3 Короткі теоретичні відомості

3.1 Основні положення про зношування деталей машин та обладнанні

Аналіз причин виходу з ладу машин і механізмів показує, що в 75 випадках із 100 він відбувається по причині зношування поверхонь тертя. Таким чином, підвищення стійкості до зношування машин є одним основних резервів збільшення їх довговічності. Збільшення довговічності вузлів тертя неможливе без створення інженерних методі розрахунку на зношування, в яких би враховувались фізико-механічні властивості матеріалів, режими роботи (навантаження, швидкість, навко­лишнє середовище, змащування), конструктивні особливості фрикційної групи та ін.

У зв'язку з цим, особливого значення набувають фізичні, хімічні, фізико-хімічні та лабораторні трибологічні дослідження, що розкривають кінетику процесів зміни поверхневих шарів і характер їх руйнування в процесі тертя, дозволяють виявити механізм зношування, що в кінцевому результаті приводить до оптимізації технології виготовлення, підбору матеріалів, конструювання трибологічних вузлів.

Стійкість до зношування матеріалу тертя визначається при його випробуванні на тертя та зношування в лабораторних і натурних умовах. Для цієї мети застосовують машини тертя.

Про величину зношування судять по зменшенню розмірів тіла в нап­рямку, перпендикулярному до поверхні тертя (лінійне зношування).

Інтенсивність лінійного зношування представляв собою товщину спрацьованого шару, що приходиться на одиницю шляху тертя:

I_h = ∆Н / L_TP (3.1)

де ∆Н - зміна лінійних розмірів тіла в напрямку, нормальному до по­верхні;

L_ТР - шлях тертя;

Інтенсивність лінійного зношування може бути визначена і по зміні маси чи об'єму досліджуваного тіла:

I_h = ∆V /(L_тр·A_ТР) (3.2)

I_h = ∆m /( ·L_TР·A_TР) (3.3)

де Атр- площа поверхні досліджуваного тіла;

- густина матеріалу;

∆V; ∆m - зміна відповідно об'єму та маси досліджуваного тіла (абсолютне зношування).

Всі три формули дозволяють різними методами визначити одну й ту ж величину - інтенсивність лінійного зношування. Ця величина без­розмірна, її числове значення не залежить від вибору системи одиниць і може змінюватись в межах від 10^-3 до 10^-12 (інколи до 10^-13).

Якщо площа тертя в процесі зношування залишається незмінною, наприклад на ділянці стаціонарного зношування, доцільно користуватись інтенсивністю масового зношування:

Іm = ∆m / L_TP (3.4)

або об'ємного

Iv = ∆V / Lтр (З.5)

Між інтенсивностями лінійного, об'ємного та масового опрацювання існує взаємозв'язок:

Ih = Iv/А_ТР = Im /( ·Атр) ; (3.6)

3.2 Обґрунтування необхідності правильного вибору пар тертя на прикладі головних гальм бурових лебідок

У бурових лебідках в ролі головного гальма застосовують механічні стрічкові, або стрічково-колодкові гальма. Вимоги до стрічкових гальм бурових лебідок регламентовані ГОСТ 12.7.041-79.

Елементами, які швидко спрацьовуються в головних гальмах бурових лебідок, є гальмівні шківи (бандажі) та гальмівні колодки. Зношування бандажів, крім зменшення товщини стінки ободу, характеризується на­явністю: на робочій поверхні бандажів кільцевих канавок, поперечних тріщин, викришування, хвилястості та інших дефектів. Ремонт гальмівних шківів заключаеться в усуненні вказаних дефектів шляхом обточуванні бандажів безпосередньо на лебідці за допомогою супорта токарного верстата, закріпленого на рамі лебідки. Окремі раковини та викришування усуваються наплавленням з наступним зачищенням зварного шва. Зношені гальмівні колодки підлягають заміні. В середньому на 1000 м проходки витрачається 70-80 колодок.

Надійність та довговічність головних гальм бурових лебідок визначається фрикційною сумісністю контактуючих матеріалів. Показниками фрикційних властивостей матеріалів, що використовуються в стрічкових гальмах лебідок, є:

- коефіцієнт тертя, що виражає відношення сили опору переміщенні двох тіл при терті до нормальної складової зовнішніх сил;

- стабільність коефіцієнта тертя - безрозмірна величина, що визначається відношенням середнього коефіцієнта тертя до його максимального значення, отриманим в результаті тривалих вимірювань даного вузла тертя при незмінних режимах роботи;

- допустимий контактний тиск - зусилля, з яким стиснуті два тіла в парі тертя, віднесене до площі їх контакту і допустиме за умов опору рухові і величині зношування тіл тертя;

- допустима швидкість ковзання - швидкість відносного переміщення тіл пари тертя по поверхні їх контакту, що визначається за умов мінімальної інтенсивності зношування та допустимого нагріву вузла;

- зносостійкість - характеризує властивість матеріалу чинити опір зношуванню в певних умовах тертя;

- теплостійкість - характеризує зміну коефіцієнта тертя в залежності від температури;

- опір термічній втомі, тобто поступовому руйнуванню матеріалу, що розвивається під дією тривалих повторних температурних напружень.

Найбільш ефективні матеріали, які в парі забезпечують найкращі показники розглянутого комплексу фрикційних властивостей.

Гальмівні шківи виготовляються із стійких до зношування сталей 60Г, 35ХНЛ, 35ХМЛ, 14ХГ2НМЛ, 12Х2НГМ, а також з чавунів ЧНМХ, СЧ15-32.

Найбільш розповсюдженим матеріалом гальмівних колодок є ретинакс. Згідно ГОСТ 10851-73 ретинакс виготовляється двох типів:

- тип А (ФК-16Л) - асбосмоляна композиція з включенням латунного дроту; при роботі в парі з чавуном СЧ15-32. Лінійне зношування за 2 години не більше 0,19 мм, коефіцієнт тертя не менше 0,32;

- тип Б (ФК-24А) - асбосмоляна композиція для роботи в парі з сірим чавуном і легованими сталями; при роботі з чавуном СЧ15-32. Лінійне зношування за 2 години не більше 0,16 мм, коефіцієнт тертя не менше 0,33.

Крім цього, згідно ГОСТ 1786-88, ГОСТ 1198-78, ГОСТ 15960-79 в якості матеріалів гальмівних колодок використовують ферадо (коефіцієнт тертя 0,35-0,45), райбест (0,35-0,45), асбокаучук 6КФ-32 (0,35-0,45), 6КХ-1 (0,3-0,45), фрикційні матеріали 143-63 (0,41-0,46), 39-70 (0,44-0,57), 43266 (0,3-0,5), асбобакеліт (0,18-0,325).