Износ деталей

Детали горнотранспортных машин в зависимости от выполняемых функций разделяют на основные, базовые и вспомогательные.

Основные детали предназначены для передачи мощности или служат опорами нагруженных деталей. Срок их службы обусловлен как изменени­ем размеров и состоянием рабочих поверхностей вследствие износа, так и возникновением и развитием явлений усталостного характе­ра. Базовые детали служат для обеспечения точного взаимного расположения основных деталей. Срок их службы обычно опреде­ляется сроком службы машины. Детали, относящиеся к вспомогательным, характеризуются большим разнообразием. Они обеспечивают управление машиной, безопасностью ее обслуживания и способству­ют нормальным условиям работы основных деталей.

Работа большинства деталей и механизмов горнотранспортных машины основана на относительном перемещении сопряженных поверхностей деталей, сопровождаемое их внешним трением, износом и последующим разрушением (поломками) деталей и механизмов.

Внешнее трение – механическое сопротивление, возникающее в плоскости касания двух соприкасающихся, прижатых друг к другу тел при их относительном перемещении.

В механической теории трения взаимодействие поверхностей при трении объясняется результатами механического зацепления или взаимного внедрения шероховатостей трущихся поверхностей. При этом сила сопротивления, направленная противоположно относительно перемещаемого тела, называется силой трения, действующей на это тело.

Классификация видов трения /1, 2, 3, ГОСТ16429–70/ выполнена: по характеру относительного перемещения деталей (трение покоя, трение движения) и по наличию смазки между трущимися поверхностями (сухое, граничное, полужидкостное и жидкостное трение).

Детали и механизмы машин под воздействием различных факторов внешней среды, сил трения, нагрузок и т. д. (рис. 4.1) подвергаются износу.

Рис.4.1. Схема появления процессов, возникающих в деталях горнотранспортных машин в зависимости от воздействия факторов внешней среды

Рис. 4.2. Классификация видов изнашивания

Износ – это результат изнашивания, заключающегося в разрыве межатомных связей в металле детали, который сопровождается отделением материала с поверхности твердого тела и (или) в перераспределении этих межатомных связей, сопровождающееся остаточной деформацией поверхностных слоев при трении. Как правило, при этом износ проявляется в виде изменения размеров и формы тела.

По классификации ГОСТ 23002-73 (рис. 4.2) изнашивание деталей машин подразделяется на три основных вида: механическое, молекулярно-механическое и коррозийно-механическое.

Механическое изнашивание возникает в результате трения деталей друг о друга и сопровождается истиранием, смятием и окислением поверхностей.

При этом изменяются размеры, форма, масса и механические свойства деталей. На рабочих поверхностях деталей видны следы механического и абразивного износа (царапание абразивными частицами породы, твердыми частицами и частицами промежуточной среды, коррозия, усталостное изнашивание и др.), которые изменяют размеры и форму деталей.

Абразивное изнашивание включает также:

- гидроабразивное (газоабразивное) изнашивание, возникающее в результате абразивного изнашивания поверхности деталей, из-за действия твердых частиц, взвешенных в жидко­сти (газе) и перемещающихся относительно изнашивающихся поверхностей;

- кавитационное изнашивание это гидроэрозионное изнашивание при движении твердого тела относительно жидкости, при котором микропузырьки газа захлопываются вблизи рабочей поверхности детали, что создает местное повышение давления или температуры на поверхности детали и приводит к ее износу;

- усталостное изнашивание - механическое изнашивание из-за усталостного разрушения при повторном деформировании микро­объемов материала поверхностного слоя.

Молекулярно-механическое изнашивание материала деталей происходит в результате одновременного взаимодействия механических и атомарных или молекулярных сил при трении (см. рис. 3.2), сущность его заключается в том, что при больших нагрузках в малых скоростях перемещения соприкасающиеся тела сближаются между собой на расстояние меньше радиуса действия молекулярных сил поверхности.При этом происходит изнашивание при заедании, характеризующееся схватыванием, холодной и горячей сваркой и глубинным выравниванием микрообъемов материала рабочей поверхности.

