钻探机械在使用过程中的可靠性设计

摘 要：钻探机械在使用过程中是否可靠，关系到勘探作业是否能够有效完成，以及施工过程中的安全性，因此，钻探机械在使用过程中的可靠性设计就显得尤为重要。本文通过对钻探机械产品及零配件部分设计进行分析，提出可靠性设计方案，期望可以对钻探机械改良方面有所帮助。

关键词：钻探机械；可靠性；设计

0 引言

安全系数法是在钻探机械及零配件可靠性设计中主要使用的方法，安全系数法是假设在一个理想状态下，将所有材料的极限应力作用在零配件上，所产生的载荷及零部件的截面尺寸都作为常量，其所得出的系数。这样计算，并不能对钻探机械的安全可靠性有准确的估量，设计计算得出的安全可靠性并不能说明钻探机械在实际应用中也是安全可靠的。因此，钻探机械可靠性设计并不能仅仅依靠安全系数法的计算决定，其与可靠性设计是否科学合理也同样关系密切，这同样是钻探机械在可靠性设计时需要充分考虑的因素之一。

1 可靠性概念及影响因素

国家对于可靠性有一个比较明确的定义，即：产品在规定的条件下和在规定的时间内完成规定功能的能力。定义对于钻探机械规定功能的完成是限定在“规定的条件和规定的时间”范围内的，因此，可靠性是一个与条件和时间相关的概念。

影响可靠性的因素主要包括以下几个方面：

1.1 规定条件的影响

可靠性的定义表明钻探机械是在规定的条件下进行工作的，因此“规定的条件”对钻探机械可靠性的影响较大。规定条件一般指钻探机械的使用条件，例如依照规章制度进行操作；环境条件，例如在腐蚀性地下环境进行工作；运输条件，如对机械的长途运输条件；保管条件，也就是对钻探机械的保管情况。

1.2 规定时间的影响

可靠性定义同样说明了对于可靠性的另一个影响因素，也就是规定时间的影响。在可靠性的规定时间概念里，时间并不是按照常规的小时进行计算，而是对时间进行的量化。规定的时间对于钻探机械可靠性来说是硬性条件，也是影响较大的因素。

1.3 规定功能的影响

钻探机械的规定功能既是指国家对钻探机械的一些硬性标准、指标、要求等，也包括不同钻探机械生产厂家对自身产品添加的一些功效。这些硬性标准、指标、要求等都是通过一系列的安全试验或者实践总结出来的宝贵经验，也是对钻探机械的硬性要求。

1.4 能力的影响

能力是指钻探机械在使用过程中可能达到的程度，或者依照试验、实践，机械应当达到的程度。钻探机械只有在规定时间和规定条件下，失误率或者发生故障的概率越低，那么该机械的可靠性则会越高。因此，我们要明确一点，那就是钻探机械在使用过程中是允许其有故障的，但是故障发生率会有一个标准，或者说故障发生率应当控制在最低水平，检测时候对机械的质量进行严格控制，这样钻探机械发生事故的可能性就会越小，钻探机械的可靠性就会越高。

2 钻探机械可靠性设计策略

钻探机械可靠性设计研究不仅研究机械在静态状态下的可靠性，还要研究钻探机械在动态状态下的可靠性。静态状态下对钻探机械可靠性研究主要研究其组成构件、配件的可靠性，是否适合机械的工作情况，构件、配件在什么情况下会失效；动态状态下的可靠性研究主要研究机械运行时候各构件、配件的配合合作情况，运行过程中构件、配件可能发生的故障。根据两种研究方面，钻探机械可靠性研究方法主要包括以下几点：

2.1 机械故障预防设计

故障预防是防止钻探机械发生故障的前沿措施，将故障“扼杀在摇篮里”，能够有效保障钻探机械的可靠性。做好钻探机械故障预防设计应当从整体入手对故障预防进行设计。

（1）要加强机械产品零配件的质量。加强机械产品零配件的质量就要对机械产品零配件的标准做严格限制，对于不合格的零配件坚决弃用。同时，零配件的标准化还要做到与国际接轨，学习国外的先进工艺对零配件的标准进行改进。

（2）运用经验对机械故障进行预防。通过以往钻探机械使用过程中发生的故障，进行机械故障排除预案设计，将机械可能会发生的故障使用表格或者说明的方式进行整理，对应的故障排除方式进行汇总，并将故障排除措施通过培训等方式有效传达给机械使用人员、作业人员，让作业人员对故障的情况了如指掌。

（3）对类似机械故障予以借鉴。一些故障可能在钻探机械使用过程中并未发生，但是相类似的机械已经发生过此机械未发生的故障，那么设计、使用人员就要对此故障引起高度关注。设计过程中就要将机械可能发生的故障进行提前考量，以做到对类似事故的避免。

2.2 机械简化设计

钻探机械并非要像高科技产品设计一般的复杂，在满足其规定功能的前提下，设计越简单越能够做到操作方便、灵活。这也成为钻探机械可靠性的有力保障。将钻探机械进行简化设计，同时可以节约配件、零部件的使用，做到使用最少的材料，产生最大的效益。机械简化设计可以极大的降低钻探机械故障的发生率，保障钻探机械的可靠性。

2.3 机械耐环境设计

钻探机械的使用一般都是在潮湿、有腐蚀性的环境中工作，因此对于钻探机械的耐潮湿、耐腐蚀性的要求比较高。在对机械进行设计时候就要考虑到机械的环境要求，减少因为环境给机械造成的影响。在对机械进行研制过程中，一定要对机械的工作环境进行分析，采取必要的相应措施提升机械的抗潮、抗腐蚀性。这是机械长久可靠性的保障。

2.4 机械的人机工程设计

钻探机械在施工过程中除却因为机械本身原因造成的故障外，还有很多情况是人为因素使机械故障发生。因此，人为操作对机械的影响也要纳入到可靠性设计考虑中。机械在设计过程中要具有简单、直观、易于操作的人机对话系统，在作业人员进行操作工程中对于关键性操作，要让机械对作业人员的操作进行再确认，减少因为人为操作机械失误的概率。

3 结语

钻探机械可靠性设计需要不断的摸索与试探，在实践中发现故障、排除故障、预防故障，让钻探机械更好地为人类服务，成为地质勘探工作的得力助手。

参考文献：

[1]高建庭.钻探机械合理的可靠性设计方法[J].科技风，2012（06）.

[2]王新生.钻探机械可靠性设计的合理性研究[J].机电信息，2010 （02）.

作者简介：刘宗玉（1965-），男，山东临沂人，机械工程师。

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