книги из ГПНТБ / Ремонт машин инженерного вооружения учебник

Таблица 1

Схемы фрикционных контактов при абразивном изнашивании

32

ключить шаржирование более сложной в изготовлении и дорогой детали.

Микротвердость структурных составляющих материала деталей, работающих при абразивном из,нашивании, необходимо обеспечи­ вать выше микротвердости абразивных частиц (кварц — 700— 1000 кГ/мм2), для достижения высокой сопротивляемости материа­ ла внедрению абразивных частиц и отделению микрообъемов.

Усталостное разрушение и выкрашивание. Многие детали ма­ шин во время работы испытывают действие циклических, меняю­ щих свою величину и направление, напряжений. Материал этих деталей иногда разрушается или теряет свои служебные свойства при нагрузках, лежащих значительно ниже преде­ ла прочности и даже пре­ дела текучести. Разруше­ ние деталей под дейст­ вием переменных или зна­ копеременных нагрузок называется усталостным разрушением.

Причина этого явле­ ния заключается в сле­ дующем: металлы и спла­ вы имеют кристалличе­ скую структуру, поэтому силы сцепления между отдельными зернами по 'границам кристаллов не­ одинаковы. Вследствие

различной ориентации зерен кристаллической структуры и нали­ чия по границам кристаллов микроскопических неметаллических включений имеются ослабленные места. Кристаллы, неблагоприят­ но расположенные к действию сил, претерпевают пластические деформации, в то время как в других кристаллах деформации не выходят за пределы упругости.

При многократных пластических деформациях по ослабленным границам, вследствие воздействия циклических и знакопеременных нагрузок, атомные связи нарушаются и возникают мнкротрещины. Первичные микротрещины увеличиваются, соединяются с соседни­ ми, напряжения в ослабленном сечении значительно возрастают и деталь разрушается при нагрузках менее расчетных. Усталостное разрушение может проявляться как в общей поломке детали, так

ив местном выкрашивании небольших объемов перена'клепанного

иуставшего металла. Примерами усталостного разрушения дета­ лей являются: поломка зубьев зубчатых колес, разрушение колен­ чатых валов, листов рессор, разрушение торсионов, выкрашивание рабочих поверхностей зубьев зубчатых колес (рис. 4) и беговых

дорожек подшипников качения. Образование поверхностных уста­ лостных раковин или выкрашивание является результатом дейст­ вия высоких напряжений в зоне контакта двух сопряженных де­ талей.

Особенностью выкрашивания зубьев является то, что обычно поверхности зубьев поражаются в зоне начальной окружности или несколько ниже ее (на ножке зуба). Вследствие разного направ­ ления сил трения усталостные трещины на ножке и головке зуба ориентированы в противоположные стороны (рис. 5). В процессе зацепления зубьев трещины на поверхности ножек вступают в зо­ ну контакта выходящими на поверхность концами, в результате чего масло, находящееся в трещине, под воздействием внешнего давления расклинивает трещину. Повторяясь, такие воздействия

из трещины выдавливается и об­ разования раковин не происхо­ дит.

Экспериментальные исследо­ вания показали, что чем больше вязкость масла, тем больше пре­ дел контактной выносливости' зубьев вследствие лучшего гаше­ ния динамических нагрузок. Уве­

личение количества масла, подаваемого в зацепление, ускоряет разрушение рабочих поверхностей.

В открытых передачах, при малом количестве смазки и воз­ можности попадания абразива, выкрашивание практически не наблюдается, так как усталостные трещины не успевают раз­ виться вследствие высокой интенсивности изнашивания.

Усталостное выкрашивание или шелушение рабочих поверхно­ стей подшипников качения вследствие перенаклепа является ос­ новной причиной выхода их из строя. Механизм образования уста­ лостных трещин аналогичен изложенному.

Усталостное выкрашивание детален можно предотвратить пра­ вильным назначением величины нагрузки с учетом предела уста­ лости металла (напряжение, при котором деталь выдерживает оп­ ределенное количество циклов нагружений), повышением: твердо-

<сти и чистоты обработки трущихся поверхностей и правильным подбором способа смазки и сорта масла.

Химические и электрохимические процессы разрушения деталей

(коррозионное изнашивание). Коррозией или коррозионным про­ цессом называется разрушение металла вследствие химического пли электрохимического воздействия. По имеющимся данным, во

34

всем мире потери металла, вызываемые коррозией, ежегодно со­ ставляют 10—25 млн. тонн.

Коррозия ухудшает качество рабочих поверхностей деталей, снижает их прочность и может привести к аварии машины.

Различают химическую и электрохимическую коррозию. Тео­ рия электрохимической коррозии разработана русским ученым академиком Г. В. Акимовым.

Химическая коррозия возникает при действии на металл сухих газов и жидких неэлектролитов (эксплуатационных жидкостей, сма­ зочных масел) и является результатом химических реакций между ними и металлом детали. К этому типу коррозии относится так на­ зываемая «газовая коррозия», появляющаяся при действии газон иа металл при высоких температурах.

Электрохимическая коррозия возникает в присутствии электро­ лита. В этом случае металл разрушается вследствие возникнове­ ния электрического тока между различными его объемами и появ­ ления гальванических микропар. Электрохимической коррозией объясняется износ вала, работающего в условиях жидкостного трения при полном разделении трущихся поверхностей чистым слоем смазки, или износ крыльчаток насосов, не имеющих непо­ средственного контакта с другими деталями узла.

Причиной электрохимической коррозии является то, что метал­ лические сплавы, применяемые для изготовления деталей, не явля­ ются однородными и имеют различные структурные составляющие с разными потенциалами ионизации. При попадании на поверх­ ность детали электролита начинается электролитический процесс, который сопровождается разрушением электрода макроили микро­ пары, являющегося анодом (более низкий потенциал ионизации). Процесс электрохимической коррозии может возникнуть и на де­ талях, изготовленных из однородного (чистого) металла, если име­ ется возможность образования разности потенциалов, например в зоне высоких контактных напряжений — «контактная коррозия», при различном давлении среды на разные участки детали (на вы­

попадать водные растворы и других кислот, щелочей или солей. Интенсивность коррозионного изнашивания может увеличи­

ваться за счет механического удаления продуктов коррозии при трении деталей.

Для предохранения деталей от коррозии и уменьшения их из­ носа нерабочие части деталей машин окрашиваются лаками и красками, а рабочие поверхности либо смазываются, либо защи-

щаются стойкими против коррозии покрытиями (цинкование, хро­ мирование, никелирование).

Дефекты деталей могут возникать и в результате непосред­ ственного воздействия на них электрических разрядов. Такое раз­ рушение называется электроэрозией. Электроэрозии наиболее под­ вержены электроды свечей, контакты прерывателей и распредели­ телей, контакты реле и приборов переключения тока, наконечни­ ки проводов и коллекторы электрических машин.

Несмотря на приведенные различные классификации видов из­ нашивания, следует иметь в виду, что одна и та же деталь может одновременно подвергаться воздействию нескольких видов изна­ шивания. В этом случае для отыскания способов снижения интен­ сивности изнашивания этой детали необходимо определить веду­ щий или основной вид изнашивания, исключение которого позво­ лит увеличить срок службы данной детали.

Примеры таких ведущих видов изнашивания для типовых де­ талей землеройных и дорожных машин с учетом условий их рабо­ ты приведены в табл. 2.

Интенсивность изнашивания деталей в значительной степени может быть снижена правильным выбором материалов для изго­

чих поверхностей.

Поскольку в процессе ремонта машины приходится изготавли­ вать некоторые детали для замены изношенных, то необходимо знать основные сведения по выбору материалов.

При выборе материалов сопряженных деталей следует обра­ щать внимание на их разнородность, твердость и вязкость.

Для совместно работающей пары деталей не рекомендуется брать одинаковые материалы с равной твердостью. Деталь более сложная в изготовлении или ремонте должна быть изготовлена из более качественного материала, обеспечивающего большую ее из­ носостойкость, и наоборот.

Исследованиями установлено, что с повышением твердости из­ носостойкость деталей, изготовленных из углеродистых сталей и работающих в одинаковых условиях, возрастает. По мере увели­ чения содержания углерода в стали износостойкость также повы­ шается, так как соответствующей термической обработкой можно обеспечить высокую твердость рабочих поверхностей. Наиболее высокой износостойкостью обладает мартенситная структура.

