如何通過設計提高鉆探機械的可靠性

彭儒金

（湖南工程職業技術學院探礦機械研制中心，湖南 長沙 410100）

在社會和經濟發展過程中，各領域需要大量的工程機械，其中鉆探機械是重要的組成部分。但是我國鉆探機械發展較為緩慢，主要是在設計方面受到較大的限制，導致鉆探機械在運行過程中，無法保持可靠性狀態，致使鉆探機械在遇到特殊地質結構時，無法深入至指定的深度獲得地質資源。加強鉆探機械可靠性設計研究，采用多種設計方法，包括預防性設計、簡化設計以及余度設計等，有助于提高鉆探機械的可靠性。

1 關于可靠性的概述

在限定的標準時間內，使用工程機械可以完成指定的生產任務，證明工程機械具有良好的可靠性。在限定的時間內，通常使用工作時間、行駛里程等表示。此外在工程機械運行過程中，使工程機械處于可靠性運行狀態，還應考慮工程機械所處的自然環境，根據自然環境中的溫度、空間以及地理位置等條件，全面分析工程機械的可靠性。

在鉆探機械設備可靠性分析的過程中，我們主要從結構內容的可靠性分析，鉆探機械設備的載荷過大會導致機械系統出現疲勞、磨損、斷裂等現象，進而出現了失效性問題，可以針對定量可靠性系統的設計進行科學分析。在機械可靠性問題研究中，進行故障預防項目設計，實現對零部件設計內容進行合理選擇及有效性控制，同時盡量減少鉆探機械設備所使用零部件，減少設備出現故障概率；優化于都設計的核心性內容，在規定范圍內，將重復性結構、備件等裝備裝置進行合理化應用，當局部裝置出現失效現象時，要提升核心技術理念。在鉆探機械設計過程中應充分考慮到壽命及周期的使用內容，如裝置內容的裝配、運輸以及振動現象，在應用過程中可以進行強化環境分析。另外通過模擬方式可以逐漸優化鉆探機械設備的可靠性。在降額設計理念應用過程中將鉆探機械設備零部件使用應力降到最低，為技術優化提供保證。

2 關于鉆探機械系統的構建

我國在地質開發過程中，通過構建鉆探機械系統，已經促進地質領域快速發展，并且鉆探機械的開采能力不斷提高，許多創新技術得以廣泛的應用。在信息技術背景下，將計算機輔助設計應用在鉆探機械中，通過創新設計提高鉆探機械的可靠性水平，使我國鉆探機械不斷擴大在世界的影響力。

在鉆探機械系統構建過程中，鉆探設備是由多個機械組成，包括鉆塔、鉆機、泥漿泵、泥漿攪拌機、泥漿凈化設備、鉆具以及附屬工具等。以鉆井泵機為例，在計算機內進行設計時，會構建鉆井泵機架模型，在模型中會設置多種構件，包括底板、軸承座、左墻板、前底板、前板墻、前連接板以及右墻板組成。上述構件組建鉆井泵機架模型后，在計算機內通過模擬演示的方式，將鉆井泵機轉入到運行狀態，此時在計算機中，鉆井泵機架模型的過程，可以作為鉆井實際運行的參考，以便發現鉆井泵機在運行時出現的問題，針對問題進行合理化設計。

3 關于鉆探機械故障原因的分析

鉆探機械出現故障的原因，主要是以下幾個方面導致的：首先，鉆探機械內部設置的零部件，由于規格、性能等存在問題，會影響到鉆探機械正常的工作。零部件出現規格、性能等問題后，導致鉆探機械出現許多故障，分別為破斷性故障、機械腐蝕故障以及外部形態變化故障等；其次，鉆探機械在使用期間，受到自然環境的影響，許多具有腐蝕性的物質侵蝕鉆探機械，并且鉆探機械出現較為嚴重的磨損情況，最終導致鉆探機械無法工作。

通過對引發鉆探機械故障的原因進行分析，從以下幾個方面可以找出鉆探機械出現故障的原因：一，在鉆探機械設計過程中，由于設計人員未能選用合適的材料，鉆探機械完成制造后，通過熱處理時，材料受熱規格發生變化，導致鉆探機械內部存在較大的間隙，間隙進入雜質后，零部件出現較為嚴重的磨損情況；二，在鉆探機械生產制造過程中，制造過程未能嚴格按照流程進行，鉆探機械會出現故障。例如在鉆探機械內部安裝零部件時，由于未能對零部件進行光滑處理，零部件的光滑程度未能達到制造要求，零部件在運行時，受到相互擠壓后，零部件的尺寸會發生變化，一旦零部件尺寸發生變化，鉆探機械內部的承載能力不斷下降。此外零部件相互擠壓，會出現較為嚴重的摩擦情況，致使機械內部產生大量的熱量，內部溫度不斷升高，鉆探機械出現故障；三，在鉆探機械運行過程中，由于工作人員未能按照流程操作，或者缺乏對鉆探機械有效的維修和保養，鉆探機械性能不斷下降，鉆探機械出現故障的概率不斷提高。

