（西门子（杭州）高压开关有限公司）
摘要：近年来，社会经济在高效地发展，在城市建设的过程中，高压电器的需求在不断增加。在对不同类型的高压电器进行设计的过程中，机械的可靠性是相对比较重要的影响因素，不容忽视。本文主要是对机械可靠性在高压电器设计过程中的具体应用情况进行分析和探讨，希望能够给进行高压电器设备设计的相关工作人员提供一定的借鉴以及参考。
关键词：机械、可靠性、高压电器、设计、应用
引言：现如今，现代科学技术得到了飞速的发展，并且在各种生产流程当中都得到了非常直接而且广泛的应用。在高压电器产品的实际生产过程中，机械可靠性技术的有效应用不仅促进了科学技术的高效应用，还进一步提升了高压电器设备运行的安全性、可靠性和稳定性。在高压电器设备的设计过程中，确保高压电器产品的机械可靠性一直以来都是高压电器产品设计工作的重中之重，对其使用质量和使用功能都有着最为直接的影响。因此，在高压电器产品的实际设计工作和生产过程中，对于这类问题，工作人员应该给予高度的重视和广泛的关注。因此，在确保高压电器产品运行的科学性、安全性和稳定性的过程中，作为高压电器设计相关工作人员的我们应该加强对高压电器机械设备及其可靠性的认识，在此基础上，对机械可靠性进行科学的、合理的应用，使高压电器设计工作的高质量性和高效性得到切实有效的保障和促进。
一、机械可靠性的概述
1、机械可靠性以及失效性
在高压电器产品的设计以及生产过程中，机械可靠性一直以来都是制约其产品质量和使用性能的重要因素之一，对高压电器产品的安全性、可靠性和稳定性有着最为直接的影响。从总体上来看，机械可靠性的主要内容不仅包括了所涉及科学技术的创新性和先进性，还包括了相关技术及其应用的高效性和可靠性。如果所设计和生产的高压电器设备没有一定的机械可靠性作为其支撑，其使用质量、使用功能及其安全性和可靠性就会受到很大的影响，也就无法顺利地投入使用。在对高压电器产品机械可靠性进行分析及研究的过程当中，机械可靠性主要涉及到高压电器产品的故障率等因素，然而，在实际应用的过程当中，机械可靠性主要指的是在单位时间内所表现出的参数值。与机械可靠性相对应的就是机械失效性，在对相关指标数据进行获取的过程中，相关研究人员及其工作人员应该结合大量的研究数据，对其进行精准的计算，然后再对相关的数据内容以及形式进行切实有效的分析，最终制定出相应的失效率和时间之间的关系图。其具体情况如图1所示：
2、机械可靠性技术工作的基本内容
机械可靠性指的机械产品在规定的使用条件、规定的时间内完成规定功能的能力。提高可靠性和安全性是机械可靠性设计的主要目标。然而，影响高压电器产品运行安全性和可靠性的因素非常多，不胜枚举，从高压电器产品的设计环节、生产制造环节到使用性能的测定环节等，整个过程都存在着许多的影响因素。如果高压电器产品在其工作过程中出现了严重的机械设备故障问题，那么就需要立刻对其进行机械可靠性分析，做好其筛选工作，并且根据相关规定的要求对其进行工作完成和信息反馈，做好其分析工作、筛选工作以及相关情况的反馈工作，这样不仅可以进一步提升高压电器产品设计工艺实施的顺利性和高效性，还能够使其使用性能的完好性及其运行的安全性、可靠性和稳定性得到切实有效的保障。此外，我们还需要注意的是，高压电器产品本身的机械可靠性与其管理工作之间所存在的各种密切关系。在对其进行实际测试以及抽样时，我们应该严格地遵循其应有的原则，采用排列组合的测试形式和抽样形式来进行，并且通过相对缜密的数学计算方式来实现高压电器产品设计机械可靠性的获得，确保高压电器产品的机械可靠性。
3、数学模型
一些高压电器产品在其实际测试的过程中所需要的时间相对比较长，而且，不同高压电器产品的到期时间也会存在一定的差异，这些差异性的明显存在对高压电器产品的设计工作及其机械可靠性提出了更高的要求。所以，高压电器产品的相关设计工作人员需要对其机械故障的各种数据信息进行搜集、统计和分析，在对其进行设计时，我们要将统计概率和数学规律作为其重要的依据之一。因为高压电器产品实际测试过程中的很大一部分计算都需要用到数学公式，在其计算的过程中也可以找到一定的规律，并且可以对其规律性进行很好的总结，进而对事物的本质进行更好的反应。与此同时，通过所得到的相关数据结果，我们还可以绘制出与高压电器产品相关数据信息相对应的直方图形式，并且从图中就可以更加直观明显地了解到高压电器产品相关数据信息的变化规律以及分布情况等。在高压电器产品的实际工作过程中，机械设备故障率的确定主要是以函数的形式出现的，用函数来对失效以及特征进行展示，具有一定的可靠性。其具体情况如图2所示：
4、常见的失效分布类型