Следует заметить, что износостойкость деталей, имеющих высо­ кую твердость, может быть обеспечена лишь при соответствующей условиям работы чистоте поверхности. При некачественной меха­ нической обработке твердые частички в процессе работы детали могут выкрашиваться и, действуя как абразив, значительно уве­ личат интенсивность изнашивания сопряжения.

В деталях, работающих с ударной нагрузкой, повышенная твер­ дость может вызвать повышенную хрупкость. В этом случае на-

36

втулка

37

ряду с повышением поверхностной твердости необходимо сохра­ нить вязкость сердцевины детали. Такие детали изготавливают из конструкционных малоуглеродистых или легированных сталей и подвергают поверхностной обработке, например цементации с по­ следующей закалкой и отпуском.

На износостойкость деталей, изготовленных из чугуна, большое влияние оказывают содержание и состояние углерода (в свобод­ ном— в виде графитных включений или в связанном — в виде твердых карбидов).

Установлено, что чугуны с перлитной структурой изнашиваются меньше, чем чугуны с ферритной структурой. Наиболее износо­ стойкими являются чугуны, легированные никелем и хромом, при­ меняемые для гильз цилиндров. Никель и хром способствуют графитизации чугуна и повышению его твердости. Весьма эффектив­ ной в этом случае является поверхностная закалка ТВЧ.

Важнейшим параметром, определяющим интенсивность изна­ шивания, является чистота поверхности, обусловливаемая механи­ ческой обработкой.

Кроме износа, в результате которого характер подвижных по­ садок сопряжений изменяется вследствие роста зазора, чистота поверхности оказывает существенное влияние на прочность непод­ вижных посадок. В процессе запрессовки деталей выступающие гребешки подвергаются пластической деформации и срезаются, что приводит к уменьшению действительного натяга против расчет­ ного.

Величина перемещения выступающих частиц металла гребеш­ ков во впадины при запрессовке, так называемый размер сглажи­ вания, оказывающий непосредственное влияние на прочность по­ садки, зависит от вида обработки. Так, при чистовой обточке вала и чистовой расточке втулки размер сглаживания по диаметру со­ ставляет 58 мк, в то время как при шлифовании обеих поверхно­ стей он равен 20 мк, при тонкой обточке и расточке 8,4 мк, при­ тирке— 0,4 мк.

38

При хорошем качестве сопрягаемых поверхностей прочность не­ подвижных посадок возрастает также за счет увеличения коэф­

фициента трения.

Кроме того, при грубо обработанной поверхности облегчается проникновение корродирующих элементов через впадины и неров­ ности, нарушается сплошность смазочного слоя в подвижном со­

пряжении и т. д.

Не следует забывать, что повышение чистоты поверхности целесообразно лишь до предела, определяемого условиями работы детали. Слишком высокая чистота поверхности не обеспечивает удержание смазки на трущихся поверхностях и интенсивность из­ нашивания может возрасти. Так, для сопряжения поршневое кольцо — гильза чистота поверхности должна быть не выше 8—9 класса. Для любой сопряженной пары эта оптимальная чистота поверхности может быть определена экспериментально после об­ катки машины.

§ 4. ВИДЫ И ПЕРИОДИЧНОСТЬ РЕМОНТА МАШИН ИНЖЕНЕРНОГО ВООРУЖЕНИЯ. МЕТОДИКА ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕЖРЕМОНТНЫХ СРОКОВ СЛУЖБЫ МАШИН

В зависимости от характера неисправностей машин и агрега­ тов и трудоемкости ремонтных работ планово-предупредительной системой установлены три вида ремонта — текущий, средний и ка­ питальный.

Классификация ремонтов способствует лучшей специализации ремонтных органов, более быстрому выполнению ремонтных работ при высоком качестве.

В свою очередь, установление периодичности выполнения от­ дельных видов ремонта обеспечивает возможность планирования, рациональную организацию обеспечения ремонтных органов тех­ нологической оснасткой, запасными деталями, узлами и агрега­

тами.

Простые по конструкции средства инженерного вооружения, такие как навесное бульдозерное оборудование, прицепные маши­ ны, электростанции и другие, подвергаются лишь текущему и ка­ питальному ремонту.

