Износ деталей горного оборудования

Тема 1 Иследование износа деталей горного оборудования

 

 

Цель работы: Установление величины износа деталей горного оборудования и метода их восстановления.

Задачи работы:

- изучить виды трения, износа и разрушения деталей горных машин;

- ознакомиться с методами упрочнения деталей горного оборудования;

- заэскизировать детали и определить значения величины износа;

- рекомендовать метод восстановления и упрочнения деталей горного оборудования.

Порядок выполнения лабораторной работы:

- ознакомиться с содержанием методического указания;

- произвести внешний осмотр детали и определить места изнашивания;

- заэскизировать деталь и сделать замеры;

- рекомендовать метод восстановления и упрочнения детали; оформить и защитить отчет по лабораторной работе.

Оборудование и инструменты:

- образцы деталей;

- штангенциркуль;

- микрометр 0-25;

- микрометр 0-100.

Правила безопасности при выполнении лабораторной работы: при измерении деталей нужно предупредить возможность порезов рук о заусеницы и острые кромки.

 

Износ деталей горного оборудования

 

При эксплуатации машин процессы, вызывающие повреждения и разрушения деталей именуют - вредными.

Повреждение детали - это частичная потеря его служебных свойств.

Разрушение - это всякий протекающий в материале или на его поверхности процесс, приводящий к невозможности выполнения деталью заданных функций.

К вредным процессам относятся: изнашивание рабочих поверхностей деталей вследствие трения, разрушения и повреждения деталей под действием различных нагрузок, под действием химически активных сред, потеря сообщенных детали служебных свойств (размагничивание, потеря упругости и др.).

Полностью ликвидировать вредные процессы нельзя. Замедлить их протекание можно путем проведения технического обслуживания и текущих ремонтов, что обеспечивает поддержание машины в работоспособном состоянии.

Изнашивание - это процесс постепенного изменения размеров и форм тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и в его остаточной деформации. Результатом изнашивания обычно является износ, который выражается обычно в единицах линейных величин, в отдельных случаях - в единицах массы.

Изнашивание деталей - одна из основных причин снижения срока службы машин. Изнашивание зависит от ряда факторов, в частности от условий трения.

Внешнее трение есть явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя телами в зонах соприкосновения поверхности по касательным к ним.

В зависимости от наличия между трущимися телами смазки различают трение сухое, граничное и жидкостное.

Сухое трение - это трение движения двух твердых тел без смазки на соприкасающихся поверхностях. Оно может быть получено в чистом виде в условиях абсолютного вакуума, т.е. при отсутствии воздействия окружающей среды. В практике к условиям сухого трения несколько приближается работа звеньев гусениц на песчаном сухом грунте.

Граничное трение - это трение движения двух твердых тел, имеющих на своих поверхностях незначительный слой смазочного материала (0,1 мкм), обладающего свойствами, отличающимися от объемных свойств жидкостей при жидкостном трении.

Жидкостное трение - явление сопротивления относительному перемещению, возникающее между двумя трущимися телами, разделенными слоем смазочного материала, в котором проявляются его объемные свойства.

Изнашивание подразделяется на три основные группы: механическое, молекулярно-механическое и коррозийно-механическое.

Механическое изнашивание наблюдается при механическом взаимодействии материалов изделия и подразделяется на абразивное и усталостное.

Абразивное изнашивание - это процесс, при котором трущиеся поверхности разрушаются в результате царапающего или режущего действия твердых тел или частиц. Абразивные частицы могут попасть на поверхность материалов в результате неудовлетворительной фильтрации масла либо в результате твердых образований разрушенных микрообъемов, а также могут быть продуктами окисления смазочных материалов. Разновидностью абразивного изнашивания является гидро- и газообразное изнашивание, когда износ происходит в результате воздействия на материал твердых частиц, увлекаемых соответственно потоком жидкости или газа.

Усталостное изнашивание поверхности трения является следствием многократного деформирования микрообъемов материала, приводящего к возникновению трещин и отделению с поверхностного слоя частиц материала. Основной показатель усталостного изнашивания - глубина деформируемого слоя на поверхности трения.

Молекулярно-механическое изнашивание происходит в результате механического взаимодействия материалов и одновременного воздействия молекулярных или атомарных сил и подразделяется на адгезионный и избирательный перенос.

Адгезионное изнашивание происходит в связи с возникновением на отдельных участках контактирующих поверхностей молекулярных (адгезионных) взаимодействий, силы которых превосходят прочность связей поверхностного слоя материала с основным материалом детали. К адгезионному изнашиванию склонны пары с металлическими поверхностями; оно выражается в глубинном выравнивании материала и переносе его с одной поверхности на другую, что приводит, как правило, к заседанию деталей, износ при заедании может возникнуть в зубчатой паре или в опорах качения при высоких контактных нагрузках и отсутствии смазки.

Изнашивание в условиях избирательного переноса также характеризуется атомарными явлениями в зоне контакта и наблюдается, например, при трении металло-полимерных пар, когда полимер переносится на поверхность металла, образуя на ней молекулярный слой. Образование в данном случае прослойки благоприятно сказывается на фрикционных характеристиках пары и приводит к резкому уменьшению интенсивности изнашивания.

