淺談鉆探機械可靠性設計的合理性研究

1、<p>　　淺談鉆探機械可靠性設計的合理性研究</p><p>　　【摘要】:本文主要是針對鉆探機械可靠性設計在當前我國推行過程中所存在的問題而寫的。文章講述了機械可靠性的基本概念、鉆探機械常見故障原因分析、機械可靠性的設計方法以及研究鉆探機械可靠性設計合理性的意義。文中詳細列舉了十種常用的可靠性設計方法,在開展鉆探機械可靠性設計的合理性研究和實際操作中具有很強的現(xiàn)實指導意義。 </p>

2、<p>　　【關鍵詞】：鉆探機械；可靠性；設計方法 </p><p>　　中圖分類號： TU2 文獻標識碼： A 文章編號： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　有時在設計時認為是安全的,但是在實際應用中卻并不安全,而設計時認為是不安全的,實際應用卻是安全的，兩者之間就是理論與實際應用的差距。由于其中的隨

3、機性和不確定性,引進可靠性設計是合理的做法。 </p><p>　　一、可靠性基本概念 </p><p>　　按照國家有關標準,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。 </p><p>　　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)、應力循環(huán)次數(shù)、行駛里程等都可以當做規(guī)定的時間來看待。由于機械會出現(xiàn)各種各樣的疲勞、磨損、老化等現(xiàn)

4、象,產(chǎn)品很難永久保持其技術狀態(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。 </p><p>　　所謂規(guī)定的功能,指的是國家標準和有關技術文件中所規(guī)定的產(chǎn)品的各種功能、技術性能指標和要求。當產(chǎn)品通過試驗證明其達到規(guī)定的各項指標和要求時,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,如果沒有確定的數(shù)量界限,就難以正確判

5、斷是否發(fā)生故障。 </p><p>　　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)品故障是一種隨機現(xiàn)象,因而,這種可能性具有統(tǒng)計學上的意義,一般用不發(fā)生故障的概率來表示。 </p><p>　　隨著以可靠性為核心的維修技術的發(fā)展和機械自動化程度的提高,我們對機械設備的可靠性提出了更高的要求,一旦機械設備某部件發(fā)生故障,將會影響整個機械設備的正常運行,所以必須要求在故障發(fā)生之前就能夠有效

6、地預測出其發(fā)生或發(fā)展的趨勢。目前,用于現(xiàn)場監(jiān)測設備運行狀態(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),這些物理量是隨運行狀態(tài)動態(tài)變化的,有隨著時間延長而增大的趨勢。 </p><p>　　二、研究鉆探機械可靠性設計合理性的意義 </p><p>　　現(xiàn)代機械產(chǎn)品應該具有的基本屬性是，使用過程中能夠可靠運行,在封存、運輸期間能夠保持良好的技術狀態(tài)。然而機械設備只有在較高可靠性

7、的條件下,才有可能發(fā)揮出其具有的最大效能,可靠性是衡量機械質(zhì)量好壞的一項重要指標。因此可靠性對于各類產(chǎn)品均具有十分重要的意義,它關系著現(xiàn)代工程機械的安全性和使用效率。 </p><p>　　機械可靠性分析的一個重要任務是確保其設計的機械零件能夠在規(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)廣泛應用于機械設計的各個領域,成為工程設計中行之有效的分析方法和選用依據(jù)。因而展開機械可靠性設計的合理性

8、研究具有非常大的實際應用價值,且其中涉及到機械安全問題。機械安全是指機器在規(guī)定的使用條件下執(zhí)行其功能和對其進行運輸、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。 </p><p>　　三、鉆探機械常見故障原因分析機械故障指的是機械的某一結構、零件的尺寸、性狀或性能發(fā)生改變，導致完全不能或部分不能執(zhí)行預期的

9、功能。常見的機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，導致不能正常作業(yè)和操作。就其原因，主要有如下幾點。 </p><p>　　1.從設計的角度來說，材料選取不當，熱處理及尺寸不當，系統(tǒng)設計不合理均會導致此類故障的發(fā)生。如果選取的材料強度不能達到預定的要求，那么在操作中，面對復雜的環(huán)境，必然容

