許楚鑫

摘 要： 鉆探機械的應(yīng)用范圍很廣泛，為了提高機械的利用率，要加強對機械設(shè)備的可靠性設(shè)計。本文對鉆探機械可靠性設(shè)計的合理性以及設(shè)計的方法進行分析與探討，旨在提高鉆探機械的性能，減少鉆探機械使用故障。

關(guān)鍵詞： 鉆探機械；設(shè)計；可靠性；合理性

引言

鉆探機械是鉆探工程中不可或缺的重要組成之一，鉆探機械的可靠性是影響機械性能的關(guān)鍵因素，直接決定了鉆探機械產(chǎn)品的整體質(zhì)量?，F(xiàn)階段國家現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)中，對機械設(shè)備的可靠性進行了定義，指的是在設(shè)備產(chǎn)品生產(chǎn)過程中，在限定的時間范圍以及規(guī)定的使用條件下，機械產(chǎn)品能夠達到預(yù)先設(shè)計的可靠性。機械可靠性屬于邊緣性學(xué)科范疇，其研究的內(nèi)容多樣化，而且涉及很多方面，對機械的可靠性進行設(shè)計，可以提高機械設(shè)備的使用性能，延長其使用壽命，滿足不同用戶的使用需要，機械的可靠性也是衡量設(shè)備質(zhì)量的重要參數(shù)，如果可靠性不足，則在使用過程中存在較大的安全隱患，可能出現(xiàn)各種故障，而且還會增加維修成本，導(dǎo)致機械設(shè)備的使用壽命縮短。因此可靠性設(shè)計對機械設(shè)計尤為重要。

一、可靠性的概念和可靠性設(shè)計的意義

（一）可靠性概念

可靠性是機械設(shè)備產(chǎn)品的一個基本參數(shù)，按照國家現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)范，對設(shè)備的可靠性進行量化的參數(shù)有設(shè)備的工作小時、工作轉(zhuǎn)數(shù)、應(yīng)力循環(huán)次數(shù)、行駛里程等，由于機械設(shè)備在使用過程中會出現(xiàn)各種各樣的疲勞、磨損和老化現(xiàn)象，產(chǎn)品也很難一直保持其技術(shù)狀態(tài)，所以在產(chǎn)品最初設(shè)計時就必須要保證設(shè)備的可靠性，提高設(shè)備的性能。量化可靠性可以從兩個方面著手，第一，看產(chǎn)品是否達到了規(guī)定的功能。規(guī)定功能指的是產(chǎn)品達到了國家標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)文件中所規(guī)定的產(chǎn)品應(yīng)該具有的某些功能、技術(shù)指標(biāo)以及要求，當(dāng)對產(chǎn)品進行試驗，并且產(chǎn)品能夠通過試驗，則說明產(chǎn)品達到了規(guī)定的功能，如果測試的時候發(fā)現(xiàn)產(chǎn)品的某些功能沒有達到規(guī)定的要求，則說明產(chǎn)品失效或者發(fā)生故障，要根據(jù)故障原因、故障類型對設(shè)備進行重新設(shè)計和調(diào)試，以提高設(shè)備的性能水平。第二，對產(chǎn)品的能力進行衡量。產(chǎn)品的能力指的是產(chǎn)品完成規(guī)定功能的可能性，當(dāng)產(chǎn)品出現(xiàn)故障的時候，其能力就達不到要求，而且產(chǎn)品的故障是一種比較隨機的現(xiàn)象，一般使用機械設(shè)備不發(fā)生故障的概率作為衡量產(chǎn)品能力的標(biāo)準(zhǔn)。