Коррозийно-механическое изнашивание – изнашивание в результате механического взаимодействия, сопровождаемого химическим и (или) электрическим воздействием материала со средой. Следовательно, коррозийно-механическое изнашивание представляет собой изнашивание при трении материала, уже вступившего в химическое взаимодействие со средой и наличии на поверхности пленок, образовавшихся в результате взаимодействия материала с кислородом воздуха (окислительное изнашивание). Коррозийно-механическое разрушение детали сопровождается окислительным изнашиванием и одновременно хрупким, пластическим разрушением и микроразрушением.

Коррозия – разрушение металлов вследствие химического или электрохимического взаимодействия их с коррозийной средой. В соответствии с ГОСТ 5272 – 68 по характеру проявления и условиям протекания различают 37 видов коррозии.

При коррозионных повреждениях деталей изменяется внешний вид детали, а ме­талл превращается в окислы или гидраты окислов.

Следует отметить, что часто встречается на одной детали несколько видов износа. Вид изношенной поверхности позволяет судить об условиях изнашивания. Так, образование вырывов и налипших частиц металла, беспорядочное скопление впадин и выступов на поверхности трения свидетельствует о малых скоростях скольжения трущихся поверхностей и больших удельных давлениях. Появление чередующихся надрывов, заметное пластическое деформирование металла, царапины свидетельствуют о больших скоростях скольжения трущихся поверхностей и повышенных удельных давлениях.

Истирание материала происходит в результате перемещения одной дета­ли относительно другой вследствие шероховатости (микронеровности) их поверхно­стей, препятствующие скольжению одной поверхности детали по другой и оставляющие на них следы взаимного износа.

Схема износа поверхностей приведена на рис. 4.3.

Деталь А

Деталь Б

Рис. 4.3. Схема износа сопряжения детали

При пере­мещении детали А зерно 1 образует канавку 2 в детали Б. Обра­зовавшаяся уплотненная стружка 3 вырывает зерно 1 и образует канавку уже в детали А. Вырванное зерно 1, аналогично абразивной частице горной породы попавшей в сочленение, производит взаимное действие (царапание) как на поверхность детали А, так и на поверхность детали Б. Так происходит взаимный износ трущих­ся поверхностей на протяжении всего срока их службы.

Следовательно, изнашивание - процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и накопления его остаточной деформа­ции при трении, проявляющийся в постепенном изменении разме­ров и формы тела.

Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое вели­чиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнаши­вания, называют износостойкостью.

Для характеристики процесса изнашивания пользуются следую­щими показателями.

Абсолютный износ - абсолютное изменение размеров, объема или массы изношенной детали; при этом различают линейный, объ­емный и весовой износ.

Относительный износ - износ, выраженный в процентах или в долях единицы относительно износа другой детали, принятой за эталон.

Размерный износ - линейный износ, измеренный в заданном направлении, определяемом служебными качествами детали или обусловленный удобством измерения.

Предельный износ - максимальная величина износа, при дости­жении которой дальнейшая эксплуатация изделия считается недо­пустимой по техническим или экономическим показателям работы.

Количественными характеристиками процессов изнашивания являются скорость, темп и интенсивность изнашивания.

Скорость изнашивания υ — отношение абсолютного значения износа к интервалу времени, в течение которого он возможен:

, , , (4.1)

где ∆L, ∆d, ∆Q - величины износа детали, км, мк, г; t — время изнашивания, ч.

Различают мгновенную и среднюю скорости изнашивания.

Темп изнашивания - отношение аб­солютного износа детали к единице выработки машины. Например, линейный износ деталей экскаватора к его выработке в м³.

Интенсивность изнашивания i (мм/км) - отношение абсолютного износа ∆h к пути трения l

i = Δh/l. (4.2)

Скорость изнашивания деталей также зависит от конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов.