淺談鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的合理性研究

1、<p>　　淺談鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的合理性研究</p><p>　　【摘要】:本文主要是針對(duì)鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)在當(dāng)前我國(guó)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(jì)方法以及研究鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)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(jì)方法,在開展鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的合理性研究和實(shí)際操作中具有很強(qiáng)的現(xiàn)實(shí)指導(dǎo)意義。 </p>

2、<p>　　【關(guān)鍵詞】：鉆探機(jī)械；可靠性；設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　中圖分類號(hào)： TU2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： </p><p><b>　　引言 </b></p><p>　　有時(shí)在設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為是安全的,但是在實(shí)際應(yīng)用中卻并不安全,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，兩者之間就是理論與實(shí)際應(yīng)用的差距。由于其中的隨

3、機(jī)性和不確定性,引進(jìn)可靠性設(shè)計(jì)是合理的做法。 </p><p>　　一、可靠性基本概念 </p><p>　　按照國(guó)家有關(guān)標(biāo)準(zhǔn),可靠性就是產(chǎn)品在規(guī)定的時(shí)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(shí)間就是度量產(chǎn)品使用過程的尺度,工作小時(shí)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(shí)間來看待。由于機(jī)械會(huì)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(shù)狀態(tài)不發(fā)生改變,因而,規(guī)定的時(shí)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(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。當(dāng)產(chǎn)品通過試驗(yàn)證明其達(dá)到規(guī)定的各項(xiàng)指標(biāo)和要求時(shí),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

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(jī)現(xiàn)象,因而,這種可能性具有統(tǒng)計(jì)學(xué)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(shù)的發(fā)展和機(jī)械自動(dòng)化程度的提高,我們對(duì)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(huì)影響整個(gè)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

6、地預(yù)測(cè)出其發(fā)生或發(fā)展的趨勢(shì)。目前,用于現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)的物理量有壓力、噪聲、溫度、震動(dòng)量和磨損量等易于測(cè)得的數(shù)據(jù),這些物理量是隨運(yùn)行狀態(tài)動(dòng)態(tài)變化的,有隨著時(shí)間延長(zhǎng)而增大的趨勢(shì)。 </p><p>　　二、研究鉆探機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)合理性的意義 </p><p>　　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

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(jī)械質(zhì)量好壞的一項(xiàng)重要指標(biāo)。因此可靠性對(duì)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。 </p><p>　　機(jī)械可靠性分析的一個(gè)重要任務(wù)是確保其設(shè)計(jì)的機(jī)械零件能夠在規(guī)定的工作時(shí)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(jì)的各個(gè)領(lǐng)域,成為工程設(shè)計(jì)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(jì)的合理性

8、研究具有非常大的實(shí)際應(yīng)用價(jià)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(duì)其進(jìn)行運(yùn)輸、安裝、調(diào)試、維修、拆卸和處理時(shí)對(duì)人不產(chǎn)生損害健康的能力。在產(chǎn)品的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)產(chǎn)品的安全可靠。 </p><p>　　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

9、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(duì)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(diǎn)。 </p><p>　　1.從設(shè)計(jì)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(jì)不合理均會(huì)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(duì)復(fù)雜的環(huán)境，必然容

10、易發(fā)生損毀。同樣，如果某一個(gè)零件尺寸偏大，那么勢(shì)必會(huì)對(duì)其他零件造成磨損，甚至影響整個(gè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行，而如果尺寸偏小，又必然會(huì)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(shí)，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(huì)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(shí)際使用中就會(huì)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

11、，同時(shí)由于光滑度不足，在使用過程中還會(huì)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(gè)系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。 </p><p>　　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(duì)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(huì)發(fā)生銹蝕，進(jìn)而影響性能。 </p><p>

12、;　　四、機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)方法 </p><p>　　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(dòng)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(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)計(jì)是在進(jìn)行故障模式影響及危害性分析的基礎(chǔ)上,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)

13、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。 </p><p>　　機(jī)械可靠性的設(shè)計(jì)方法是目前開展機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)的一種最直接且最有效的方法,在機(jī)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)和結(jié)構(gòu)可靠性設(shè)計(jì)中被大量采用。機(jī)械可靠性設(shè)計(jì)根據(jù)產(chǎn)品的不同和構(gòu)成的差異,可采用以下10種可靠性設(shè)計(jì)方法: </p><p>　　

14、1.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).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。 </p><p>　　2.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,越簡(jiǎn)單越可靠是可靠性設(shè)計(jì)的一個(gè)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(shè)計(jì):就是對(duì)完成規(guī)定功能設(shè)置重復(fù)的結(jié)構(gòu)、備件等,以保證局部發(fā)生失效時(shí),系統(tǒng)仍

15、能完成規(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,但基本可靠性卻相應(yīng)降低了,因此考慮采用余度設(shè)計(jì)時(shí)務(wù)必要慎重。 </p><p>　　4.耐環(huán)境設(shè)計(jì):是在設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮產(chǎn)品在整個(gè)壽命周期內(nèi)可能遇到的各種環(huán)境影響,例如裝配、振動(dòng)影響、運(yùn)輸時(shí)的沖擊、貯存時(shí)的溫度、濕度、霉菌等影響,使用時(shí)的氣候、沙塵振動(dòng)等影響。 </p><p>　　5.人機(jī)工程設(shè)計(jì):是為減少使用中人的差錯(cuò),發(fā)揮人和

16、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。 </p><p>　　6.健壯性設(shè)計(jì):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)來完成,這是一種在設(shè)計(jì)過程中充分考虛影響其可靠性的內(nèi)外干擾而進(jìn)行的一種優(yōu)化設(shè)計(jì)。 </p><p>　　7.概率設(shè)計(jì):是以應(yīng)力一強(qiáng)度干涉理論作基礎(chǔ)的,應(yīng)力一強(qiáng)度干

17、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。 </p><p>　　8.權(quán)衡設(shè)計(jì):是指在安全性、可靠性、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。 </p><p>　　9.模擬方法設(shè)計(jì):隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展,模擬方法日趨完善,它不但可進(jìn)行機(jī)械零件的可靠性定量設(shè)計(jì),還能進(jìn)行系統(tǒng)級(jí)的可靠性定量設(shè)計(jì)。 </p><p>　　10.降額設(shè)計(jì):使零部件的

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

19、備的可靠性需要我們站在一個(gè)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。 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)： </b></p><p>　　[1]任建軍.談煤礦井下鉆探機(jī)械在生產(chǎn)安全中發(fā)揮的重要關(guān)系[J].才智,2011,21. </p><p>　　[2]鄔迪,張幼振,呂漢江. 鉆探機(jī)械綠色產(chǎn)品設(shè)計(jì)及