Основные факторы физического старения машин

В процессе эксплуатации машины со временем под действием разнообразных факторов происходит ухудшение её функциональных и других свойств (т.е. старение машины) вплоть до момента, когда она становится непригодной для дальнейшего использования по назначению.

Различают две формы старения:

1) моральное старение, которое состоит в том, что со временем технико-экономические характеристики машины становятся хуже исходных, которыми она располагала на момент поступления потребителю;

2) физическое старение, которое является результатом воздействия на машину и её элементы температуры, окружающей среды, механических нагрузок и радиации.

Основной причиной морального старения является появление на рынке более совершенных машин, обеспечивающих повышение технико-экономических и других показателей. Следует отметить, что моральное старение не вызывает отказа машины в отличие от физического старения.

Именно физическое старение, обусловленное воздействием на машину упомянутых факторов, является причиной отказов, т.е. переходов машины в неработоспособное состояние.

^ Физическое старение (ФС) является результатом воздействия времени, окружающей среды и механических нагрузок, радиации и др.

Вследствие ФС наблюдается ухудшение технических характеристик (точности, быстродействия, экономичности, безопасности). Критерием физического старения является, как правило, показатель технического состояния, поддающийся контроля, например, расход топлива в единицу времени, уровень шума и вибрации, состав выбрасываемых в атмосферу вредных веществ и др.

Именно физическое старение способствовало возникновению ремонтного производства. Оно (ФС) сдерживается современными техническим обслуживанием и ремонтом.

2.2.1 ^ Изнашивание деталей и узлов машин

Изнашивание (износ) – это процесс постепенного изменения геометрических размеров и формы элементов машины (рабочих органов, ходового оборудования, сопряженных деталей и др.) при трении.

Трение и износ оказывают существенное влияние на надёжность машины

Различают трение скольжения, трение качения и трение качения с проскальзыванием. К основным характеристикам трения относятся коэффициент трения и скорость скольжения. К основным характеристикам изнашивания относятся скорость изнашивания и интенсивность изнашивания. Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию называют износостойкостью.

Износ является сложным процессом, зависящим от многих внешних и внутренних факторов. Из многочисленных видов износа наиболее часто на практике встречается механическое изнашивание, которое в свою очередь разделяют на абразивное, гидроабразивное, газоабразивное, эрозионное, усталостное и кавитационное изнашивание.

Быстрый выход из строя деталей рабочих органов требует их частой замены, что не только снижает показатели ремонтопригодности машин, но и в значительной мере увеличивает расходы на эксплуатацию машин.

Наплавка рабочих поверхностей деталей строительных машин, обладающим абразивными свойствами, позволяет повысить твердость и износостойкость рабочих поверхностей.

Выбор наплавочных материалов производится с учетом работы рабочего органа, характера изнашивания рабочей поверхности, динамических нагрузок на рабочий орган и экономических показателей.

Марганцевые, хромистые и хромомарганцевые наплавочные материалы марок Т – 590, Т – 620, КБХ, ЭТН – 4 и др. обеспечивают повышение долговечности деталей в 2 – 3 раза. Марганцевая наплавка является стойкой к ударным нагрузкам. Для повышения ударной вязкости в марганцевую наплавку добавляют никель, что увеличивает сопротивляемость наплавки при работе с большими нагрузками, сопровождаемыми ударами.

Широкое применение для наплавки деталей рабочих органов строительных машин получили хромовые наплавки, (стержневые электроды Т – 590 и Т – 620), порошкообразная смесь КБХ и др.

Хромомарганцевые наплавки обеспечивают высокую износостойкость при изнашивании рабочих поверхностей без ударов или с незначительными ударами. В качестве примера хромомарганцевой наплавки можно привести трубчатые электроды, наполненные сталинитом (ЭТН – 2).

Применение наплавочного материалов, содержащих карбиды вольфрама и молибдена, ограничено из-за их высокой стоимости и дефицитности.

Наплавочные работы можно вести различными способами в зависимости от места выполнения работ (ремонтное предприятие или строительная площадка), серийность наплавки деталей, геометрической формы наплавляемой поверхности, производительности способа и т.д. Основными способами наплавки являются электродуговая (ручная, полуавтоматическая и автоматическая), электрошлаковая, газопламенная, индукционная и др.

Производительность различных способов наплавки колеблется в широких пределах, что видно из таблицы 5.1.

Таблица 5.1 – Производительности различных способов наплавки

Способы наплавки	Производительность, кг/ч
Ручная электродуговая Автоматическая однодуговая под флюсом Трехфазная многоэлектродная Многоэлектродной лентой Многоэлектродная электрошлаковая Плавящимся электродом в углекислом газе Полуавтоматическая с порошковой проволокой с внутренней защитой Лежачим пластинчатым электродом Механизированная угольным электродом Газопламенная Вибродуговая Индукционная Плазменная	0,8 – 3 2 – 15 10 – 23,5 10 – 30 10 – 30 15 – 25 1,5 – 8 1 – 6 до 12 2 – 6 до 1,5 1,2 – 2,8 1 – 20 до 27

 

Ручная электродуговая наплавка является наиболее простой, обеспечивающей нанесение практически всех видов износостойких наплавочных материалов. Она позволяет наплавлять детали в труднодоступных местах в любых пространственных положениях наплавляемой поверхности. Хорошие результаты ручная наплавка дает при применении порошкообразных смесей, стержневых и трубчатых электродов.

Перспективным способом является механизированная наплавка под слоем флюса, обеспечивающая высокую производительность процесса, экономичность и стабильность наплавленного слоя. Флюсовое покрытие сохраняет тепло дуги, препятствуя окислению расплавленного металла и предотвращая его разбрызгивание.

Широкое применение имеет механизированная наплавка открытой дугой, которая имеет три разновидности: наплавка электродной поволокой без дополнительной защиты (например, проволокой ЭП – 317); наплавка в защитной среде аргона или углекислого газа и наплавка порошковой проволокой. Механизированная наплавка открытой дугой не имеет тех преимуществ, которые свойственны наплавке под слоем флюса, но отличается возможностью вести наблюдение непосредственно за ходом процесса наплавки.

Ручная наплавка ацетиленокислородным пламенем наиболее рациональна при использовании трубчатых электродов с релитом (ТЗ – 2, ТЗ – 3) и литых прутков твердого сплава (сормайт № 1, 2, стеллиты В2К, В3К и др.). При использовании порошкообразных смесей типа сталинита для предотвращения сдувания порошков пламенем горелки их перемешивают с глицерином или жидким стеклом и наносят в таком виде на наплавляемую поверхность, а затем расплавляют.

Приведенные примеры свидетельствуют о целесообразности применения износостойких наплавок при восстановлении рабочих органов машин как средства, повышающего такие показатели надежности машин как долговечность и ремонтопригодность.

Дефектация деталей

Оценка технического состояния деталей машин, поступившей в ремонт, называется дефектацией.

Эта операция влияет на качество отремонтированной машины, ее ресурс, расход запасных частей и стоимость ремонта.

Цели дефектации достаточно обширны:

1. определение технического состояния детали;

2. сортировка на три группы (годные для дальнейшего использования, подлежащие восстановлению, негодные)

3. сортировка деталей по маршрутам восстановления;

4. систематизация данных о результатах дефектации и сортировки, необходимых для совершенствования ремонтного производства.

При дефектации руководствуются техническими требованиями на дефектацию машины (или агрегата). Они составляются в виде карт, где указаны:

1. общие сведения по каждой детали;

2. перечень ее возможных дефектов;

3. способы обнаружения дефектов;

4. допустимые без ремонта размеры детали;

5. рекомендуемые способы устранения дефектов.

1)Общие сведения о детали включают эскиз с указанием мест расположения возможных дефектов, основные размеры, материал и др;

2) Возможные дефекты и способы их обнаружения базируются на НИИР и опыте ремонта подобных машин;

3) Рекомендованные способы восстановления также базируются на НИИР по оптимизации процессов восстановления деталей и опыте.

Способы выявления дефектов делятся на две группы: визуальные и измерительные.

Часть дефектов можно обнаружить простым осмотром (визуально), не производя измерений или не разрушая детали. К ним относятся: видимые трещины, пробоины, коррозия, обрыв, вмятины, деформация, нарушение герметичности, уплотнение и т.д.

Измерительный контроль применяют для получения количественной оценки отклонения параметров формы и относительного положения поверхностей детали, скрытых дефектов и физических (физико-механических) свойств материала деталей.

Контроль состояния деталей выполняют в порядке сложности дефектов и трудности их обнаружения и устранения.

