книги из ГПНТБ / Чудаков К.П. Ремонт строительных машин учебное пособие для технических и ремесленных училищ

Больше всего абразивное изнашивание проявляется в узлах' машин, детали которых работают без смазки или при наличии

шипниках, залитых мягким сплавом, где в условиях значитель­ ных нагрузок, повышенных температур и постоянного переме­ щения поверхностных слоев в направлении скольжения происхо­ дит изменение размеров подшипника и впоследствии — откалы­ вание части поверхности сплава.

Возможны пластические деформации (перемещение материа­ ла) поверхности детали также и под динамическим воздействием на нее другой детали, например на поверхностях соударяемых де­ талей или при больших контактных напряжениях, превышающих

ный слой одного из трущихся металлов в результате многократ­ ной деформации отдельных выступов становится хрупким, вслед­ ствие чего разрушается и обнажает лежащие под ним менее хрупкие слои; затем явление повторяется. Возникновение хруп­ кого поверхностного слоя металла объясняется не только накле­ пом поверхности. Он может возникнуть также вследствие поверх­ ностной усталости или обогащения твердыми структурными со­ ставляющими из-за разных скоростей изнашивания, а также за счет структурных превращений металла поверхности в результа­

те нагрева при трении.

Молекулярно-механический износ. При трении двух деталей возможно такое сближение молекул одного тела с молекулами другого, при котором начинают действовать молекулярные силы. В результате этого при скольжении наблюдается прилипание (схватывание частиц металла) одной поверхности к другой. Этот процесс может протекать с различной интенсивностью. Возмож­ но либо сравнительно медленное разрушение, либо могут на­ блюдаться большие задиры, глубинное вырывание значительных участков поверхности. Молекулярно-механическое изнашивание наблюдается при высоких скоростях скольжения и значительных удельных давлениях в условиях недостаточной смазки. Этот вид изнашивания в машинах особенно нежелателен, так как ведет к быстрому разрушению поверхности, иногда к поломке деталей.

Коррозийно-механический износ имеет место в том случае,

когда при трении двух деталей одновременно наблюдается хи­ мическое воздействие на трущиеся поверхности кислорода ат­ мосферы или различных кислот и щелочей. Так, например, если подшипник имеет вкладыш из свинцовистой бронзы, то под влиянием смазки, содержащей органические кислоты, наблю­ дается разъедание подшипника, которое усиливает механический

101

износ. В некоторых деталях машин наблюдается значительное окисление поверхности кислородом воздуха. В результате на по­ верхностях трения образуются хрупкие окисные пленки, которые, легко разрушаясь, непрерывно обнажают свежие слои металла.

Внешним признаком окислительного износа является окраска матовой поверхности трения в темный или коричневый цвет.

В зависимости от интенсивности процесса изнашивания раз­ личают естественные и аварийные износы.

Естественные износы (износы весьма медленно нарастаю­ щие) являются закономерными, так как трения в машинах избе­ жать невозможно.

Аварийные (преждевременные) износы, нарастающие весьма быстро, чаще всего являются результатом нарушения нормаль­ ного режима работы машины и невыполнения правил техниче­ ского ухода и ремонта. Нося характер поломки, аварии, они, та­ ким образом, служат показателями плохого .освоения техники использования данной машины и несоблюдения правил техниче­ ского обслуживания.

В отдельных случаях аварийные износы могут быть следстви­ ем плохой конструкции узла, неправильной технологии его изго­ товления или низкого качества ремонта отдельных деталей ма­ шин.

§ 13. ФАКТОРЫ, ВЛИЯЮЩИЕ НА ИЗНАШИВАНИЕ ДЕТАЛЕЙ МАШИН

Для эффективной борьбы с изнашиванием в машинах и пра­ вильной организации ремонтного обслуживания машин необхо­ димо изучить факторы, определяющие скорость изнашивания. Практика эксплуатации машин и научные исследования явле­ ний изнашивания установили чтл-акорость изнашивания тру- /щейся пары зависит в основном от материала трущихся деталей; характера промежуточной среды, заключенной между скользя­ щими поверхностями; характера взаимодействия сопряженных деталей; влияния -окружающей среды, в которой протекает про­ цесс изнашивания.

Рассмотрим влияние каждой группы факторов в отдельности

(рис. 89).

Влияние на изнашивание материала трущихся деталей. Каче­ ство материала с точки зрения износоустойчивости определяется главным образом структурой трущейся поверхности, т. е. твер­ достью поверхностных слоев, способностью материала принимать наклеп, а также степенью чистоты.

