Файл: Гаркави, Н. Г. Эксплуатация средств технического вооружения железнодорожных и дорожных войск учебник.pdf

Неисправности машины приводят к ухудшению ряда важней­ ших эксплуатационных показателей:

а) уменьшаются мощности, тяговые усилия, крутящие момен­ ты, развиваемые машиной; например, мощность изношенного дви­ гателя может составлять 75—80% мощности нового;

б) увеличивается потребление энергии и расход эксплуатаци­ онных материалов. Потребность изношенного двигателя в смазке может быть на 20—25% выше нормы, для трансмиссий эта цифра доходит до 50—60%. Указанное явление происходит не только вследствие износа элементов двигателя и трансмиссии, но и пото­ му, что износ рабочих органов машин повышает энергоемкость их рабочего процесса;

в) уменьшается надежность машин и безопасность работы на них. Основной причиной этого является изменение размеров, фор­ мы « -качества поверхности деталей;

г) уменьшение производительности машин, происходящее, как вследствие увеличения продолжительности простоев в ремонте, так и вследствие изменения эксплуатационных показателей ма­ шин-— падения мощности их двигателей, неисправностей системы управления (пробуксовывание муфт) и т. п., изменения парамет­ ров рабочего оборудования. Известно, например, что при большом износе дробящих плит камнедробилки ее производительность сни­ жается на 10—20%, при значительном ухудшении качества про­ дукции.

Сопротивление грунта резанию изношенными режущими кром­ ками ковша экскаваторов повышается, по сравнению с новыми на

60-70% [15].

Неисправности могут быть разделены на три группы:

—эксплуатационные, появляющиеся в процессе работы машин

иявляющиеся следствием естественного изнашивания деталей или нарушения правил эксплуатации;

—конструктивные, являющиеся следствием конструктивных недостатков машины;

—технологические, возникающие вследствие низкого качества изготовления или ремонта машин.

Кроме того, неисправности могут возникнуть вследствие бое­ вого -воздействия противника.

ИЗНОС ДЕТАЛЕЙ И НАПРАВЛЕНИЯ БОРЬБЫ С НИМ

Основной причиной неисправностей машин является износ их деталей. Нарушение регулировок, большей частью, является так­ же следствием износа деталей.

Износ деталей проявляется в изменении их размеров и свойств поверхностей и является результатом процесса постепенного раз­ рушения поверхностных слоев, происходящего при трении или других внешних воздействиях на материал детали, т. е. изнаши­ вания.

15

Скорость изнашивания Св

С„. = t. ’

где / — величина износа;

tn — время изнашивания.

Удобен для практического использования такой показатель, как темп изнашивания Таз

где V — объем продукции машины (например, объем грунта, вы­ копанный экскаватором).

Изнашивание деталей является чрезвычайно сложным процес­ сом и его исследованием занято большое количество ученых как в

СССР, так и за рубежом. Отрадно отметить, что советские ученые проделали в этой области наибольшую работу и всему миру из­ вестны имена Е. А. Чудакова, В. Д. Кузнецова, И. В. Крагельского и др. Однако многие вопросы теории изнашивания остаются со­ вершенно неизученными и, в частности, нет еще общепринятой классификации видов изнашивания.

Одной из наиболее распространенных является классификация проф. М. М. Хрущева, которая и может быть принята за основу. Различается три основных вида изнашивания: механическое, мо­ лекулярно-механическое и коррозионно-механическое (оно будет рассмотрено в главе 11). Изнашивание деталей машин может быть одновременно нескольких видов.

Механическое изнашивание вызывается внешним механическим воздействием и происходит без существенных физико-химических изменений поверхностей деталей. Оно подразделяется на несколь­ ко разновидностей: абразивное, при пластическом течении и при хрупком разрушении.

Абразивное изнашивание — разрушение поверхности детали, обусловленное режущим или царапающим действием твердых ча­

мент, камень. Первый вид такого изнашивания встречается при ра­ боте плохо защищенных узлов трения в запыленной среде, при не­ достаточном удалении из узлов трения продуктов износа (главным образом вследствие неудовлетворительной смазки), второй — яв­ ляется характерным для рабочих органов строительных машин — ковшей и ножей землеройных машин, щек камнедробилок и т. п.

При абразивном изнашивании большое значение имеет механи­ ческая характеристика структурных составляющих материала дета-

16

лей, свойства абразивного материала. Изнашивающие частицы при движении прорезают канавки в менее твецдой основе, затем эти канавки увеличиваются, происходит разрушение более твердых структурных зерен.

Данные многих исследователей (М. М. Хрущева, Ю. В. Волко­ ва и др.) доказывают, что интенсивность изнашивания этого вида возрастает с уменьшением твердости материала детали, с увеличе­ нием нагрузки, температуры, скорости скольжения. Однако влия­

Влияние скорости относительного скольжения и удельной на­ грузки на скорость изнашивания неоднозначно и должно учиты­ ваться раздельно.

