全液压钻机设计的可靠性预测 -

原作者:[标签:作者] 添加时间:2007-07-01 原文发表时间:2007-07-02 人气:1

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b_I=(b_i1,b_i2,b_i3,b_i4,b_i5)
　　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R_I=(R_i1,R_i2,R_i3,R_i4,R_i5)

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^。S^T

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…K_n　(K_I=e^-^λI,λ_I=λ^。C_I)其中，λ_I为单元失效率，λ为某已知单元的失效率，C_I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：

g3-2.gif (1271 bytes)

　　隶属度取为a=(0.2　0.5　0.2　0.1)；
　　B=a^．R=(0.45　0.21　0.18　0.09　0.07)；
　　综合评分数C=B^．S^T=(0.45　0.21　0.18　0.09
　0.07)^．(0.15　0.3　0.3　0.4　0.2)^T=0.24；
　　K=e^-^ΣλI=e^-5^λk=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％。