Установлено, что в большинстве случаев показатель т в е р ­ д о с т и является показателем повышенной износостойкости. Однако в ряде случаев увеличение твердости поверхности не ве­ дет к повышению износостойкости. В технике встречаются, метал­ лы -и сплавы, у которых твердость сравнительно невелика, а со­ противление изнашиванию большое.

102

С т р у к т у р а п о в е р х н о с т и оказывает также большое влияние на скорость изнашивания. Для получения наиболее эф­ фективной структуры поверхность деталей подвергают специаль­ ной термической обработке. В связи е этим при выборе износо­ стойкого металла обращают серьезное внимание на его химиче­ ский состав, поскольку он определяет способность металла да­ вать при термической обработке износостойкие и прочные струк­ туры металла.

В большинстве случаев с п о с о б н о с т ь м а т е р и а л а п р и ­ н и м а т ь н а к л е п характеризует высокую сопротивляемость изнашиванию. Так, например, сталь с содержанием 12% марган­ ца очень хорошо принимает наклеп. Если эта сталь используется в качестве материала для дробящих плит или для зубьев ковшей экскаватора, т. е. для тяжело нагружаемых деталей, то в про­ цессе работы появляется наклеп и сталь приобретает высокую износостойкость. Вместе с тем при работе без наклепа эта же

условиями работы детали. Для каждой детали есть оптимальная чистота поверхности. Это такая чистота, которая наблюдается после приработки (начальный период работы детали) в наибо­ лее характерных условиях изнашивания.

Большое значение для процесса изнашивания имеет направ­ ление штрихов, возникающих при обработке. При хорошей смаз­

103

ке и при небольшом удельном давлении желательно, чтобы на­ правление штрихов обработки совпадало с направлением сколь­ жения. При тяжелых условиях работы поверхностей (недоста­ точная смазка, высокое удельное давление) благоприятнее вза- имно-пересекающиеся штрихи, при которых уменьшается факти­ ческая площадь контакта трущихся поверхностей и снижается возможность появления задиров.

Очень важно правильно выбирать соотношение твердости ме­ таллов сопряженных деталей. В зависимости от условий службы в одних случаях целесообразно иметь высокие твердости для обе­ их деталей (например при абразивном трении), в других же предпочтительнее, чтобы материал одной поверхности был мяг­ ким, '.пластичным, а материал второй — максимально твердым (например в сочетании вала и подшипника, залитого антифрик­ ционным сплавом).

Влияние промежуточной среды на изнашивание. Между тру­ щимися деталями всегда есть какая-либо промежуточная среда: смазка, продукты загрязнения,, абразивы или пленки окислов ме­ талла.

Одним из наиболее эффективных мероприятий по борьбе с износом является смазка. В том случае, когда смазка полностью разделяет трущиеся поверхности, т. е. наблюдается жидкостное трение, детали практически не изнашиваются. Поэтому во всех случаях нужно стремиться к этому виду трения. Однако оно осу­ ществимо лишь при определенных соотношениях давления и ско­ рости вращения, а так как режим работы деталей при пуске и остановке носит переменный характер 1, то детали в любом слу­ чае подвергаются изнашиванию. Износ смазанных деталей в зна­ чительной мере зависит от свойств смазочного материала и пе­ риодичности смазывания. При теоретически правильном подборе смазки и регулярном смазывании машин детали изнашиваются крайне медленно и могут работать в течение долгого времени (5—10 и более лет) без ремонта.

Если по условиям конструкции смазка затруднительна и по­ верхности трения плохо защищены от внешней среды специаль­ ными устройствами, между трущимися поверхностями оказывает­ ся пыль и песок (абразивные частицы). В этом случае изнашива­ ние протекает очень быстро, причем его скорость зависит от твер­ дости абразивных частиц, от их формы, а также от количества абразива, попадающего между трущимися деталями.

Влияние характера взаимодействия деталей на процесс из­ нашивания. Взаимодействие деталей зависит от конструкции, на­ значения и режима их работы и определяется следующими фак­ торами: удельным давлением, скоростью скольжения, видом тре­ ния, периодичностью действия нагрузки, степенью ее динамично-

1 Скорости движения деталей при пуске машины возрастают от нуля.

104

шим из факторов, определяющих скорость изнашивания. Для не­ которых видов абразивного изнашивания при однородных мате­ риалах скорость изнашивания пропорциональна удельному дав­ лению: при увеличении удельного давления в несколько раз во столько же раз увеличивается и скорость изнашивания. Для со­ членений, работающих со смазкой, удельное давление влияет на скорость изнашивания не так значительно (линейной зависимо­ сти не наблюдается).

