn)錯(cuò)誤，而且對(duì)零件材質(zhì)要求較高，這就需要我們?cè)诓牧系恼�體性上做提高，才能使機(jī)械產(chǎn)品具有足夠的可靠性。

　�。ǘ�）簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)：機(jī)械設(shè)計(jì)在滿足預(yù)定功能的情況下，應(yīng)力求簡(jiǎn)單、零部件的數(shù)量應(yīng)盡可能減少，復(fù)雜的設(shè)計(jì)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(xiǎn)，所以說(shuō)越簡(jiǎn)單越可靠是可靠性設(shè)計(jì)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(shè)計(jì)：是對(duì)完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)、備件等，以備局部發(fā)生失效時(shí)，整機(jī)或系統(tǒng)仍不致于發(fā)生喪失規(guī)定功能的設(shè)計(jì)。這種設(shè)計(jì)方法提高了機(jī)械系統(tǒng)的任務(wù)可靠度，但基本可靠性卻對(duì)應(yīng)降低了，因此考慮采用余度設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要慎重。

　�。ㄋ模┠铜h(huán)境設(shè)計(jì)：任何機(jī)械的使用周期都是有限的，而且我們需要考慮例如裝配、運(yùn)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(duì)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(xiàn)象進(jìn)行也應(yīng)該主義，意外情況和自然條件都會(huì)隨著機(jī)械的使用而加快機(jī)械的損耗速度。

　�。ㄎ澹┤藱C(jī)工程設(shè)計(jì)：它是為減少使用中人的差錯(cuò)，發(fā)揮人和機(jī)器各自的特點(diǎn)以提高機(jī)械產(chǎn)品的可靠性的設(shè)計(jì)。人在操作過(guò)程中出現(xiàn)合理的差錯(cuò)是很正常的，但是人為差錯(cuò)除了人自身的原因之外，操縱臺(tái)、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(jī)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(jī)械的可靠性。

　　（六）健壯性設(shè)計(jì)：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(shè)計(jì)應(yīng)由系統(tǒng)設(shè)計(jì)、參數(shù)設(shè)計(jì)和容差設(shè)計(jì)的三次設(shè)計(jì)來(lái)完成，這種設(shè)計(jì)是從機(jī)械的全面性做考量的，我們?cè)谑褂脵C(jī)械的時(shí)候也是使用機(jī)械的所有分支而不是只使用一個(gè)步驟，可以說(shuō)機(jī)械是牽一發(fā)而動(dòng)全身的，而這種設(shè)計(jì)過(guò)程中充分考慮了影響其可靠性的內(nèi)外干擾可以說(shuō)是一種全面性的優(yōu)化設(shè)計(jì)。

　　（七）概率設(shè)計(jì)：是以應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論著為基礎(chǔ)的，應(yīng)力強(qiáng)度干涉理論將應(yīng)力和強(qiáng)度作為服從一定分布的隨機(jī)變量處理。

　�。ò耍�權(quán)衡設(shè)計(jì)：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(quán)衡，以求得最佳的結(jié)果。

　�。ň牛┠�擬方法設(shè)計(jì)：技術(shù)的發(fā)展，模擬方法日趨完善，它不但可用于機(jī)械零件的可靠性定量設(shè)計(jì)，也可用于系統(tǒng)級(jí)的可靠性定量設(shè)計(jì)。

　�。ㄊ�）降額設(shè)計(jì)：使零部件的使用應(yīng)力低于其額定應(yīng)力的一種設(shè)計(jì)方法，簡(jiǎn)單的說(shuō)就是使我們的機(jī)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，那我們?cè)诠ぷ髦泻苋菀壮�出這個(gè)限額從而使機(jī)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(jī)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(jī)械的相對(duì)安全以及可持續(xù)發(fā)展。

　　三、結(jié)語(yǔ)

　　從文中可以看出，機(jī)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(xiàn)問(wèn)題都有可能造成整個(gè)機(jī)械的不穩(wěn)定，不穩(wěn)定的機(jī)械又怎么能是可靠的呢？而且我們的機(jī)械最好抹去一些不必要的細(xì)枝末節(jié)，更簡(jiǎn)單易懂的設(shè)計(jì)理念才是機(jī)械中需要的，而且機(jī)械的使用壽命是有限的，我們需要在使用的同時(shí)注意機(jī)械的保養(yǎng)與護(hù)理，從而延長(zhǎng)機(jī)械的壽命，即保護(hù)機(jī)械又節(jié)省資源。

　　參考文獻(xiàn)：

　　[1] 鄔迪,張幼振,呂漢江. 鉆探機(jī)械綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)及評(píng)價(jià)[J].煤炭工程,2007年,第五期.

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

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