Текущий ремонт заключается в устранении неисправностей и повреждений, возникших в процессе эксплуатации. При текущем ремонте могут заменяться отдельные поврежденные или изношен­ ные детали, агрегаты (в том числе один основной), узлы, механиз­ мы и приборы, а также выполняются регулировочные, крепежные и другие ремонтные работы. Моторесурс машины при выполнении текущего ремонта не восстанавливается.

Средний ремонт заключается в частичной разборке машины, в замене или капитальном ремонте не менее двух, но не более поло­ вины основных агрегатов, в тщательной проверке и ремонте незаменяемых узлов и устранении всех обнаруженных 'неисправностей.

39

При среднем ремонте выполняют сварочные, регулировочные и другие специальные работы, отремонтированные машины подвер­ гают испытаниям и окрашивают. После выполнения среднего ре­ монта восстанавливается моторесурс машины до следующего пла­ нового ремонта.

Капитальный ремонт заключается в полной разборке машины, дефектовке, замене или ремонте поврежденных деталей и неис­ правных узлов с выполнением сварочных, регулировочных и дру­ гих специальных работ, сборке, испытании и окраске машины. Капитальный ремонт обеспечивает работу машины в течение меж­ ремонтного периода.

Для агрегатов (узлов) машин установлены текущий и капи­ тальный ремонты.

Текущий ремонт агрегата (узла) состоит в частичной его раз­ борке и замене поврежденных или изношенных деталей исправ­ ными.

Капитальный ремонт агрегата заключается в полной его раз­ борке, дефектовке, ремонте или замене всех непригодных деталей и сборке. При капитальном ремонте агрегат подвергается испыта ■ ниям и приработке.

Каждый вид ремонта агрегата или машины представляет сово­ купность типовых ремонтных операций, определяемую характером неисправности, трудоемкостью.

Для планирования ремонтных работ и создания системы ре­ монтных органов, специализированных на выполнении определен­ ного вида ремонта, необходимо установить не только виды ремон­ та и их трудоемкость, но и периодичность выполнения.

Период работы машины до первого капитального ремонта или между двумя капитальными ремонтами называют межремонтным циклом. Период работы машин до среднего или от среднего до капитального ремонта носит название межремонтного периода. Период работы машины с начала эксплуатации до ее списания именуется амортизационным периодом. Чередование различных видов ремонта и обслуживания в определенной последовательно­ сти и через определенные промежутки времени называют структу­ рой амортизационного периода. Структура амортизационного пе­ риода машин инженерного вооружения представлена на рис. 6.

Так как текущие ремонты должны выполняться сразу же после обнаружения неисправностей, то периодичность их проведения не устанавливается. Однако для определения потребных трудозатрат, запасных частей и материалов, .необходимых для выполнения теку­ щего ремонта машин, принято считать, что за межремонтный пе­ риод проводится по два условных текущих ремонта. Трудоемкость, количество запасных частей и материалов, необходимых для одно­ го условного текущего ремонта, устанавливают на основании опы­ та эксплуатации и выполнения текущих ремонтов машин в вой­ сках.

40

Срок службы машин до капитального ремонта определяется износом основных базовых поверхностей корпусных деталей или деталей, замена или восстановление которых требуют больших затрат времени и применения сложной технологической оснастки (зубчатые передачи, червячные передачи, подшипники, посадочные места подшипников в корпусах, цилиндры, поршни, рамы и т. д.).

С целью снижения затрат на эксплуатацию и ремонт машин продолжительность межремонтного цикла должна иметь достаточ­ ное техническое и экономическое обоснование. Необоснованно уве­ личенный межремонтный цикл влечет большой расход запасных

полного использования работоспособности машины. Кроме того, разборка хорошо работающих механизмов без особой надобности и последующая сборка, как правило, отрицательно сказывается на их работоспособности.

Средний ремонт обычно производится в середине межремотного цикла.

Научно обоснованная продолжительность межремонтного пе­ риода работы агрегатов или машин может быть установлена следующими основными методами:

—по изменению рабочих характеристик агрегатов или машин;

—по величине допустимого в эксплуатации износа корпусных деталей, восстановление или замена которых требует сложных ремонтных работ;

—по данным специальных испытаний;

—при обработке статистических данных, собранных в резуль­ тате эксплуатации машин в войсках, о сроках и количестве заме­ няемых деталей и выполненных ремонтах.

Первый метод основан на наблюдении за изменением рабочих

41