Изменение технического состояния механизмов

Любая машина, механизм или агрегат исправны, если они удовлетворяют требованиям, предъявляемым к ним нормативно-технической документации. К ним относятся показатели технических характеристик, показывающие их назначение, массу, внешний вид (состояние поверхностей). Основными из них являются показатели технических характеристик. Их обусловливают определенные величины-параметры (П). Такими параметрами, например, для пожарного насоса являются величины подач Q л/с, значения создаваемых напоров Н, м, мощность, развиваемая двигателем, N кВт и т.д.

Требуемые параметры заложены техническими условиями на изготовление машин, механизмов, агрегатов, систем и реализуются при проектировании и изготовлении. Таким образом, все механизмы и системы характеризуются определенными параметрами технических характеристик.

Для систем и механизмов машин устанавливают начальное значение параметров П₀, предельно допустимые П_пд и допустимое П_д. При достижении значений П_д изделие становится неработоспособным, поэтому устанавливают срок его обслуживания, равным величине П_пд.

Продолжительность нормального функционирования систем и механизмов во времени неодинакова. Так, изменение П в большинстве систем регламентируется временем (или величиной пробега ПА в км), в течение которого система будет нормально функционировать. Первоначальные значения П при эксплуатации ПА могут восстанавливаться. К таким системам относятся системы подачи топлива, фильтрации масла, подачи пенообразователя и т.п.

В этом случае изменение П и его восстановление можно иллюстрировать, как показано на рис.11.4. Параметр П может изменяться от П₀ до П_д, как показано на участке аб'. Однако его восстановление производят при достижении П_пд (отрезок бв). При этом могут производиться регулировочные работы (например, регулирование форсунок дизеля) или работы по промывке систем (например, топливных фильтров или пеносмесителя). Таким образом, эти системы требуют периодического обслуживания. Оно производится либо по значению измеряемого параметра П_пд, либо устанавливается по величине пробега ПА.

Аналогично описанному изменяются параметры характеристик механизмов. Для них такими параметрами могут быть мощность двигателя
N, кВт, подача насоса Q, л/с, и величина напора, развиваемого двигателем, и др. Снижение П (точка а) ниже допустимого П_пд (точка б) приводит к функциональному отказу: невозможно забрать воду насосом из водоема, невозможно запустить двигатель и т.д.

Параметры характеристик механизмов изменяются значительно медленнее, чем у их систем. Как правило, при достижении П_пд требуется ремонт механизма (рис. 11.5).

Изменение П при эксплуатации обусловлено изнашиванием рабочих поверхностей деталей и агрегатов. Основой изнашивания является трение.

Общие сведения о трении. Трение – это механическое взаимодействие между твердыми телами, которое возникает в местах их соприкосновения и препятствует относительному перемещению тел в направлении, лежащем в полости их соприкосновения. В зависимости от вида движения одного тела по отношению к другому различают трение скольжения и качения.

Процесс трения характеризуется коэффициентом трения – отношением силы трения F_t (рис. 11.6) к приложенной нормальной силе F_n. Для металлических поверхностей трения f @0,08 – 0,1.

Рис. 11.6. Контакт поверхностей трения:

1 – плита; 2 – ползун; 3 – динамометр

Трение между телами, поверхности которых не смазаны, называется сухим трением, а при обильной смазке – жидкостным. В случае очень тонких слоев смазки оно называется граничным.

Сухое трение происходит при работе тормозов, дисков трения сцепления, ременных передач. При трении поверхности деталей нагреваются. Коэффициент трения может достигать значения 0,15 и выше.

Граничное трение проявляется при толщине адсорбированного слоя масла на поверхностях трения около 0,1 мкм. Коэффициент трения при этом достигает значений 0,01 – 0,1. Оно происходит при работе зубчатых передач, при скольжении поршневых колец по поверхностям гильз цилиндров в двигателях и т.д.

Рабочие поверхности деталей шероховаты. Толщина слоя масла между ними неодинакова. В отдельных зонах поверхности разделены маслом, в других (точки а, б, с на рис. 11.7) слой масла может быть очень тонким.

