機械可靠性在高壓電器設計中的應用研究

袁超

（湖南德意電氣有限公司）

0 引言

社會經濟的發展在很大程度上推動著現代科學技術的發展，人們將現代科學技術在生產流程中的應用稱為可靠性技術，可靠性技術的應用有利于解決生產過程中的問題，促進科學技術的進一步發展。我國在高壓電器可靠性的研究上起步較晚，近年來，國家不斷提高對機械可靠性在高壓電器設計中應用的重視與研究力度，旨在提高高壓電器設計過程的科學性與可靠性，從而促進我國電器行業領域的可持續發展。

1 機械可靠性的概述

1.1 機械可靠性與失效性

機械可靠性作為產品設計與生產過程中的重要因素，在很大程度上影響著產品設計與生產的效率和質量。從機械可靠性的整體上來看，其主要體現出技術的先進性與技術應用的可靠性。產品設備的設計與制造的機械可靠性不足則將無法正常投入使用，從而降低產品的使用率，造成大量材料、成本被浪費。在對機械可靠性的研究與分析過程中需要對產品故障率等因素進行分析，在實際應用過程中通常指在單位時間內表現出的參數值。與機械可靠性相對的是機械的失效性，在實際工作中，研究人員需要在指標數據獲得過程中對大量研究數據進行計算，并對數據內容與形式進行分析，依據獲取的相關信息制定相應損壞率與時間的關系圖，如圖1所示。

1.2 可靠性技術工作的基本內容

可靠性通常指科學的使用方法對不同類型的電器產品起到的作用，通過可靠性技術工作有利于提高產品的質量與使用性能。電器產品在設計、加工生產制造以及使用性能測試等環節都存在可能影響產品可靠性的因素，在任何環節發現產品存在性能問題或故障問題都需要通過可靠性分析工作對不合格的產品進行篩選，并將結果進行記錄與反饋，從而有效提升設計工藝應用的科學性與合理性。在此過程中，工作人員需要注重產品本身的可靠性與管理工作之間的關系，在進行實際測試與抽樣工作中，需要工作人員嚴格按照排列組合的形式 要求來開展相關工作，進而通過精準的數據計算獲得機械可靠性。可靠性技術工作的基本內容如圖2所示。

1.3 數學模型

部分電器產品的測試過程需要消耗較長的時間，不同電器產品的到期時間存在較大差異性，也因此對高壓電器的設計工作提出更高要求。在進行高壓電器設計工作中，要求工作人員結合統計的產品故障數據以及相關數學規律開展工作。設計過程中涉及到計算的環節都需要應用一定的數據公式，因此，在計算過程中，工作人員要善于發現計算中存在的規律。依據相關的數據信息能夠制定出相應的直方圖，工作人員能夠從圖中更加直觀地觀察并分析數據的分布情況及變化規律。實際工作中，通常以函數的形式來表示時限的特征量，如圖3所示。

1.4 常見失效分布類型

工作人員在進行高壓電器設計工作過程中，需要依據故障分布密度和故障積累兩種變量來進行函數計算，這兩者之間存在的函數關系與故障的分布情況具有緊密聯系。在此過程中，以正態分布、對數正態分布以及威布爾分布為幾種典型的故障分布點，這幾種分布點的存在能夠幫助工作人員準確判斷產品的類型，并推動產品故障維護工作的順利進行。在實際生活中，人們會經常提到產品的使用可靠性問題，通常指的是根據已知的分布功能情況對產品故障率進行分析，雖然這種方式與實際工作中的方式存在差異性，但最終獲得的結果卻較為相似。因此，對常見失效分布類型的研究與分析，有助于保證高壓電器設備的高效運行，并體現出自身的機械可靠性。

2 可靠性設計

2.1 常見的可靠性設計方法

工作人員在實際工作中對電器的設計方式通常為以下幾種方式：首先為概率設計法。這種設計方法需要利用數學學科本身的可靠性，對相關概率進行估算與統計，之后通過計算和比較來滿足產品機械可靠性的基本需求。這種設計方法通常在電器的設計工作中得到廣泛的應用。其次為失效模式影響及致命度分析法。這種設計方式通常被應用在電器產品的系統設計工作中，包括對某些特殊系統構成部分及潛在故障模式功能的研究與分析工作。通過這樣的方式有助于對產品的故障問題進行預防，并提高機械可靠性應用的有效性。但這種方式在實際應用中具有一定的復雜性，因此對于工作人員的專業技術要求較高。

