Ассоциация EAM
Ассоциация эффективного управления производственными активами

3.2. Способы повышения надёжности механического оборудования при механических видах износа

Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с.

Механический износ – неизбежное явление в процессе эксплуатации металлургического оборудования. В зависимости от качества деталей, характера технологических нагрузок и окружающей среды изнашивание может иметь различные скорости. Механические виды износа классифицируют на желательные (скорость изнашивания минимальная) и нежелательные (скорость изнашивания выше минимальной). К желательным видам относится окислительный износ, все остальные (износы схватыванием первого и второго рода, осповидный, абразивный) – нежелательны [11].

Изучение причин выхода из строя деталей металлургического оборудования показывает, что в тонких поверхностных слоях развивается не один, а несколько различных процессов изнашивания, которые протекают с разными скоростями Vi . Один из процессов доминирует над другими, определяя скорость изнашивания деталей. Это позволяет сформулировать первое положение теории износа: вид износа детали определяется процессом, протекающим с максимальной скоростью.

Процесс, протекающий в поверхностных слоях деталей с максимальной скоростью, называется ведущим.

Устойчивое существование ведущего вида износа возможно в том случае, когда скорость изнашивания деталей VИ меньше скорости ведущего износа VВ. Для обеспечения высокой надёжности металлургического оборудования необходимо, чтобы ведущим видом механического износа в узлах трения был окислительный, то есть чтобы при условии VИ < VОК (VОК – скорость окислительного износа) выполнялись неравенства:

V1 < VОК; V2 < VОК; V3 < VОК; V4 < VОК,

где V1, V2, V3, V4 – скорость процессов изнашивания соответственно первого рода, второго рода, осповидного и абразивного.

Практически указанные неравенства можно обеспечить двумя путями: уменьшить скорость нежелательных видов износа или увеличить скорость окислительного износа.

Известны различные технологические способы, позволяющие уменьшить скорости нежелательных видов износа. Переход износа схватыванием первого рода в окислительный описывается неравенством:

V1 < VОК,

устойчивое существование которого можно достигнуть уменьшением V1 или увеличением VОК. Условия возникновения износа схватыванием первого рода характеризуются интенсивными пластическими деформациями, низкими относительными скоростями движения, отсутствием смазки или защитной плёнки оксидов. Поэтому уменьшить V1 можно такими технологическими способами, которые позволяют повысить предел текучести материалов и относительную скорость движения деталей, снизить давления на контактных поверхностях и улучшить смазку узлов трения.

Материал для изготовления деталей следует выбирать так, чтобы на поверхностях трения образовались прочные плёнки оксидов, не разрушающиеся под действием рабочих нагрузок. Эти плёнки резко снижают интенсивность явления схватывания. Предел текучести можно увеличить механическим упрочнением поверхностей (дробеструйная обработка, обкатка шариками и роликами), наплавкой твёрдыми сплавами, термической (объёмная и поверхностная закалка), химико-термической (цементация, цианирование, азотирование, барирование) обработкой.

Существенное влияние на скорость изнашивания оказывает качество поверхностей трения, которое оценивается размерами, формой и направлением шероховатостей. Чем выше класс чистоты, тем больше реальная опорная поверхность деталей и ниже давление. Если фактические давления станут ниже предела текучести материалов, то явления схватывания прекратятся. Однако с повышением класса чистоты возрастает способность металлов к молекулярному сцеплению. Экспериментально доказано, что минимальный износ развивается при оптимальной шероховатости, которая устанавливается опытным путём для каждого узла трения.

Интенсивность явлений схватывания можно снизить, увеличив относительные скорости перемещения деталей (VОТН > 1 м/с) или добавив к смазкам противонагрузочные присадки, основными компонентами которых являются соединения хлора, свинца, серы.

Второй путь устранения износа схватыванием первого рода – повышение скоростей окислительных процессов VОК . Для этого на трущиеся поверхности деталей наносят плёнки, предотвращающие схватывание. Чтобы получить стойкие плёнки химических соединений (сульфиды, хлориды, селениды), контактные поверхности подвергают термодиффузионной обработке.

Переход износа схватыванием второго рода в окислительный описывается неравенством:

V2 < VОК.

Устойчивое существование неравенства в реальных узлах трения можно обеспечить уменьшением V2 или увеличением VОК. При первой стадии износа схватыванием второго рода величину V2 уменьшают такими же технологическими способами, как и при износе схватыванием первого рода.

