Износ машин

Примерно 80-90% отказов машин и механизмов происходит из-за износа узлов и деталей. За полный цикл эксплуатации машин расходы на ремонт в несколько раз превышают затраты на изготовление новых машин. Ремонтом оборудования в развитых странах занято около 30% общего числа рабочих и примерно такая же часть станочного парка. На ремонт расходуется пятая часть всего выплавляемого металла. Такие значительные расходы обусловлены недооценкой значимости проблем износостойкости и долговечности машин, как ныне эксплуатируемых, так и намеченных к выпуску в ближайшее время.

При работе машин изменяются размеры их деталей, структура конструкци­онных материалов, в них появляются внешние и внут­ренние, видимые и скры­тые дефекты. В результате – снижается мощность двигателя, уменьшается раз­виваемое усилие на рабочих органах и производительность машин. В этом слу­чае говорят, что машина изнашивается. Изнашивание представляет собой слож­ный процесс взаимодействия деталей между собой или со средой, выражаю­щийся в постепенно нарастающих разрушениях деталей и приводящий к изме­нению их формы, размеров и структуры материала.

Под износом понимают результаты изнашивания. Он выражается в линейных и массовых единицах или в снижении физико-механических свойств детали: прочности, упругости и др. Износы деталей машин, встречающиеся в практике эксплуатации, весьма разнообразны и различаются по причинам возникновения, характеру их нарастания и результатам проявле­ния. Поэтому износы разделяют на медленнонарастающие (естественные) и быстро развивающиеся (аварийные).

Медленнонарастающие износы являются следствием длительной работы сил трения, воздействия высоких температур и других факторов при нормальных ус­ловиях работы машины и при выполнении в установленные сроки мероприятий по техниче­скому обслуживанию. Эти износы составляют группу постепенных отказов и характеризуют долговечность узла и механизма, а следовательно, и машины в целом.

Быстроразвивающиеся износы проявляются иногда даже после непродолжи­тельной работы машины. Они свидетельствуют о дефектах ее изготовления, о некачественном техническом обслуживании, а также объясняются проявле­нием случайных обстоятельств при использова­нии машин и составляют группу внезапных отказов, определяющих надежность машин.

Рис.19.1 График изнашивания пары трения

Процесс изнашивания большинства деталей машин при эксплуатации может быть представлен в виде кривой ABКС (рис. 19.1), которая показывает измене­ние зазора в паре взаимодействующих деталей, например, в паре «вал – втулка». В момент пуска в эксплуатацию зазор в паре равен отрезку ОА. На кривой видны три участка. Участок АВ изображает интенсивное изнашивание деталей в кратковременном процессе приработки. Участок ВК характеризует постепен­ное изнашивание в процессе длительной нормальной работы машины в течение срока службы Т. Зазор между трущимися деталями в этот период хоть и мед­ленно, но растет, увеличиваются динамические воздействия между ними, дости­гая предельно допустимых к моменту, характеризуемому критической точкой К. После ее достижения скорость изнашивания на участке КС резко возрастает, дальнейшая эксплуатация машины может закончиться аварийным поврежде­нием сопряженных деталей.

Износ, соответствующий точке К, является по этой причине максимальным, или предельным. Работа при таком износе технически невозможна или эконо­мически нец­лесообразна. Срок службы определяется формулой:

,

где S_max – предельный износ сопряжения (детали), мм;

S_min – минимальный (начальный) износ сопряжения после приработки, мм;

tg - интенсивность изнашивания, мм/ч.

Из выражения следует, что максимальный срок службы со­пряжений можно обеспечить, создавая условия, способствующие минимальной интенсивности из­нашивания для каждого сопряжения. Различают три основных вида изнашива­ния: механическое, молекулярно-меха­ническое и коррозионно-механическое. Механическое изнашивание происходит в результате взаимодействия поверх­ностей материала деталей при трении. Молекулярно-механическое изнашивание проявляется в результате одновременного воздействия на материал механиче­ских и атомарных или молекулярных сил при трении. Коррозионно-меха­ническое изнашивание характеризуется одновременным протеканием пластиче­ской деформации поверхностного слоя материала детали и его физико-химиче­ским взаимодействием со средой при трении

Скорость изнашивания зависит от многих факторов:

· характер приложения нагрузки и взаимодействия деталей — вид трения, скорость скольжения и температура поверхности, удельное давление, зазоры в сопряжениях деталей;

· параметры сопряженных поверхностей деталей — структура и твердость материала, шероховатость поверхности;

· промежуточная среда — смазка, поверхностные пленки, абразивы;

· условия эксплуатации — применяемое топливо для двига­теля, квалифика­ция обслуживающего персонала, качество и своевременность техни­ческого обслуживания и ремонта;

· конструкция машин и ее узлов — соответствие геометрических форм и раз­меров деталей действующим нагрузкам и характеру работ, технологич­ность конструкции в отношении обслуживания и ремонта;

· окружающая среда — температура среды и ее агрессивность.

Уровень влияния одних факторов закладывается на этапе конструирова­ния и изготовления машины, влияние других определяется условиями экс­плуатации, полнотой выполнения требований, установленных изготовителем машины в инструкциях по ее производственной эксплуатации, техническому обслуживанию и ремонту.