В л и я н и е с к о р о с т и с к о л ь ж е н и я на с к о р о с т ь

изнашивания. Что касается влияния скорости скольжения (при равных путях трения), то в одних случаях оно может рассмат­ риваться как фактор, увеличивающий интенсивность изнашива­ ния, а в других — уменьшающий.

Большое влияние на износ имеет в и д т р е н и я . Известно, что при трении качения износ значительно меньше, чем при тре­ нии скольжения. Как правило, подшипник качения более долго­ вечен, чем подшипник скольжения. Сравнивая скорости изна­ шивания при различных видах трения, можно расположить их в следующий ряд с нарастающим износом: жидкостное трение, полужидкостное, граничное, полусухое и сухое.

Характер действия нагрузки в машинах, степень ее д и н а ­ м и ч н о с т и тоже оказывает влияние на скорость изнашивания. Чем спокойнее нагрузка, тем долговечнее подверженное ей со­ членение. Вибрации в машине повышают интенсивность изнаши­ вания. Весьма характерен случай, наблюдавшийся при исследо­ вании износа гусениц экскаваторов ЭКГ-4. Гусеницы экскавато­ ра предназначаются для перемещения машины по мере разра­ ботки забоя в карьере. Экскаватор в течение года имел техноло­ гические передвижки общей протяженностью 50 км. Этим пере­ движкам соответствовал путь скольжения подшипников ведущих колес гусениц, равный 12 км. При работе экскаватора механизм привода гусениц не работает. Однако гусеница вибрирует и в подшипниках ведущих колес наблюдается некоторое скольжение. Если просуммировать этот путь скольжения, то окажется, что за год работы он составит 85 км. Следовательно, износ этих под­ шипников за счет колебаний при работе в семь раз превышает величину износа, возникающего при передвижении экскаватора..

Большое влияние на износ оказывает т е м п е р а т у р а .по­ в е р х н о с т и . Как правило, чем выше температура, тем большеизнос детали. Для тех же сочленений, система смазки которых за­ проектирована так, чтобы она эффективно работала при неко­ торой определенной температуре, к повышению износа приво­

105.

дит также снижение температуры поверхности трения. Так, на­ пример, износ двигателя внутреннего сгорания будет минималь­ ным при температуре 70—80°. Если эта температура ниже, то из­ нашивание протекает быстрее. При перегреве двигателя масло теряет свои смазочные свойства, причем износ также повы­ шается.

Изнашивание увеличивается при больших зазорах в машине, поскольку они дают дополнительные динамические нагрузки (удары, вибрации), что ускоряет процесс изнашивания. Таким образом, нужно стремиться к тому, чтобы зазоры в узлах на­ ходящихся в эксплуатации машин как можно меньше отличались от зазоров в новой машине.

Влияние окружающей среды. Машина, работающая в усло­ виях Заполярья или в жарком поясе нашей страны, находится с точки зрения изнашивания в худших условиях, чем в умерен­ ном климате. Некоторые детали машин, работающие в присут­ ствии паров воды или в атмосфере, насыщенной активными газа­ ми, изнашиваются значительно быстрее, чем детали, работающие в обычной атмосфере.

§ 14. СМАЗКА И СМАЗОЧНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Общие сведения. Из всех факторов, влияющих на износ дета­ лей машин, наиболее важным является их смазка. Если смазоч­ ные материалы подобраны правильно и смазка ведется регулярно, машина может продолжительное время работать без ремонта. Смазка в трущихся сочленениях выполняет несколько функций:

1) снижает потери мощности на преодоление трения между деталями механизмов;

2) уменьшает скорость изнашивания за счет: а) изменения вида трения, б) удаления продуктов износа и абразивных частиц, попавших на поверхность трения, в) уплотнения зазоров и защи­ ты от попадания абразивных частиц на поверхность трения из внешней среды, г) охлаждения деталей и особенно поверхности трения;

3)предохраняет детали от коррозии;

4)уплотняет соединения и этим повышает компрессию в плунжерных сочленениях насосов и компрессоров и в цилиндрах двигателей;

5)амортизирует (смягчает) ударные нагрузки в сочлене­

ниях.

Выполняя все эти функции, смазка уменьшает износ деталей в сотни раз по сравнению с условиями сухого трения.

Так как строительных машин много и все они работают при различных режимах, то для них требуется большое разнообразие сортов смазочных материалов.