10、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)定運行，而如果尺寸偏小，又必然會導致其所能承受的應力范圍偏小，當面臨預定的應力時，發(fā)生損毀就成為必然的了。 </p><p>　　2.從制造的角度來說，制造工藝或安裝不符合規(guī)定要求，也會導致機械故障的發(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，導致零件尺寸過早的變小，從而導致零件不能承受較大應力

11、，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，導致構件發(fā)生疲勞反應，甚至引起整個系統(tǒng)不能正常運行。 </p><p>　　3.從使用的角度來說，不當操作，不注重維護保養(yǎng)也是重要原因。譬如，鉆探機械在使用過后，由于鉆探機械的操作環(huán)境相對比較復雜，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，那么相關零件就會發(fā)生銹蝕，進而影響性能。 </p><p>

12、;　　四、機械可靠性的設計方法 </p><p>　　機械可靠性包括機構可靠性和結構可靠性。機構可靠性主要是研究機構在運作過程中由于運動學問題而引起的故障；而結構可靠性則主要研究結構的強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。定性可靠性設計是在進行故障模式影響及危害性分析的基礎上,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

13、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(shù)的隨機性基礎上,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)的關系設計出滿足規(guī)定可靠性要求的產(chǎn)品。 </p><p>　　機械可靠性的設計方法是目前開展機械可靠性設計的一種最直接且最有效的方法,在機構可靠性設計和結構可靠性設計中被大量采用。機械可靠性設計根據(jù)產(chǎn)品的不同和構成的差異,可采用以下10種可靠性設計方法: </p><p>　　

14、1.預防故障設計:機械產(chǎn)品一般屬于串聯(lián)系統(tǒng).要提高整體的可靠性,首先應從零部件的嚴格選擇和控制做起。 </p><p>　　2.簡化設計:機械設計在滿足預定功能的情況下,應力求簡單，零部件的數(shù)量應盡可能減少,越簡單越可靠是可靠性設計的一個基本原則,更是提高可靠性減少故障的最有效方法。 </p><p>　　3.余度設計:就是對完成規(guī)定功能設置重復的結構、備件等,以保證局部發(fā)生失效時,系統(tǒng)仍

15、能完成規(guī)定功能的設計。這種設計方法提高了機械系統(tǒng)的任務可靠度,但基本可靠性卻相應降低了,因此考慮采用余度設計時務必要慎重。 </p><p>　　4.耐環(huán)境設計:是在設計時應考慮產(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。 </p><p>　　5.人機工程設計:是為減少使用中人的差錯,發(fā)揮人和

16、機器各自的特點以提高機械產(chǎn)品的可靠性的設計。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系。 </p><p>　　6.健壯性設計:即所謂的一個產(chǎn)品的設計應由系統(tǒng)設計、參數(shù)設計和容差設計的三次設計來完成,這是一種在設計過程中充分考虛影響其可靠性的內(nèi)外干擾而進行的一種優(yōu)化設計。 </p><p>　　7.概率設計:是以應力一強度干涉理論作基礎的,應力一強度干

17、涉理論將應力和強度作為服從一定分布的隨機變量處理。 </p><p>　　8.權衡設計:是指在安全性、可靠性、功能重量、體積、成本等之間進行綜合權衡,以求得最佳的結果。 </p><p>　　9.模擬方法設計:隨著科學技術的發(fā)展,模擬方法日趨完善,它不但可進行機械零件的可靠性定量設計,還能進行系統(tǒng)級的可靠性定量設計。 </p><p>　　10.降額設計:使零部件的

18、使用應力低于其額定應力的一種設計方法。工程實踐表明,大部分機械零件在低于額定承載應力條件下工作時,其故障率較低,可靠性較高。當機械零部件的載荷應力和承受這些應力的具體零部件的強度在某一范圍內(nèi)呈不確定分布時,可以采用提高平均強度、降低平均應力、減少應力變化和減少強度變化等方法來提高可靠性。 </p><p><b>　　結束語 </b></p><p>　　總之，機械設

19、備的可靠性需要我們站在一個比較全面的角度綜合權衡，在產(chǎn)品滿足功能需要的基礎上，提高其可靠性，以更好創(chuàng)造效益。 </p><p><b>　　參考文獻： </b></p><p>　　[1]任建軍.談煤礦井下鉆探機械在生產(chǎn)安全中發(fā)揮的重要關系[J].才智,2011,21. </p><p>　　[2]鄔迪,張幼振,呂漢江. 鉆探機械綠色產(chǎn)品設計及