Рис. 11.7. Определение коэффициента трения

Жидкостное трение наступает тогда, когда поверхности трения полностью разделены слоем масла. В этом случае коэффициент трения достигает величины 0,001. Этот режим трения может иметь место в подшипниках скольжения, зубчатых передачах.

Трение рабочих поверхностей деталей основания – причина их изнашивания. В настоящее время имеется несколько классификаций изнашивания. В наиболее простом случае рассматривают истирание рабочих поверхностей, их схватывание (молекулярно-механическое изнашивание) и питтинг (осповидное разрушение).

Истирание – наиболее распространенный вид изнашивания. Ему подвергаются рабочие поверхности всех сопряженных деталей. При этом с поверхностей трения удаляется металл, изменяются размеры деталей, увеличиваются величины зазоров между ними. Потери массы изнашивающейся детали невелики (несколько десятков граммов). Это не сказывается на прочности деталей. Однако они являются причиной замены деталей из-за потери массы, так как образующиеся зазоры в сопряженных деталях не обеспечивают нормального функционирования механизмов. Так, изнашивание поршневых колец и гильз цилиндров приводит к невозможности пуска двигателей (увеличение зазоров) и уменьшению развиваемой ими мощности. Изнашивание деталей уплотнения пожарных насосов приводит к невозможности создавать в них требуемую величину вакуума для забора воды и т.д.

Схватывание поверхностей трения происходит вследствие молекулярного сцепления отдельных зон контактов поверхностей трения. Нагрузки на поверхностях контакта воспринимаются отдельными частями поверхностей зоны а, б, с (см. рис. 11.7). Они подвержены очень высокому давлению, которое выдавливает смазочный слой. Наступает сухое трение, локальное повышение температуры и схватывание поверхностей. Образующиеся мостики схватывания разрушаются, при этом увеличивается шероховатость поверхностей трения и их изнашивание. Этот процесс может иметь место на рабочих поверхностях трения зубчатых колес, в подшипниках скольжения.

Питтинг – процесс выкрашивания металлических частиц в зонах высоких контактных нагрузок. Он имеет место в подшипниках качения, зубчатых передачах. Его развитию способствует перегрузка механизмов, чрезмерный нагрев.

Общая закономерность изнашивания. Изнашивание рабочих поверхностей деталей сопровождается увеличением зазора между ними. В течение срока службы механизма они изменяются по-разному (рис. 11.8). В новых машинах детали соединены с некоторым начальным зазором Δ₀.

В начальный период эксплуатации интенсивность изнашивания деталей велика (аб). Происходит приработка (притирание) нагруженных поверхностей трения. Период L₀ на практике ограничивается обкаткой новых и поступивших после ремонта машин. При обкатке ограничивают
на 40 – 50 % скорость движения пожарного автомобиля. Продолжительность обкатки устанавливается заводом-изготовителем.

Период бв – период нормальной эксплуатации. Период до достижения предельного состояния механизма Δ_пр называют долговечностью (L на
рис. 11.8).

Если условия обкатки сделать более жесткими, то ее продолжительность уменьшится (аб'). Но тогда изнашивание будет более интенсивным и долговечность уменьшится на величину вв', т.е. станет равной L'.

Установленная долговечность механизмов может уменьшиться при нарушении режимов их эксплуатации и своевременного обслуживания. Становится также важной задача своевременно определить Δ_пр. При достижении Δ_пр изделие считается неисправным. Эксплуатация за пределами Δ_пр приводит к повышению интенсивности изнашивания и увеличению стоимости ремонта. Поэтому очень важно определять техническое состояние механизмов.

Специфика условий эксплуатации пожарных автомобилей, особенность теплового состояния механизмов при их работе, необходимость реализации возможно высоких скоростей движения являются причиной больших износов механизмов. Так, износы деталей двигателя ПА могут в 1,5…2,5 раза превышать износы двигателей транспортных грузовых автомобилей при одинаковом их пробегах.