（二）研究鉆探機械可靠性設(shè)計合理性的意義

現(xiàn)代機械產(chǎn)品在使用過程中應(yīng)該要能夠保持可靠運行狀態(tài)，在封存以及運輸期間應(yīng)該要保持良好的技術(shù)狀態(tài)。設(shè)備只有在可靠性較高的條件下才能發(fā)揮出最大效能，所以可靠性是衡量設(shè)備好壞的一個重要指標(biāo)，因此可靠性對各類產(chǎn)品都具有十分重要的意義。對機械設(shè)計的可靠性進行分析的一個重要任務(wù)是確保設(shè)計的機械零件能夠在規(guī)定的時間內(nèi)、規(guī)定的條件下完成規(guī)定的功能，當(dāng)前可靠性分析方法已經(jīng)在機械設(shè)計的各個領(lǐng)域廣泛使用，是設(shè)計過程中對設(shè)計方案進行選擇的依據(jù)。開展可靠性研究具有十分重要的實用價值，其中涉及到機械安全問題，提高機械設(shè)備的可靠性，才能提高設(shè)備的安全性。具體來講，設(shè)備的安全性指的是設(shè)備能夠在規(guī)定的條件下執(zhí)行其功能，在運輸、安裝、調(diào)試、維修等過程中都不會對相關(guān)的技術(shù)人才產(chǎn)生危害。在產(chǎn)品設(shè)計階段就需要考慮可靠性和安全性，將安全隱患消除在萌芽階段，從而不斷提高機械產(chǎn)品的安全性能。

二、鉆探機械常見故障原因分析

鉆探機械是鉆探工程中的常用機械設(shè)備，機械故障是影響設(shè)備安全性和可靠性的主要原因，當(dāng)機械產(chǎn)品的某一結(jié)構(gòu)、零件的尺寸、性狀以及性能發(fā)生改變的時候，就可能會導(dǎo)致設(shè)備不能執(zhí)行預(yù)期的功能。常見的設(shè)備故障有破斷、變形、腐蝕摩擦、失效、系統(tǒng)故障等。對于鉆探機械來講，由于鉆探機械的體積較大，系統(tǒng)比較復(fù)雜，在運行過程中的使用頻率較高，因此鉆探機械常見的故障破斷性故障和腐蝕摩擦類故障，這兩種故障的發(fā)生將會導(dǎo)致鉆探機械不能正常作業(yè)，嚴重的時候還會對技術(shù)人員造成損傷。造成鉆探機械故障的原因主要有幾個方面：

（一）設(shè)計方面的問題

從設(shè)計的角度來講，鉆探機械的材料選擇不當(dāng)、熱處理時的尺寸和技術(shù)不當(dāng)、系統(tǒng)設(shè)計不合理，都會導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)故障。例如當(dāng)設(shè)備的材料強度達不到要求，則在操作過程中面對復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境，就很容易導(dǎo)致設(shè)備出現(xiàn)破斷問題。另外，如果尺寸設(shè)計不合理，某個零件的尺寸較大，那么該零件會對周圍的零件產(chǎn)生磨損，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定運行，如果尺寸偏小，又會導(dǎo)致設(shè)備的承受應(yīng)力范圍偏小，出現(xiàn)損壞。

（二）制造工藝方面的問題

制造工藝是影響鉆探機械可靠性和安全性的主要因素，制造工藝決定了設(shè)備的性能，如果制造工藝不合格或者安裝不符合要求，則會導(dǎo)致機械故障發(fā)生。比如零件加工比較粗糙、零件表面的光滑度不滿足要求等，在設(shè)備的使用過程中就會加重零件的損耗，導(dǎo)致零件的尺寸損耗增快，最終導(dǎo)致零件不能承受外部應(yīng)力，出現(xiàn)問題。再比如，由于零件的光滑度不足，則在設(shè)備使用過程中還會產(chǎn)生巨大的熱量，導(dǎo)致構(gòu)件出現(xiàn)疲勞，進而影響整個系統(tǒng)的運行。

（三）使用方面的問題

在使用鉆探機械的過程中，技術(shù)人員的操作水平、操作方法也直接影響設(shè)備的可靠性和安全性。鉆探機械的使用環(huán)境十分復(fù)雜，當(dāng)使用結(jié)束之后要立即對設(shè)備進行維護、清洗，但是有的技術(shù)人員不注重對設(shè)備的維護，使用之后沒有及時保養(yǎng)，因此導(dǎo)致部分零件出現(xiàn)銹蝕，影響設(shè)備性能。

