Работоспособность и техническое состояние ПТСДМ в процессе эксплуатации

Самарский государственный университет путей сообщения

В.Н. Самохвалов

Техническое диагностирование подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин

Краткий конспект лекций для студентов очной и заочной форм обучения специальности 190205 − «Подъемно-транспортные, строительные, дорожные машины и оборудование»

Самара 2008

УДК 621.313

Самохвалов В.Н. Техническое диагностирование подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин : Конспект лекций [Текст] / В.Н.Самохвалов. – Самара : СамГУПС, 2008. − 62с.

Утвержден на заседании кафедры «Строительные, дорожные машины и технология машиностроения» от 25.10.2007г., протокол № 2.

Печатается по решению редакционно-издательского совета университета.

Конспект лекций по курсу «Техническое диагностирование подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин» пред­назначен для студентов специальности 190205. Рассмотрены факторы, влияющие на работоспособность и техническое состояние подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин (ПТСДМ) в процессе эксплуатации, основные положения по техническому диагностированию, методы и средства диагностирования основных узлов, механизмов и деталей.

Самохвалов Владимир Николаевич, д.т.н., профессор

Рецензенты : д.т.н., профессор СамГАПС Д.Я. Носырев;

зам. начальника дирекции по ремонту пути КБШ ж.д.

В.Т. Коптенко

Редактор: А.Б. Иванова

Компьютерная верстка:

Подписано в печать 7.04.2008 Формат 60х90 1/16

Бумага писчая. Печать оперативная. Усл. п.л. 3,87

Тираж 100 экз. Заказ № 37

ã Самарский государственный университет путей сообщения, 2008

Введение

Эффективное функционирование производства любой отрасли в значительной степени определяется работоспособностью машин в процессе их эксплуатации. Повышение качества и надежности подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин (ПТСДМ) является одной из актуальных задач во многих отраслях промышленного производства, строительных и транспортных комплексов. В связи с этим, разрабатываются различные методы определения технического состояния машин и прогнозирования их остаточного ресурса.

Техническое диагностирование позволяет с определенной точностью устанавливать техническое состояние машин, их узлов и механизмов в данный момент времени, прогнозировать его изменение и предполагаемый момент отказа. Это позволяет организовать целенаправленное проведение работ по поддержанию работоспособности ПТСДМ на заданном уровне надежности и таким образом обеспечить полную выработку нормального ресурса машин и их отдельных узлов и агрегатов.

Работоспособность и техническое состояние ПТСДМ в процессе эксплуатации

1.1. Изменение технического состояние машин в процессе эксплуатации

В результате воздействия окружающей среды (атмосфер­ных осадков, температуры, запыленности), режимов работы, ка­чества технического обслуживания, а также внутренних процессов (изнашивания, деформаций, коррозии, старения) изменяются фи­зико-механические свойства материалов деталей: происходит их ра­зупрочнение и утонение, снижаются твердость, износостойкость, появляются и растут усталостные трещины и т.д.

Изменения параметров деталей в процессе работы определяют­ся характером повреждения рабочей поверхности, который в свою очередь зависит от типа взаимодействия контактирующих поверх­ностей деталей сопряжения. Более половины отказов подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин (ПТСДМ) происходит вследствие изнашивания, поэтому при исследо­вании процессов изменения технического состояния необходимо особое внимание уделять трению и изнашиванию.

Изнашивание – медленно протекающий процесс отделения ма­териала с поверхности твердого тела или накопления его остаточ­ной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изме­нении размеров или формы тела.

Выделяют три типа изнашивания: механическое, коррозион­но-механическое и электроэрозионное, которые, в свою очередь, делят на несколько видов.

Так механическое изнашивание может быть абразивным, при заедании, усталостным, при фреттинге или в виде пластического деформирования.

Детали ПТСДМ в наибольшей степени подвергаются механичес­кому изнашиванию. Абразивному изнашиванию подвержены рабо­чие поверхности тормозных и фрикционных пар, ходовых колес, зубьев зубчатых колес, цапф и шеек валов и осей, контактирую­щих с подшипниками скольжения и др., а также челюстей грейфера при трении поверх­ностей деталей о внешнюю абразивную среду. Скорость абразивного изнашивания деталей может быть значительно снижена повышением твер­дости трущихся поверхностей путем их наплавки твердым сплавом во время ремонта; смазыванием узлов трения, укрытием этих узлов от внешней абразивной среды.

Изнашивание при заедании, происходящее в процессе трения в результате схватывания, глубинного вырывания материала, пере­носа его с одной поверхности трения на другую и воздействия обра­зовавшихся неровностей на сопряженную поверхность, наблюдает­ся во многих узлах ПТСДМ: подшипниках скольжения, шарнирных соединениях, ребордах крановых колес, элементах опорно-пово­ротных устройств крана или экскаватора, канатных барабанах, блоках и т.д. Для всех этих узлов трения характерна высокая интенсивность изнаши­вания. Эффективными методами предупреждения заедания тру­щихся поверхностей являются: правильная обкатка машины после её ремонта на пониженных нагрузках и скоростях; применение масел с противозадирными присадками, создающими пленки из поверхностно-активных веществ; механическое упрочнение рабо­чих поверхностей деталей.

Уcталостное изнашивание, возникающее под воздействием циклических нагрузок и проявляющееся как результат усталости материала, характерно для узлов трения, защищенных от попа­дания абразивных частиц, не подверженных коррозии и схватыва­нию, в частности для таких распространенных узлов трения, как зацепления закрытых передач, подшипники качения, элементы опорно-поворотных устройств, беговые дорожки крановых колес и др.

Изнашивание при фреттинге по физической картине аналогич­но абразивному и усталостному, протекающим одновременно, но в отличие от них происходит при малых колебательных перемеще­ниях поверхностей. Изнашиванию при фреттинг-коррозии подвер­жены такие детали, как, например, корпуса подшипников, контактирующих со стальными втулками подшипников качения или с самими подшипниками.

Пластическое деформирование материала рабочих поверхнос­тей возникает при больших контактных напряжениях. При этом металл пластически деформируется и вытесняется из рабочей зоны, вызывая тем самым изменение размеров элементов деталей и образование вмятин на рабочих поверхностях. Вытесненный металл образует так называемый «накат» по кругу катания катков, на зубьях зубчатых колес и т.д.

Разрушение деталей – одна из главных причин внезапных от­казов машин и последующих их неплановых ремонтов.

Основные виды разрушений деталей ПТСДМ: вязкие, хрупкие, усталостные, хрупковязкие, вязкохрупкие.

Вязкие разрушения возникают у де­талей из низко и среднеуглеродистых сталей, например, у звеньев грузовых и тяговых цепей, валов.

Хрупкие разрушения происходят внезапно у деталей из средне и высокоуглеродистой стали (валы, зубья зубчатых колес и сами колеса, проволока стальных канатов) при возникновении напряжений, превышающих предел прочности, и при уменьшении ударной вязкости, например, в результате воз­действия низких температур.

Усталостные разрушения возникают в деталях, воспринимаю­щих циклические нагрузки (в валах, вращающихся осях барабанов, зубьях зубчатых колес). Протекают эти разрушения в две стадии. На первой стадии в детали образуются одна или несколько трещин усталости, которые затем прогрессивно развиваются. На вто­рой стадии происходит мгновенное разрушение детали по сечению усталостных трещин в момент, когда напряжения в оставшемся сечении превышают предел прочности стали.

Хрупковязкие разру­шения происходят в деталях, подвергнутых поверхностной закал­ке. Закаленный наружный слой подвергается хрупкому разруше­нию, а внутренний слой – вязкому.

Вязкохрупкие разрушения характерны для деталей, закаленных до ограниченной твердости (валов, зубьев, зубчатых колёс и др.).

В условиях эксплуатации подъемно-транспортных, строительных и дорожных машин необходимо знать техническое состояние каждой конкретной машины. Отказ машины происходит внезапно, но подготовка этого отказа производится в течение определенного времени: изнашивание деталей, усталостные явления, изменение свойств смазочных материалов и другие процессы зависят от времени и условий эксплуатации. Для заблаговременного выяснения результатов этих процессов применяют техническое диагностирование машин (от греческого слова «diagnosticos» – способный распознать). Техническое диагностирование позволяет устанавливать техническое состояние ПТСДМ в данный момент, а также прогнозировать изменение технического состояния машины с целью установления предполагаемого момента отказа.