鑽探機械的可靠性設計論文

　　摘 要：常規的鑽探機械零件設計方法即安全係數法，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進行的，它儘管用了遠大於 1 的安全係數，卻並不能回答其產品的安全性問題。有時設計時認為是安全的，實際應用中並不安全，而設計時認為是不安全的，實際應用卻是安全的。由於其中的不確定性和隨機性，引進可靠性設計是合理的做法。

　　關鍵詞：鑽探；機械；可靠性

　　一、可靠性的基本概念

可靠性顧名思義，就是產品在規定的條件下和在規定的時間內完成規定功能的能力。

規定的時問指的是度量產品使用過程的尺度，工作小時數、應力迴圈次數、工作轉數、行駛里程等都可以當做規定的時間來看待。由於任何產品在使用了一頂的時間後都會出現磨損以及老化等等的時間現象，使得產品不可能做到歷久如新，因而，產品肯定是具有時間的侷限性的。

而所謂規定的功能，是指國家標準和有關技術檔案中所規定的產品的各種功能、技術性能指標和要求。需要通過試驗證明產品達到規定的各項指標和要求，則可以稱該產品完成規定的功能。描述產品功能的數量指標是故障診斷的基本依據，若沒有明確的數量界限，就難以正確判斷是否發生故障，因而會引發爭議。

　　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驗使所設計的產品達到可靠的目的；定量可靠性設計是充分掌握所設計零件的強度分佈和應力分佈以及各種設計引數的隨機性基礎上，通過建立隱式極限狀態函式或顯式極限狀態函式的關係設計出滿足規定可靠性要求的產品。

（一）預防故障設計：機械產品一般屬於串聯絡統.而串聯絡統的設計以及操作過程都容易出現錯誤，而且對零件材質要求較高，這就需要我們在材料的整體性上做提高，才能使機械產品具有足夠的可靠性。

（二）簡化設計：機械設計在滿足預定功能的情況下，應力求簡單、零部件的數量應儘可能減少，複雜的設計這會讓增加操作人員失誤的可能性從而增大產品的使用風險，所以說越簡單越可靠是可靠性設計的一個基本原則，是減少故障提高可靠性的最有效方法。

（三）餘度設計：是對完成規定功能設定重複的結構、備件等，以備局部發生失效時，整機或系統仍不致於發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可靠度，但基本可靠性卻對應降低了，因此考慮採用餘度設計時務必要慎重。

（四）耐環境設計：任何機械的使用週期都是有限的，而且我們需要考慮例如裝配、運輸時的衝擊，振動影響這些在使用過程中會產生的意外情況，同時對於貯存時的溫度、溼度、黴菌，使用時的氣候、沙塵振動等等這些自然現象進行也應該主義，意外情況和自然條件都會隨著機械的使用而加快機械的損耗速度。

（五）人機工程設計：它是為減少使用中人的差錯，發揮人和機器各自的特點以提高機械產品的可靠性的設計。人在操作過程中出現合理的'差錯是很正常的，但是人為差錯除了人自身的原因之外，操縱檯、控制和操縱環境等也與人的誤操作有密切的關係，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立的田口方法，即所謂的一個產品的設計應由系統設計、引數設計和容差設計的三次設計來完成，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候也是使用機械的所有分支而不是隻使用一個步驟，可以說機械是牽一髮而動全身的，而這種設計過程中充分考慮了影響其可靠性的內外干擾可以說是一種全面性的優化設計。

（七）概率設計：是以應力強度干涉理論著為基礎的，應力強度干涉理論將應力和強度作為服從一定分佈的隨機變數處理。

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

（九）模擬方法設計：技術的發展，模擬方法日趨完善，它不但可用於機械零件的可靠性定量設計，也可用於系統級的可靠性定量設計。

（十）降額設計：使零部件的使用應力低於其額定應力的一種設計方法，簡單的說就是使我們的機械可靠性留有一定的安全餘地，如果我們只把安全額度留到限額的話，那我們在工作中很容易超出這個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力也是得不償失的，如果我們降低一些機械的生產力，那麼我們很容易把安全額度降下來，也許我們會以失去一部分的生產力作為代價，但這樣的做法可以保證機械的相對安全以及可持續發展。

　　三、結語

從文中可以看出，機械的可靠性需要從一個比較全面的角度去考慮，每一環出現問題都有可能造成整個機械的不穩定，不穩定的機械又怎麼能是可靠的呢？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注意機械的保養與護理，從而延長機械的壽命，即保護機械又節省資源。

參考文獻：

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

[2] 王新生. 淺談鑽探機械可靠性設計的合理性研究[J].科學實踐,2008年第九期.