Основной эксплуатационной мерой борьбы с абразивным изна­ шиванием является надежная защита узлов трения от абразивной среды (в основном с помощью защитных консистентных смазок) и постоянное и полное удаление из них продуктов износа (жидки­ ми маслами).

В ряде случаев смазка изнашиваемых поверхностей (например, стальных канатов, втулочно-роликовых цепей машин, работающих в запыленной среде) увеличивает интенсивность абразивного из­ нашивания.

Иногда оказывается целесообразным увеличение предельно до­ пустимых зазоров в сопряжениях, уменьшающее интенсивность абразивного изнашивания на 10— 15%. Это увеличение ограниче­ но условиями эффективной работы сопряжения.

Форма рабочих органов землеройных машин влияет на ско­ рость их абразивного изнашивания. Так, Е. П. Огрызков [17] при­ шел к выводу о рациональности уменьшения толщины лемеха плу­ га до 2,5—3,8 мм и угла его заострения до 15—20°.

Важными являются и свойства материалов деталей, П. Н. Львов [38] предлагает формулы для расчета необходимой микротвердости

Изнашивание при пластическом течении металла заключается в изменении размеров детали при постепенном смещении поверх­ ностных слоев по направлению скольжения или же в изменении микроформы детали при дефопмированин всей ее массы.

Этот вид изнашивания характерен, например, для подшипни­ ков, залитых мягким сплавом, где при больших нагрузках и высо­ ких температурах происходит изменение размеров слоя сплава, а иногда и его откалывание.

Изнашивание деталей при хрупком разрушении происходит тогда, когда поверхностный слой одной из трущихся деталей дела­ ется хрупким вследствие наклепа, поверхностной усталости, струк­ турных изменений и некоторых других причин. Этот вид изнашива­ ния характерен для беговых дорожек подшипников качения, зубь­ ев колес и т. п.

Усталость металла, возникающая у детален с концентрирован­ ными, пульсирующими или знакопеременными нагрузками, приво­ дит к разрушению даже при сравнительно невысоких напряжениях.

Возникающие в поверхностных слоях детали касательные на­ пряжения вызывают появление сети мелких трещин, которые в дальнейшем могут вызвать отслаивание чешуек металла и образо­ вание на поверхности осповидных углублений. Большое влияние на характер усталостного разрушения оказывает наличие в тре­ щинах масла, которое под действием внешнего давления расклини­ вает их.

В зубчатых передачах усталостные трещины возникают раньше всего в 3 o h q , близкой к начальной окружности, где сила трения и напряжения на поверхности наибольшие. На ножках зубьев тре­ щины ориентированы так, что масло в них находится под давле­ нием и выкрашивание металла поэтому происходит быстро. На го­ ловках зубьев, вследствие противоположного направления сил тре­ ния, трещины направлены в другую сторону, давление на масло там отсутствует и раковин не образуется. В открытых зубчатых пе­ редачах, где смазка недостаточна, выкрашивания металла не про­ исходит, так как он до этого истирается.

Опыт эксплуатации и экспериментальные исследования пока­ зывают, что уменьшение вязкости масла и чрезмерное увеличение его количества,-подаваемого в зацепление, повышает интенсивность изнашивания. Чем тверже и чище рабочие поверхности, тем при большей нагрузке в них возникает наклеп и следовательно дольше не происходит усталостных разруишннй.

На интенсивность усталостного изнашивания оказывает влия­ ние шероховатость поверхности, так как каждая микровпадина яв­ ляется как бы концентратором напряжений. С увеличением шага неровностей, с уменьшением их глубины интенсивность усталост­ ного изнашивания уменьшается. Риски, царапины на поверхности деталей становятся очагами усталостных трещин. Например, ца­ рапина глубиной 0,04 мм уменьшает долговечность некоторых де­ талей из стали ЗОХГСА в 8 раз, а глубиной 0,35 мм — в 155 раз.

18

Молекулярно-механическое изнашивание является результатом молекулярного взаимодействия сопряженных поверхностей при на­ личии значительных напряжений сжатия и отсутствии промежу­ точных сред (смазки, окислов и т. д.). В этих условиях на некото­ рых участках фактического контакта деталей возникают металли­ ческие связи (участки схватывания), которые при относительном перемещении деталей разрушаются с глубинным вырыванием ча­ стиц менее прочного металла. Иногда разрушение связей происхо­ дит по наименьшему сечению узла схватывания. В результате на одной поверхности образуется впадина, на другой выступ, который при малой скорости скольжения получает наклеп и действует, как абразивная частица. При большой скорости выступы разогрева­ ются, деформируются пластически и размазываются по поверхно­ стиПри этом иногда наблюдаются тепловые изменения физико-хи­ мических свойств и структуры поверхностей деталей (на глубину до 80—100 мкм).

Основное влияние на скорость и характер молекулярно-механи­ ческого изнашивания оказывают вид трения между контактирующимися поверхностями, их состояние и материал.

Наиболее интенсивно изнашивание при сухом трении, когда два твердых тела оказываются в непосредственном контакте при лю­ бой скорости относительного скольжения. По данным многих со­

йL ~ 2ACos (y-\-\)m ’