全液压钻机设计的可靠性预测

作者：中国地质大学 周琴 蔡建平

欢迎访问e展厅 展厅 5 钻机/掘进机/凿岩机展厅 钻机, 潜孔钻机, 水平定向钻, 顶管机, 旋挖钻机, ... 摘要 介绍了在新产品开发过程中，利用模糊数学来预测机械产品及部件的可靠性的方法。 关键词：可靠性预测钻机卡盘 钻机系统中，钻探设备可分为动力头、钻机、泥浆泵和钻塔等。钻机是钻探工作的最主要设备，完成钻进工序和起下钻工序。由于钻探的目的、用途及钻进方法的不同，使钻机的类型多样化。全液压旋喷钻孔钻机主要应用于地下工程施工，集旋喷和钻孔于一体，在钻进的同时完成旋喷工作。该钻机主要由液压系统、动力头、卡盘、升降机构、旋喷机构、行走机构等组成，构成一串联系统。卡盘是重要组成部分，完成加、减压钻进，提升、下落钻具，强力起拔等主要工序。机械式卜盘通常有常闭式和常开式两种，我们采用常闭式，主要由卡盘壳、活塞、碟形弹簧、卡圈、卡瓦、卡瓦座等零件组成，其中卡瓦磨损剧烈，利用卡瓦这一易损件预计卡盘部件的可靠性。 1可靠性预测的原理 1.1确定影响模糊评判的因素集 技术水平，重要程度，复杂程度，环境条件。 1.2确定各因素的模糊隶属度 隶属度指反映各因素在综合评分中所占的地位与作用，它将直接影响模糊评判值 1.3建立模糊关系矩阵 各因素的评判集记为bI=(bi1,bi2,bi3,bi4,bi5) 每个评判都有一个相对隶属度，可看作各等级的标准值。 S=(S1,S2,S3,S4,S5) 相对隶属度越大，表明单元的可靠度越低，失效率越大。隶属度的确定方法有许多种，在这里采用专家评分的方法确定隶属度(表1)。 表1因素评判等级表 技术水平 高 较高 一般 较低 低 重要程度 重要 较重要 一般 较低 低 复杂程度 低 较低 一般 较高 高 环境条件 好 较好 一般 较坏 坏 联合各个单因素评判，可得到一个从因素集到评判集的模糊关系矩阵R，记为RI=(Ri1,Ri2,Ri3,Ri4,Ri5) 1.4确定单元综合评分数 根据模糊变换原理，可得模糊综合评判模型。 B=a。R=(B1,B2,B3,B4,B5)C=B。ST 1.5系统可靠性预测 设机械零件的寿命近拟按指数分布处理，系统中各单元的失效率取为常数。(在初步设计阶段，由于缺乏可靠性数据，我们常将一些条件理想化和简化)。 系统一般由各单元串联组成(假设各单元相互独立且工作时间相等)，系统可靠度k等于各单元可靠度之积，即K=K1K2K3…Kn(KI=e-λI,λI=λ。CI)其中，λI为单元失效率，λ为某已知单元的失效率，CI为第I个单元综合评分系数。 2卡盘设计中的具体应用 卡盘中卡瓦为易损件，并且卡瓦的结构也基本成熟，我们以卡瓦的可靠性来预计卡盘可靠性，从而预计钻机可靠性。 根据因素评判等级表，首先列出模糊关系矩阵如下： 隶属度取为a=(0.20.50.20.1)； B=a．R=(0.450.210.180.090.07)； 综合评分数C=B．ST=(0.450.210.180.090.07)．(0.150.30.30.40.2)T=0.24； K=e-ΣλI=e-5λk=0.89 系统可靠度C是指卡盘部分可靠值，为简化计算，该部件取五个主要零件：卡瓦、卡瓦座、碟形弹簧、卡圈、活塞，取卡瓦零件失效率和综合评分数为标准进行计算，五部分失效率以卡瓦为参考均取10％。计算可知，卡盘可靠度可达89％。 3结论 由于篇幅所限，这里只说明了卡盘部分的计算，但为整机的可靠性计算提供了方法。在产品的初步设计阶段，在可靠性数据缺乏的情况下使用模糊预测方法，关键在于建立待预计单元的可靠性与已知单元可靠性间的联系。虽然它只是在理想情况下提供大致的估算值，但为设计者提供了可靠性反馈信息。 (end)

文章内容仅供参考 (投稿) (如果您是本文作者，请点击此处) (6/10/2004)