Износ оборудования. Виды износа

В процессе эксплуатации оборудования происходит износ его деталей, т. е. постепенное изменение формы, размеров и свойств материала деталей [1]. При этом, увеличиваются зазоры в сопряжениях подвижных деталей и нарушается плотность посадок неподвижных деталей. Возникающие дефекты приводят к нарушению режима работы оборудования, и если их вовремя не устранить, то оборудование может выйти из строя.

Износ может быть нормальным и аварийным.

Нормальный износ происходит в результате трения соприкасающихся деталей, ударной и переменной по направлению нагрузки, а также вследствие теплового и химического воздействия среды на материал деталей.

Аварийный износ является следствием проявления дефектов, заложенных в конструкции деталей, несоответствия материала деталей условиям работы, нарушения режима работы оборудования, несвоевременного или некачественного ремонта и пр.

Различают следующие виды износа:

– механический,

– усталостный,

– молекулярно-механический,

– коррозионный.

Механический износ

Механический износ вызывается силами трения при скольжении одной детали по другой. Трущиеся поверхности деталей имеют неровности, размер которых составляет 0,05 – 0.1 мкм [1]. Такие микронеровности вызывают соприкосновение деталей не по всей площади, а по так называемой площади фактического контакта, которая значительно меньше номинальной. Следовательно, и нагрузка от одной поверхности к другой передается только в местах контакта. Это приводит к значительному повышению удельного давления на контактирующие поверхности. Происходит пластическая деформация неровностей (выступов), их срезание и отламывание.

Износ существенно возрастает, если между поверхностями деталей оказываются твердые частицы, которые попадают на контактирующие поверхности из окружающей среды или являются продуктами собственного износа. Такой износ называется абразивным.

Механический износ происходит при работе оборудования в местах сопряжения деталей таких, как поршень–цилиндр, вал–подшипник, в зубчатых передачах и множестве других.

В результате износа происходит изменение размеров деталей, их формы, появление задиров, царапин, трещин, увеличение вибраций или заклинивание.

Износ зависит от следующих факторов [2]:

– свойства материалов трущихся деталей (коэффициент трения, температура, изменение размеров);

– чистота обработки трущихся поверхностей;

– наличие и качество смазки в местах сопряжения.

Чистота обработки поверхностей определяет фактическую площадь контакта трущихся деталей. В начале работы деталей микронеровности, образованные на поверхности деталей в результате предшествующей механической обработки, разрушаются, и возникает новый микрорельеф поверхности.

Чистота обработки определяет в основном износ деталей в период обкатки (начальный период работы оборудования).

Изменение шероховатости поверхности во времени при различной начальной чистоте обработки деталей имеет явно выраженный экспоненциальный характер, показанный на рисунке 4.1 [2].

 

Рис. 4.1. Изменение шероховатости поверхности во времени

при различной начальной чистоте обработки деталей [2]

 

Величина шероховатости стремится к установившемуся значению. Время τ1характеризует период приработки. При τ > τ1начинается период установившегося износа (притирка). В этот период шероховатость поверхности остается ~ постоянной. Коэффициент трения и износ минимальны. Такая картина характерна для нормальных условий работы трущихся деталей.

При повышенных нагрузках или отсутствии смазки может произойти “схватывание” поверхностей, появляются задиры и шероховатость резко увеличивается. Возрастает износ деталей.

При изготовлении сопрягаемых деталей необходимо обеспечить оптимальную чистоту обработки их поверхностей.

Качество обработки поверхности деталей, изготовленных из твердых материалов, особенно сильно влияет на интенсивность износа деталей из мягких материалов. Износ баббитовых вкладышей и бронзовых втулок тем больше, чем ниже качество обработки стального вала.

На рисунке 4.2 [2] представлена характерная кривая износа трущихся деталей во времени.

Рис. 4.2. Кривая износа трущихся деталей во времени

 

I – период приработки (обкатки машины, оборудования). Характеризуется повышенным износом. Не рекомендуется давать полную нагрузку (по аналогии с ограничением скоростного режима автомобиля), необходима частая замена смазки для отвода продуктов износа.

II – период устойчивой работы. Характеризуется постоянной скоростью износа. Необходима грамотная эксплуатацией оборудования в соответствии с инструкциями по эксплуатации и техническому обслуживанию.

III – период аварийного износа.

Механический износ возрастает при нарушении правил эксплуатации и технического обслуживания оборудования, в результате некачественного ремонта узлов сопряжения деталей, а также при нарушении режимов смазки.

 

Усталостный износ

 

Усталостный износвозникает под действием ударных и переменных по величине и направлению нагрузок [1]. Он имеет место при напряжениях, значительно меньших допустимым по пределу прочности материалов, из которых изготовлены детали.

Под действием переменных нагрузок на поверхности деталей возникают микротрещины. В местах царапин, раковин, надрезов, резких переходов от одного сечения детали к другому происходит концентрация напряжений в результате чего микротрещины увеличиваются и могут привести к разрушению деталей.

Характерный усталостный износ наблюдается в зубьях шестерен, на поверхности вкладышей подшипников скольжения на беговых дорожках подшипников качения. Это явление может возникать при перегрузке машин, нарушении смазочного режима, а также в результате некачественного изготовления и ремонта деталей машин/