Все смазочные материалы можно разделить по их происхож­ дению на четыре группы:

106

1) минеральные масла и смазки, получаемые главным обра­ зом из нефти, а также из сланца и каменного угля;

2) растительные масла (касторовое, льняное, хлопковое, ко­ косовое, сурепное, подсолнечное и др.);

3) животные жиры и масла (говяжье и свиное сало, тюлений, китовый жир, костяное масло и др.);

4) твердые смазочные материалы, сырьем для которых явля­ ются полезные ископаемые (графит, тальк, слюда, сера и др.).

Минеральные смазочные продукты получили наибольшее рас­ пространение, так как они дешевы и их можно изготовлять в большом количестве. Они обладают хорошими смазочными свой­ ствами, но легко окисляются, теряя при этом свои положитель­ ные качества. В современной технике в качестве добавок к ми­ неральным маслам для повышения их смазочных свойств приме­ няются растительные масла и животные жиры.

В зависимости от физического состояния смазочные материа­ лы можно разделить на три группы:

1)смазочные масла — продукты, находящиеся в жидком со­ стоянии при температуре 10—15°;

2)консистентные смазки, представляющие при температуре 10—15° густые (мазеподобные) смазочные вещества;

3)твердые смазки (графит, слюда, тальк и др.).

В технике часто применяются так называемые самосмазывающие материалы (например бронзо-графит, пластифицированная древесина, пропитанная маслом), а также покрытия из легко­ плавких металлов.

Свойства масел. С целью правильного выбора смазочного про­ дукта для того или иного узла необходимо знать, какие свой­ ства масел являются особенно важными и как их практически оценивать. Такими важнейшими свойствами смазочных продук­ тов являются вязкость, температура застывания и химическая стойкость.

Под в я з к о с т ь ю понимают способность масла оказывать сопротивление перемещению одного слоя жидкости относительно другого. Чем больше вязкость масла, тем оно гуще и оказывает большее сопротивление перемешиванию. Вязкость масел изме­ ряется с помощью специальных приборов в единицах кинемати­ ческой или относительной вязкости.

Единицы кинематической вязкости называются сантистоксами (сокращенное обозначение сст, например 5 сст).

Единицами относительной вязкости являются градусы Энглера (обозначаются Eso или Ei0o, например Еэо = 5).

Градусы относительной вязкости показывают отношение вре­ мени истечения через калиброванное отверстие 200 сж3 масла при температуре 50 или 100° ко времени истечения такого же объе­ ма воды при температуре 20°. Большее число сантистоксов или градусов Энглера соответствует большей вязкости масла.

107

Эксплуатационное значение вязкости 'исключительно велико. При завышенной вязкости масла износ деталей возрастает. Кро­ ме того, на перемешивание масла в редукторах затрачивается в этом случае большая мощность. Не меньший вред машинам приносит работа при недостаточно вязких маслах. Поэтому нуж­ но всегда выбирать масла с той вязкостью, которая указана в паспорте машины.

С понижением температуры вязкость масел резко повышает­ ся, и при определенной для данного сорта температуре масло теряет подвижность и принимает полутвердое состояние. В этом случае сопротивление деталей перемещению резко возрастает и для проворачивания трансмиссии иногда необходимо затра­ тить мощность, превышающую мощность мотора, установленно­ го на машине. В связи с этим нужно выбирать для машин такие масла, температура застывания которых значительно ниже воз­ можных наинизших температур зимнего периода в данной мест­ ности.

Под те мп е р а ту р о й з а с т ы в а н и я условно понимают такую температуру, при которой масло, залитое в пробирку, за­ стывает настолько, что при наклонении пробирки на 45° уровень его остается неподвижным в течение одной минуты.

Х и м и ч е с к а я с т о й к о с т ь — очень важное свойство ма­ сел, характеризующее способность сохранять первоначальные качества при воздействии кислорода и высоких температур. При недостаточной химической стойкости масел, употребляемых для смазки двигателей внутреннего сгорания, имеет место интенсив­ ное образование нагара, различных осадков и лаковых пленок. Масла с низкой химической стойкостью -при длительном хранении окйсляются с соответствующим понижением смазочных свойств.

Сорта смазочных масел и их назначение. Строительные ма­ шины смазываются маслами, получаемыми при переработке нефти. В зависимости от типа трущейся пары и условий ее рабо­ ты применяются масла с определенными физико-техническими свойствами. В зависимости от этого масла подразделяются на масла для карбюраторных двигателей, дизельные, трансмисси­ онные, индустриальные, цилиндровые, компрессорные, транс­ форматорные и др.