在对高压电器产品进行设计的时候，相关设计工作人员在对其函数进行计算的过程中，主要的变量为机械设备故障分布密度以及机械设备故障积累两种。这二者之间的函数关系直接影响到机械设备故障的分布情况。比较典型的机械设备故障分布点主要以威布尔分布、正态分布以及对数正态分布等不同的类型为主，这些机械设备故障分布点的存在对高压电器产品类型的判断工作以及对高压电器产品故障的维护工作都起到不可小觑的促进性作用。其中，人们常说的使用可靠性指的就是从已知的机械设备故障分布功能情况入手，对高压电器产品的故障率进行简要地判断和进一步分析。虽然它们所采用的方式各不相同，但是其最终所得到的结果却在一定程度上存在着很大的相似性。由此可见，对常见的失效分布类型进行切实有效的分析和探讨，不仅可以进一步提升高压电器设备运行的顺利性和高效性，还能够积极地表现高压电器设备本身的机械可靠性。
二、机械可靠性的高压电器设计
1、常见的机械可靠性设计方法
通常情况下，在对高压电器设计方式进行分析和研究的过程当中，相关设计工作人员往往会采用以下几种常见的机械可靠性设计方式：首先是概率设计法，这种方式主要是先对数学学科本身的可靠性进行充分的利用，然后再通过对相关的概率进行统计、估算和分析，最后则是利用计算的方式和比较的方式来满足高压电器设计的机械可靠性要求，概率设计法在高压电器产品的实际设计过程中的应用范围相对比较广范；其次是失效模式影响及致命度分析法，这种设计方式主要应用于高压电器产品的系统设计过程中，主要目的是对高压电器产品某些特殊的系统构成部分或者是对其潜在的机械设备故障模式及其各种功能进行详细的分析，这种设计方式不仅可以进一步确保高压电器设备故障预防工作的科学性和合理性，还能够将机械可靠性充分地应用到高压电器产品的设计过程中，这种方式在高压电器产品的实际应用过程中体现出一定的复杂性。
2、机械可靠性的设计内容与步骤
2.1机械可靠性的设计内容
在高压电器设备的设计过程中，机械可靠性设计工作的实施需要严格地根据其具体的设计内容以及科学的设计步骤来完成。具体来说，其主要的设计内容包括以下几个方面：第一，高压电器设备必须经过鉴定的可靠性指标以及价值观的确定，才能投入生产和使用。第二，必须对相应的机械可靠性指标进行科学合理地分配，确保其具有良好的分布情况。第三，在对高压电器设备零件进行设计的过程中，主要应用到的是机械可靠性的特点。
2.2机械可靠性的设计步骤
在高压电器设备的设计过程中，机械可靠性的设计步骤如下：首先，要对高压电器产品重要设计所存在的问题进行充分地明确，然后，再根据高压电器设备设计任务大纲的各个特点对其设计过程中可能出现的变量以及参数进行有效的控制。其次，要对相应的机械设备故障模式以及高压电器产品的危害性进行分析。对组件模式的机械设备故障问题进行分析，找到其本质特点，再对其独立性及其相关性进行分析。此外，要根据不同类型的机械设备故障模式来制定相应的函数图，然后根据致命机械设备故障模型来对应力的各种分布状况及其强度进行分析。在提升高压电器产品设计工作安全性和可靠性的基础上，相关设计工作人员还应该对其机械可靠性的失效模式进行充分的考虑到。最后，高压电器产品系统的关键部位和核心部位一直都是设计工作人员关注的重点。对此，需要经过反复地审核之后，才能够对相关的核心单元进行有效的控制。其可靠性和安全性也应该得以高效地优化和进一步完善。由此可见，在对高压电器产品进行机械可靠性设计的过程中，相关工作人员不仅需要明确其具体的设计步骤，还需要做好相关参数的控制工作。
三、机械可靠性在高压电器设计中的具体应用
1、高压电器螺栓联结的典型设计
首先,确定设计标准,假设沿螺栓截面均匀分布的压力以及应力集中系数的载荷分布和其他因素的几何形状的变化,对每个螺栓的大小进行测试,从而确定元件的压力分布以及分布状态。在进行设计的时候,通常对第一种选择都是假定的。螺栓的端部的应力分布的应用程序应该采用联结方程来确定螺栓的直径。
2、高压电器受压筒体法兰螺栓连接的设计
高压电器受压筒体的法兰螺栓连接设计应用ANSYS有限元软件分别建立高压电器受压筒体法兰与螺栓连接的有限元模型，在高压电器筒体最高使用压力及螺栓预紧压力等载荷条件下对螺栓连接的结构强度进行数据模拟，给出数据计算结果，并对结果进行数据分析，并在此条件下对高压电器筒体进行疲劳分析。
结束语：由上述分析可知，在高压电器产品的设计过程中使用机械可靠性的设计方法是一种全新的尝试。然而，作为高压电器设计的一种新学科,机械可靠性具有非常强大的生命力。因此，做好机械可靠性在高压电器设计中的应用工作，不仅能够促进高压电器产品质量的提高，还能进一步提升高压电器产品的市场竞争力，最终扩大高压电器企业的经济效益和社会效益，对我国高压电器企业发展的长期性和稳定性具有至关重要的促进性作用和十分深远的社会现实意义。作为一种切实可行的设计方式，不仅能够在一定程度上降低高压电器产品的生产成本，还具有很高的实用价值，预计在不久的将来,高低压电器的机械可靠性设计及其在高低压电器设计过程中的应用会取得突破性的进步和发展，对于其应用，我们应该给予高度的重视和广泛的关注。
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论文作者:吴华
论文发表刊物:《电力设备》2016年第5期
论文发表时间:2016/6/16
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