При второй и третьей стадиях необходимо повысить теплоустойчивость материалов и снизить количество теплоты, образующейся в зоне трения. Теплоустойчивость деталей возрастет, если изготовить их из сталей, легированных редкими элементами – вольфрамом, ванадием, титаном или из различных твёрдых и металлокерамических сплавов на основе карбидов этих же элементов. К конструктивным средствам снижения температуры в поверхностных слоях относятся выбор рациональной формы деталей и использование системы воздушного или жидкостного охлаждения.

Износ схватыванием второго рода можно предотвратить и эксплуатационными средствами, которые позволяют уменьшить работу сил трения. К ним относятся выбор рациональных режимов работы машин, совершенствование смазочных систем или добавление в смазочные материалы присадок, способствующих образованию на контактных поверхностях, не склонных к схватыванию вторичных структур. Особенно эффективны присадки дисульфида молибдена, нитрида бора.

Чтобы устранить осповидный износ, следует выполнить следующее неравенство:

V3 < VОК.

Развитие усталостных трещин не зависит от скорости окислительных процессов, поэтому осповидный износ переводят в окислительный только уменьшением величины V3. Используя такие технологические средства, как упрочняющая технология, выбор материалов и способов обработки, необходимо помнить, что их совокупность должна удовлетворять условию:

σ < σ1,

где σ – фактические давления; σ1 – предел выносливости.

Если неравенство выполняется, то усталостного разрушения материалов не произойдёт при любом числе циклов изменения рабочей нагрузки. Эффективно снижают осповидный износ конструктивные (стабильность прочностных характеристик материалов) и эксплуатационные (качественная сборка, работа оборудования в проектных режимах) средства.

Переход абразивного износа в окислительный описывается неравенством:

V4 < VОК.

Скорость абразивных процессов V4 не зависит от величины VОК, поэтому выполнить неравенство можно только уменьшив V4.

К конструктивным средствам, снижающим абразивный износ, относятся циркуляционные и проточные системы жидкой смазки, различного рода фильтры и приспособления, а к эксплуатационным – устранение источников пылеобразования в производственных зданиях, своевременная очистка и замена смазочных материалов, промывка поверхностей трения. Технологические средства (наплавка твёрдыми сплавами, применение специальных сталей, методов термической обработки и технологии поверхностного упрочнения) повышают сопротивляемость контактируемых деталей воздействию абразивных частиц.

После устранения нежелательных видов износа можно усилить надёжность металлургического оборудования, уменьшив скорость окислительного износа (создание на поверхностях трения прочных вторичных структур).

< 3.1. Виды механического изнашивания Содержание 3.3. Виды разрушений и изломов >

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован.

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте как обрабатываются ваши данные комментариев.

Аналогичные записи
  • 7.7. Обработка поверхности Обозначение шероховатости поверхности (смотри таблицу 7.3, таблицу 7.4): – знак I применяется для поверхности, вид обработки которой конструктором не устанавливается; – знак II применяется для поверхности, которая должна быть обработана удалением слоя материала, например, точением, фрезерованием, сверлением, шлифованием, полированием, травлением и т.п.; – знак III применяется для поверхности, образуемой без удаления слоя материала, например, литьём, [...]
  • 7.6. Основы термообработки Термообработка металлов и их сплавов — процесс целесообразно выбранных операций нагрева и охлаждения, в результате которого повышаются механические свойства, изменяются физические свойства, а следовательно, увеличивается срок эксплуатации деталей. Основными видами термообработки являются: отжиг, нормализация, закалка и [...]
  • 7.5. Сопротивление материалов Модуль Юнга (модуль упругости первого рода) Е, МПа, Н/мм2 — постоянная упругости в законе Гука в пределах, когда деформация пропорциональна напряжению. Модуль Юнга численно равен напряжению, увеличивающему длину образца в два раза: для стали, Ест = (2,0-2,2)×105 МПа; для чугуна, Еч = 1,2×105 МПа; для меди, Ем = 1,0×105 МПа; для алюминия, Еал = 0,6×105 МПа; [...]
  • 7.4. Мерительный инструмент Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 с. Мерительный инструмент В зависимости от назначения в процессе производства средства измерения и контроля линейных и угловых величин подразделяются на [...]
  • 7.3. Обозначения и свойства сталей, бронз, баббитов Механическое оборудование: техническое обслуживание и ремонт / В.И. Бобровицкий, В.А. Сидоров. – Донецк: Юго-Восток, 2011. – 238 [...]

Поддержите нас

Подписка

Рубрики