Коррозийно-механическое изнашивание происходит при трении материала, вступившего в химическое взаимодействие со средой, и подразделяется на окислительное и изнашивание при фреттинг-коррозии.

Окислительное изнашивание возникает при наличии на поверхностях трения защитных пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала детали с кислородом.

Окислительное изнашивание - это установившийся стационарный процесс динамического равновесия разрушения и восстановления оксидных пленок. Окислительному изнашиванию подвержены шейки коленчатых и распределительных валов, поршневые пальцы и втулки опоры качения.

Изнашивание при фреттинг-коррозии происходит в процессе малых относительных колебательных перемещений контактирующих металлических поверхностей в результате периодических деформаций или вибраций элементов конструкции. При фреттинг-коррозии наблюдается схватывание, абразивное изнашивание и усталостно-коррозийные явления. Этот вид изнашивания характерен для поверхностей деталей в неподвижных соединениях, воспринимающих вибрационные нагрузки (например, наружные поверхности наружных колец шарико - и роликоподшипников, поверхности отверстий в корпусах подшипников, в заклепочных соединениях). Фреттинг-коррозия может возникать при сухом трении и в условиях смазки.

Усталостностью металла называется процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к уменьшению долговечности, образованию трещин и разрушению.

Усталостному разрушению подвержены коленчатые валы, валы реверса лебедок, вертикальные валы, механизма поворота экскаватора, зубчатые колеса и др. детали, воспринимающие значительную знакопеременную нагрузку.

K химико-тепловым повреждениям относятся коррозия, образование накипи, нагара, осадков, коробления.

Коррозией называется разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозийной средой. Коррозии особенно подвержены детали двигателей внутреннего сгорания (днища поршней, верхняя часть гильз цилиндров, головки цилиндров, выпускные клапаны, глушители).

В системе охлаждения двигателей, а также в емкостях для подогрева воды образуется накипь в результате осаждения их воды солей кальция и магния, а также механических примесей, содержащихся в воде.

Нагар - твердые углеродистые вещества, откладывающиеся на рабочих поверхностях деталей двигателей (клапаны, свечи зажигания, сопла форсунок, поршни, головки цилиндров).

Осадки в воде мазеобразной массы образуются на стенках картеров двигателей и на деталях, расположенных в картерах, а также в маслинных фильтрах и в маслопроводах. Компонентами этих осадков являются масло, топливо, продукты окисления масла и топлива, продукты изнашивания деталей, пыль и др.

Коробление деталей происходит в результате действия высоких температур, приводящих к появлению в деталях больших внутренних напряжений. Такие повреждения характерны, например, для головок блока цилиндров двигателей внутреннего сгорания.

Электроэррозийное разрушение металла происходит в результате воздействия на него искрового разряда. Электроэррозии подвержены контакты прерывателей, электроды свечей зажигания, щетки и коллекторы генераторов, стартеров, контакты реле-регуляторов.

С течением времени резинотехнические изделия, а также лакокрасочные покрытия теряют свои первоначальные свойства, якори генераторов переменного тока, роторы под действием магнитных потоков, уларов, нагрева и др. факторов теряют магнитные свойства и становятся неработоспособными.

Под воздействием нагрузок в материале детали могут возникнуть напряжения, превосходящие предел его упругости, В результате этого возникает пластическое деформирование материала, приводящее к изменению формы и размеров детали, называемое остаточной деформацией. Остаточная деформация появляется в виде изгибов, скручиваний, смятия, поверхностей, изменение положения посадочных поверхностей в корпусной детали и др.

Изгибу подвержены валы силовых передач, рамы машин, детали, изготовляемые из листового металла.

Скручивание деталей (валов, полуосей и др.) возникает от действия крутящего момента, превосходящего расчетный в результате временной перегрузки узла.

Смятие происходит в результате пластического деформирования в сечении металла. Смятию подвергаются детали резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений и опорные поверхности. Разрушение детали возникает при напряжениях, превосходящих предел прочности или выносливости металла и проявляются в виде полного разрушения детали, называемого изломом, либо в виде трещин и выкрашиваний.

Изломы могут быть вызваны статическим или динамическим нагружением деталей, либо появится в результате усталости металла.

Трещины появляются в результате различных вредных процессов, которые подразделяются на 3 группы. К 1-ой группе относятся воздействие внезапных значительных местных перенапряжений и ударов (в наиболее нагруженных участках рам, в корпусных деталях и в деталях из листового материала, в стенках блока цилиндров двигателей и в радиаторах при замерзании охлаждающей жидкости и т.д.). К 2-ой группе относятся усталостные трещины, возникающие в результате воздействия длительных знакопеременных нагрузок, и к 3-ей группе - трещины теплового происхождения (в перемычках гнезд клапанов головок цилиндров).

Выкрашивание обычно происходит в результате возникновения усталости металла, например, выкрашивание на рабочих поверхностях подшипников качения, на вкладышах подшипников скольжения и др. Выкрашивание может быть вызвано действием значительно ударной нагрузки (выкрашивание зубьев шестерен коробки передач).