三、提高機械可靠性的設(shè)計方法

機械可靠性包括兩個方面，一個是機構(gòu)可靠性，一個是結(jié)構(gòu)可靠性。機構(gòu)可靠性主要研究機構(gòu)在運行過程中由于運動學(xué)問題引起的各種故障，而結(jié)構(gòu)可靠性則主要指的是結(jié)構(gòu)強度以及外界荷載變化所引起的磨損、鍛煉等問題。鉆探機械可靠性設(shè)計主要分為兩個部分，一個是定性可靠性，一個是定量可靠性，前者指的是在運行故障模式的影響以及對危害進行分析的基礎(chǔ)上，應(yīng)用行業(yè)內(nèi)的成功經(jīng)驗對產(chǎn)品進行設(shè)計的過程，后者指的是在掌握了零件強度分布、應(yīng)力分布以及設(shè)計參數(shù)的基礎(chǔ)上，建立起穩(wěn)定的狀態(tài)函數(shù)和極限狀態(tài)函數(shù)進行設(shè)計的過程。常見的鉆探機械可靠性設(shè)計方法如下：

第一，預(yù)防故障設(shè)計。由于鉆探機械系統(tǒng)的各個部分之間有很強的關(guān)聯(lián)性，因此在進行設(shè)計的時候應(yīng)該要將其串聯(lián)起來，提高系統(tǒng)的整體性，在對零部件進行選擇的時候必須要控制好各個零部件的質(zhì)量，確保零部件的質(zhì)量滿足要求。

第二，簡化設(shè)計。在機械設(shè)計過程中，滿足預(yù)定功能的前提下，設(shè)備的應(yīng)力越簡單越好，零部件的數(shù)量越少越好，整個系統(tǒng)越簡單，其可靠性越高在。

第三，余度設(shè)計。當(dāng)設(shè)備出現(xiàn)故障的時候，為了保證設(shè)備依舊可以運行，要做好余度設(shè)計，即在設(shè)備完成規(guī)定功能之外進行結(jié)構(gòu)和備件的重復(fù)設(shè)計，從而可以保證設(shè)備的某個部分失效之后還能繼續(xù)運行。

第四，耐環(huán)境設(shè)計。環(huán)境是影響設(shè)備運行水平的重要因素，在設(shè)備的設(shè)計過程中必須要考慮整個壽命期間可能會遇到的環(huán)境影響，比如裝配過程、外部的沖擊、外界的溫度濕度等條件都會對設(shè)備產(chǎn)生影響，設(shè)計時要做好環(huán)境耐性設(shè)計和測試，確保設(shè)備可以在多種多樣的環(huán)境中正常運行。

第五，人機工程設(shè)計。為了減少設(shè)備使用過程中人為操作失誤，發(fā)揮機械和人的特點，應(yīng)該要加強人機工程設(shè)計，提高操作臺、控制臺以及操縱環(huán)境等和人有關(guān)的子系統(tǒng)的性能，從而提高人為操作的準(zhǔn)確性。

結(jié)語

隨著機械產(chǎn)品設(shè)計行業(yè)的不斷發(fā)展，可靠性作為機械設(shè)備的核心參數(shù)，設(shè)計單位對產(chǎn)品的可靠性的重視程度也越來越高，要求要在產(chǎn)品發(fā)生故障之前就能預(yù)測出故障的發(fā)生趨勢。在機械設(shè)備的設(shè)計過程中要做好各種參數(shù)的設(shè)計，根據(jù)這些參數(shù)的設(shè)計結(jié)果對整個設(shè)備的系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)進行設(shè)計，提高設(shè)備的穩(wěn)定性與安全性。

參考文獻

[1]王新生.淺談鉆探機械可靠性設(shè)計的合理性研究[J].中小企業(yè)管理與科技（上旬刊），2010（02）.

[2]楊光.淺談鉆探機械可靠性設(shè)計的合理性研究[J].城市建設(shè)理論研究：電子版，2012（36）.

[3]高建庭.鉆探機械合理的可靠性設(shè)計方法[J].科技風(fēng)，2012（11）.