М а с л а д л я к а р б ю р а т о р н ы х д в и г а т е л е й : АС-5, АК-.Ю, АКЦ5, АКЗп-6, АКЗп-10. Эти обозначения расшифровы­ ваются следующим образом. Буква А означает, что масло авто­ тракторное; .буква К или С указывает на способ очистки масла при его изготовлении (К — кислотный, С — селективный); буква 3 указывает на наличие в масле вязкостной присадки — загусти­

мобильных карбюраторных двигателей в зимнее время, В летнее

108

буквой Д. Индекс п указывает на наличие присадки, цифра озна­ чает среднюю вязкость масла при 100° (сст).

Ниже приведены основные сорта дизельных масел '(по ГОСТ 5304—54):

Масло Дп-8 применяется для двигателей ЯАЗ-204, ЯАЗ-206, Д-54, Д-35; в летнее время для этих же двигателей применяется масло Дп-11.

Масло Д-11 выпускается для дизелей, не имеющих вкладышей подшипников из свинцовистой бронзы или других легкокорродирующих сплавов.

А4асло Дп-14 предназначается для стационарных судовых ди­ зелей, но может использоваться также и для тракторных дизелей в летний период.

Для смазки тихоходных дизелей с числом менее 800 об/мин

мост, рулевое управление, редукторы и т. п.). Основными марка­ ми трансмиссионных масел для строительных машин являются зимние и летние нигролы. Заменителями этих масел могут слу­ жить: летом цилиндровое 24, а зимой цилиндровое 24 с добавкой 50% масла Дп-8. В редукторы лебедок рекомендуется заливать авиационные масла.

И н д у с т р и а л ь н ы е м а с л а маркируются по средней вяз­ кости в сантистоксах при 50°. Область их применения весьма разнообразна. Легкие индустриальные масла № 12 и 20 исполь­

линдров паровых машин. Эти масла маркируются цифрами, обоз-

109

начающими среднюю вязкость масла в сантистоксах при 100°. Цилиндровые масла 11 и 24 применяются для паровых машин, работающих на насыщенном паре, а также для смазки зубчатых передач. Для паровых машин, работающих на перегретом паре, служат цилиндровые масла повышенной вязкости — цилиндровое

соров и воздуходувок. Компрессорное масло М применяется для. компрессоров низкого и среднего давления, а компрессорное мас­ ло Т — для многоступенчатых компрессоров высокого давления.

Т р а н с ф о р м а т о р н о е м а с л о применяется в качестве изолирующей и теплоотводящей среды в трансформаторах, рео­ статах, выключателях и других высоковольтных аппаратах. Трансформаторное масло обладает повышенной стабильностью в отношении окисления, низкой температурой застывания, в нем отсутствуют всякие загрязнения.

Улучшение и восстановление свойств смазочных масел. При эксплуатации или при ремонте машин может оказаться, что мас­ ла, предусмотренные для их смазки, отсутствуют, а имеющиеся обладают не теми вязкостью и температурой застывания, какие требуются в данном случае. Показатели, характеризующие свой­ ства масел, можно зачастую изменить с помощью специальных присадок или путем смешивания с другими маслами.

Для подсчета количества смешиваемых масел пользуются но­ мограммой, изображенной на рис. 90.

Для определения количества масла с вязкостью, например, 15 ест, которое необходимо добавить к маслу вязкостью 4 сст, с тем чтобы получить вязкость 7 сст, поступают так: значения вязкости исходных масел (4 и 15 сст) соединяют прямой линией, а затем проводят горизонтальную прямую на уровне вязкости приготов­ ляемой смеси до пересечения с первой; из полученной точки опус­ кают перпендикуляр ;на горизонтальную шкалу и получают при этом количество высоковязкого масла в смеси в процентах (в данном примере 50%).

Для повышения вязкости в масла добавляют специальную присадку, называемую полиивобутиленом. Количество этой .при­ садки устанавливается по специальным справочникам. Присад­ ку к маслам, которая снижает температуру застывания, называ­ ют депресСатором. Температура застывания может быть пониже­ на также путем добавки к маслу некоторого количества мало-вяз­ кого масла, а в отдельных случаях дизельного топлива (обычно

10-25% ).

С течением времени масло, используемое в машине, ухуд­ шается, происходит загрязнение его механическими примесями, смолами, органическими кислотами. Наступает момент, когда отработанное масло, лишенное необходимых смазочных свойств, уже не обеспечивает нормальной работы трущихся деталей (из-

110