浅谈钻探机械可靠性设计的合理性研究

李广广

摘要：本文首先阐述了钻探机械可靠性设计的重要意义，进而分析了钻探机械可靠性设计方法，最后对钻扬潮.械可靠性设计的合理性进行了研究。期望通过本文的研究能够对提高钻扬潮械的整体性能有所帮助。

1.钻探机械可靠性设计的重要意义

钻探机械是钻探工程中不可或缺的重要组成之一，其产品质量优劣关系重大。而想要确保钻探机械产品的整体质量，可靠性设计既是前提也是核心。国家现行的规范标准中，对机械可靠性设计给出了一个比较全面的定义：产品生产的过程中，在限定的时间和规定的使用条件下，生产出来的机械产品所能够达到性能要求即可靠性。机械可靠性归属于边缘性学科的范畴，它的研究方向与内容存在多元化的特点，并且其中涉及的方面较多，是一门比较复杂的科学。通过对机械进行可靠性设计，不仅能够使机械的使用寿命大幅度延长，而且还能进一步提高机械产品本身的性能，从而满足不同用户的使用需要，若是机械的可靠性不足，则会导致其在使用过程中，出现各种故障问题，这不仅会影响机械的正常使用，而且还会增大维修成本，同时，机械的使用寿命也会缩短。由此可见，对钻探机械进行可靠性尤为重要。

2.钻探机械可靠性设计方法

对于钻探机械产品而言，可靠性是其质量的关键性指标之一，其现已受到工程界越来越多的关注和重视。机械的可靠性高低，设计是决定性因素，如果设计不合理，那么即便采用再好的生产工艺，也很难获得可靠性高的机械产品。相关研究表明，可靠性试验数据时机械可靠性设计的基础，但是，试验得出的数据只能对可靠性设计提供指导，却并能从根本上提高机械产品的可靠性。而想要提高钻探机械的可靠性，还必须通过相应的可靠性设计方法，正因如此，使得机械可靠性设计方法获得了飞速发展。钻探机械是一类比较特殊的工程机械设备，它的可靠性主要包括两个方面，一方面是机械设备静止状态下的关键零部件的可靠性，另一当面是机械设备运行过程中的整机可靠性。目前，较为常用的钻探机械可靠性设计方法有以下几种：

（1）故障预防设计

这是目前钻探机械可靠性过程中最为常用的一种设计方法，该方法从全方位、多方面对机械产品设计进行了综合考虑，其属于一种优化设计方法，基于该方法设计出来的钻探机械产品能够有效预防各种故障问题的发生。该设计方法的特点体现在以下三个方面上：

1）以机械产品的整体性为着眼点。故障预防设计从产品的整体性入手，通过对各个主要零部件的质量控制，提升产品的整体质量，确保钻探机械的整体性能良好。

2）基于钻探机械的设计经验。采用该方法对钻探机械进行设计时，一般都是基于当前现有的成熟经验，并在对设计方案进行严格论证的基础上，来实现预防机械产品不确定故障的目标。

3）从已知故障入手。在设计过程中，对钻探机械已知的故障进行提前考量，并借助相应的措施和手段，避免类似的故障发生，从而提高机械产品的性能和可靠性。

（2）环境适应性设计

由于钻探机械的作业环境比较恶劣，环境因素对机械的可靠性要求较高，该设计方法就是在考虑环境因素对钻探机械影响的前提下进行设计，从而减低环境对机械可靠性的影响。例如，有些钻探机械常常需要在腐蚀性较强的环境中作业，在产品设计时，需要重点对腐蚀性原因进行分析，并在设计中采取合理、有效的抗腐蚀措施，增强钻探机械产品抗腐蚀性能，从而提高机械的可靠性。

（3）人机工程设计

通过对钻探机械运行中的各种故障原因进行分析后发现，有些故障是机械本身零部件失效导致的，还有一些故障则是人为操作失误造成的。这种失误除了与操作人员自身有关外，也与机械设备运行中传递了不准确的信息有关。人机工程设计方法，不仅充分考虑了人对钻探机械操作时的需求，并且通过人机交互系统的设计，有效降低了人为操作失误的可能，机械设备的可靠性大幅度提高。

（4）降额设计

这种设计方法具体是指使机械产品各个主要零部件的使用应力低于额定应力。大量的实践证明，钻探机械零部件在低于额定承载应力的条件下运行故障率要明显低于超额运行，而故障率低，就表明机械产品的可靠性高。所以在设计时，可采取提高零部件强度、降低应力等方法来提高机械的可靠性。

（5）简化设计

由于钻探机械的功能大致相同。为此，在满足机械使用功能要求的基础上，产品的设计要越简单越好，这也是机械可靠性设计最为基本的原则之一。通过最小量零部件的使用，最大限度地满足钻探机械的设计功能要求，降低机械设备的复杂程度，减少故障发生，从而提高产品的可靠性。

3.钻探机械可靠性设计的合理性研究

由上文的分析可知，钻探机械的可靠性设计方法较多，究竟采用何种方法设计出来的钻探机械的性能更加可靠，则需要对其合理性进行研究。也就是说，只有确保机械可靠性设计方法合理、可行，才能使钻探机械的性能得以最大程度地发挥，也才能使故障率达到最低。现阶段，机械可靠性设计方法已在机械设备生产制造领域中获得了广泛应用。故此，开展可靠性设计的合理性研究具有非常重要的现实意义。其中不但涉及到机械产品的质量，而且还与机械安全密切相关。换言之，在钻探机械设计过程中，为了确保选用的可靠性设计方法合理，除了要考虑该方法设计出来的产品质量是否最优，还要考虑产品是否安全、可靠，只有满足上述条件，才能证明可靠性设计方法具有足够的合理性，若是其中某个要素缺失，则说明设计方法存在缺陷，必须进行优化调整和改进。合理性是检验钻探机械可靠性设计的一个标准，在具体设计时，必须对此予以足够的重视。

4.结论

总而言之，随着钻探机械在工程中的应用越来越广泛，确保产品的性能安全、可靠尤为重要。本文介绍了几种钻探机械产品可靠性设计方法，在具体选择时，除了应当结合产品的实际情况之外，还要对设计方法的合理性进行验证，这样才能确保设计出来的钻探机械具有足够的可靠性。

参考文献

[1]张义民.多自由度非线性随机参数振动系统响应分析的概率摄动有限元法[J].计算力学学报.2013（2）.

[2]黄洪钟.对常规可靠性理论的批判性评述一一兼论模糊可靠性理论的产生、发展及应用前景[J].机械设计.2011（10）.

[3]王新刚.机械零部件时变可靠性稳健优化若干问题的研究[J].机械科学与技术.2010（12）.

[4]董玉革.王爱囡.吴成龙.传统可靠性理论在模糊可靠性计算中的应用[J].农业机械学报.2013（7）.