2.2 可靠性設計的內容及步驟

在開展高壓電器設計過程中，應用機械可靠性需要嚴格按照具體內容及相關標準和要求進行操作。可靠性設計的具體內容主要包括確定經過鑒定的可靠性指標和價值觀、科學分配可靠性指標以及應用機械可靠性特點進行高壓電器設備零件的設計。具體操作步驟主要為以下幾點：首先，工作人員需要結合工作要求明確需要重點關注的相關設計問題，之后依據任務大綱的特點科學有效地控制產品設計與制造中可能出現的變量及相關參數。其次，全面分析出電器產品故障模式的類型以及對產品產生的危害性，對組件模式故障問題以及其獨立性和相關性進行分析，并發現其本質特點。之后，結合不同的故障模式類型繪制相應的函數圖，再結合致命故障模型分析出相應的應力分布情況。在實際工作中，工作人員一方面需要有效提高高壓電器設計工作的可靠性，另一方面還需要對機械可靠性的失效模式進行研究與分析。最后需要工作人員將關注的重點放在系統的核心與關鍵部位，通過對相關核心單元的控制有效完善電器產品設計的科學性與可靠性。由此可見，為保證高壓電器可靠性設計工作的順利進行，需要工作人員嚴格按照規定的步驟進行操作，并對相關參數進行控制，從而提高高壓電器設計工作的效率和質量。

3 機械可靠性在高壓電器設計中的應用

3.1 高壓電器螺栓聯結的典型設計

高壓電器的設計工作要求工作人員嚴格依據相關標準來完成，以往的高壓電器設計工作中雖然取得了較為突出的成績，但高壓電器作為一種精密儀器，對于其設計的可靠性要求相對較高，因此，需要工作人員將設計工作落實在對相關細節的調整與完善上，高壓電器內部螺栓聯結的設計就是其中的一項重點工作。首先，工作人員需要依據機械可靠性相關理論知識明確螺栓聯結的各項標準要求，并以具有一定科學性的假定的數據來表示沿螺栓界面均勻分布的壓力、應力集中系數的荷載分布以及其他因素幾何形狀的變化，并對螺栓的具體大小開展測試工作。之后，通過對測試結果的整理與分析獲得元件的壓力分布情況。其次，在實際工作中，選擇“假設”狀態要經過進一步的篩選與測試工作，并將結果與客觀條件有效結合，避免螺栓的設計與實際情況相脫離。同時，機械可靠性要求螺栓的聯結設計中要借助聯結方程的應用程序確定螺栓的具體直徑，從而有效減小螺栓直徑的設計誤差，提高高壓電器設計的科學性與合理性，保證電器產品生產的質量。

3.2 高壓電器受壓筒體螺栓聯結的設計

以往對常規電器的設計與使用工作通常只注重簡單技術的應用，并未對多種影響因素進行考慮和分析，從而難以保證設計的可靠性，影響了電器產品的使用性能。而高壓電器對于其設計的精密性要求較高，要想保證其使用性能和使用壽命，需要對不同的電器產品類型的相關標準進行研究與分析。高壓電器受壓筒體螺栓聯結設計與電器的性質和特點密切相關，如果在高壓電器受壓筒體螺栓聯結設計的細節上處理不當，則容易導致產品在使用中內部出現連鎖反應，從而影響產品的正常使用。交流高壓自動分段器的滅弧室里有六氟化硫氣體，因此，在對高壓電器的設計工作中，需要依據計算獲得的相關數據對分段器進行設計，并采用科學可靠的連接方法，依據SF6氣體確保螺栓材料選擇的科學合理性。在該項設計工作中可以選擇用概率設計法進行，利用數學學科本身的可靠性，并對相關概率進行估算提高設計工作的可靠性。在高壓電器的設計中應用機械可靠性相關理論知識內容有助于提高設計工作的整體水平，有效彌補了以往高壓電器設計中存在的弊端和不足，滿足不同類型高壓電器產品設計的基本需求。隨著社會經濟的不斷發展，高壓電器產品的類型也更趨于豐富，滿足了社會各領域對高壓電器的應用需求，推動了我國電器設計與制造行業的繁榮發展。因此，在未來發展中，我們還需要將高壓電器設計與機械可靠性緊密結合，從而設計與生產出更多優質的高壓電器產品，滿足消費者的多元化需求。

4 結束語

高壓電器的可靠性設計方法相對于傳統的設計方法而言具有更強的難度和復雜性，但同時也體現出了設計方法的科學性、全面性與可靠性。機械可靠性在高壓電器設計中的應用有利于提高產品的質量，增強產品的市場競爭力，從而提升企業的經濟與社會效益。因此，在未來的發展階段，我國需要更加深入地對機械可靠性在高壓電器設計中的應用方式進行研究與分析，從而發揮其優勢作用，促進我國電器領域的繁榮發展。