1. Сначала визуально определяют наличие крупных трещин, деформаций, изломов, коррозии, пробоин. Если обнаружены неустранимые дефекты, деталь непригодна.

2. Далее пригодную (на первом этапе) деталь проверяют на наличие нарушения взаимного расположения рабочих поверхностей и существенного (недопустимого) изменения физико-механических свойств материала детали. Если обнаружен неустранимый дефект, деталь бракуется.

3. Далее пригодную (уже на этом этапе) деталь контролируют на наличие скрытых дефектов.

4. Если эти дефекты не обнаружены, то приступают к определению износа и геометрических форм рабочих поверхностей детали.

Для выявления дефектов используют различные методы и средства, которые зависят от параметров и формы проявления дефектов, а также конструктивных особенностей детали.

Для выявления скрытых дефектов на поверхности и в объёме детали используют различные методы. Для обнаружения скрытых поверхностных дефектов (трещин, волосовин, пористости) используют капиллярный, магнитный, ультразвуковой, люминесцентный, рентгеновский методы.

Дефект – это каждое отдельное несоответствие изделия (детали) требованиям, установленным нормативной документацией.

Примеры: выход размера детали за пределы допуска, недопустимое изменение формы поверхности, нарушение целостности тела детали.

Неисправность – это состояние объекта (детали), при котором он не соответствует хотя бы одному из требований установленных нормативно-технической документацией.

Находясь в неисправном состоянии, деталь может иметь один или несколько дефектов. При этом при наличии дефекта деталь либо восстанавливается, либо направляется в утиль.

Отказ – это понятие надежности.

Дефекты классифицируют по нескольким признакам. Во-первых, дефекты подразделяют по причинам их появления:

1. ошибки конструирования;

1. ошибки изготовления;

2. старение и износ;

3. нарушение правил эксплуатации.

Во-вторых, дефекты подразделяют по форме их проявления в виде изменений:

1. линейных и объемных размеров форм поверхностей;

2. относительного положения поверхностей;

3. посадок и сопряжений;

4. свойств материала поверхностных слоев детали;

5. целостности тела детали;

6. функциональных свойств материала;

7. внешнего вида.

Рациональный выбор эффективного способа восстановления деталей зависит от многих факторов. К основным относятся производительность, экономичность и доступность.

Промышленные методы восстановления деталей отличаются большим разнообразием. В их числе электрохимические (электролитические) и химические покрытия, диффузионные методы (цементация, нитроцементация, азотирование), наплавка, напыление, и др. Из них наибольшее применение находят различные способы наплавки (газовая, дуговая, плазменная и др.) и напыления (газопламенное, плазменное и др.).

Источником тепловой энергии для наплавки и напыления являются газовое пламя и электрический ток. В общем, объеме сварочно-наплавочных работ электротермические методы составляют 80 %, газопламенные – 20 %.

При напылении это соотношение несколько изменяется, но незначительно. Отличия напыления от наплавки заключаются в том, что при напылении практически отсутствует оплавление поверхности основного металла. В свою очередь это обусловливает основной недостаток напыления – относительно низкую прочность сцепления покрытия с основой. Как результат – ограничения в выборе восстанавливаемых деталей. Напыление целесообразно использовать:

1. для восстановления деталей, не подверженных значительным динамическим нагрузкам;

2. для восстановления деталей из чугуна и алюминия, трудно поддающихся восстановлению другими способами;

3. для восстановления деталей из любых сплавов, для которых не допускается их деформация.

К таким деталям относятся корпусные детали дорожно-строительных и других машин, у которых изнашиваются посадочные места (гнезда блока под вкладыши коренных подшипников; гнезда картеров коробок передач; опорные буртики, посадочные пояски гильз цилиндров; поверхность нижней головки шатуна и др.).

Кроме того, к ним относятся валы из чугуна, легированных и конструкционных сталей с изношенными посадочными местами (валы коробок передач, ходовой части машин и др.).

Достоинства сварки и наплавки:

1. недефицитность и дешевизна материалов;

2. простота, компактность и транспортабельность оборудования;

3. высокая прочность сцепления основы с наплавляемым слоем.

Недостатки:

1. большая глубина термовоздействия на основной металл;

2. структурные изменения и снижение эффективности проведенной термической обработки детали;

3. большие деформации (коробление) детали;

4. большие внутренние напряжения и, как следствие, снижение усталостной прочности.