4 鉆探機械可靠性的設計方法

在鉆探機械設計過程中，提升鉆探機械的可靠性，是鉆探機械設計工作的目標。以宏觀角度進行分析，鉆探機械可靠性設計，是由定性可靠性設計和定量可靠性設計組成。在定性可靠性設計過程中，可以采用提前預測的方法，分析鉆探機械可能出現的故障，針對故障進行優化設計，避免鉆探機械出現故障，從而提高鉆探機械的可靠性。

現階段鉆探機械種類不斷豐富，原有的可靠性設計標準發生變化，在鉆探機械可靠性設計過程中，應根據鉆探機械所處的環境以及其它條件造成的影響，通過全面的分析后，進行可靠性設計。

4.1 預防性設計

在鉆探機械可靠性設計過程中，預防性設計是重要的組成部分。由于鉆探機械工作環境較為復雜，需要設計人員全面分析自然條件下，引發鉆探機械出現故障的原因，根據原因進行預防性設計。通過預防性設計，使鉆探機械在不同的自然條件下運行時，可以避免受到復雜條件，導致鉆探機械出現故障無法正常的使用。

4.2 簡化設計

采用簡化設計方法進行鉆探機械設計時，一般用于設計結構較為簡單的鉆探機械。在簡化設計過程中，可以全面掌握鉆探機械的各個結構，使每個結構可以充分發揮應有的作用，在鉆探期間保持穩定的運行狀態，從而提升鉆探機械的可靠性。

4.3 余度設計方法

采用余度設計方法進行設計時，一般用于設計較為復雜的鉆探機械。在復雜的鉆探機械中，鉆探機械結構會增加較多的構件。上述構件的作用，體現在一旦鉆探機械出現故障，或者未能保持在穩定狀態運行，構件會自行處理鉆探機械出現的故障，從而強化鉆探機械的可靠性。在鉆探機械設計期間，采用余度設計方法，在鉆探機械設備內部配置構件，可以及時處理出現的故障，但是應注意的是，鉆探機械的基本性能會受到影響，長期運行后，鉆探機械的可靠性會不斷下降。

4.4 對于環境適應度的設計

由于鉆探機械會在較為復雜的環境中運行，根據環境條件進行鉆探機械可靠性設計，需要設計人員掌握鉆探機械的使用目的以及性能要求，并結合自然環境條件，對鉆探機械產生的不利影響，針對可能出現的故障進行設計，以便提高鉆探機械的可靠性。以環境條件Wie 角度進行鉆探機械設計時，提高鉆探機械的環境適應能力，設計人員應充分研究土壤的酸堿性，外部環境溫度、濕度以及交通條件等，在設計過程中使用抗腐蝕性能的材料，有效防止環境中的不利因素導致鉆探機械出現故障。此外在考慮鉆探機械運行環境條件的同時，還應注意鉆探機械在運輸過程中受到影響。在運輸環境中，鉆探機械會受到碰撞的影響，同時在封存的密封環境中，如果密封環境濕度較大，均會影響鉆探機械的可靠性。

5 關于鉆探機械可靠性設計的意義

鉆探機械可靠性設計的意義體現在以下幾個方面：首先，通過可靠性設計，可以提升鉆探機械的穩定運行能力；其次，鉆探機械在自然環境中運行時，由于自然環境條件會發生變化，提高鉆探機械的抗環境干擾能力，有助于延長鉆探機械的使用壽命；三，通過可靠性設計，進一步優化和完善鉆探機械結構，使鉆探機械內部結構更加緊密，在保證設定間隙的前提下，各個零部件不會出現磨損情況，從而降低鉆探機械的維修和保養成本；四，在可靠性設計過程中，設計人員綜合考慮各項因素，使用性價比較高的材料，可以控制鉆探機械制造成本，從而擴大鉆探機械生產規模，加快我國鉆探領域發展速度。

6 結語

綜上所述，在鉆探機械設計時，以提高鉆探機械可靠性作為設計目標，設計人員應全面考慮鉆探機械在自然環境中受到的影響因素，結合鉆探機械實際運行狀態，采用不同的方法進行設計。通過對鉆探機械進行可靠性設計，一方面使鉆探機械運行更加穩定，提高鉆探機械的運行效率，另一方面促進我國鉆探機械快速發展。