Величина износа деталей машин

Об износе деталей машины можно судить по характеру их работы. Например, о работе сборочных единиц с подшипниками качения можно судить по характеру издаваемого ими шума. При нормальной работе слышен слабый шум — равномерное тонкое жужжание; если работа подшипников нарушена, возникают сильные шумы. Свист или резкий (звенящий) шум указывает на то, что в подшипнике нет смазки, шарики или ролики защемлены между беговыми дорожками внутреннего и наружного колец. Гремящий шум (частые звонкие стуки) означает, что на шариках, роликах или кольцах появились язвины или в подшипник попала абразивная пыль или грязь. Глухие удары сигнализируют об ослаблении посадки подшипника на валу и в корпусе.

Результаты изнашивания некоторых деталей (дробящие плиты, отвалы автогрейдеров и бульдозеров, ковши экскаваторов) можно обнаружить визуально. Износ других деталей определяют замером зазоров, усилий на рычагах и приводах.

Определить износ деталей, невидимых в рабочем состоянии машины, значительно труднее. Здесь большую роль играют методы определения износов по косвенным признакам, к которым относятся: повышение температуры деталей (главным образом подшипников, температуру которых можно проверить и на ощупь); состав отработавших газов; появление ненормальных шумов и стуков, которые либо слышны непосредственно, либо прослушиваются при помощи специальных устройств (например, прослушивание двигателя механическим стетоскопом, а также электронными устройствами); определение величины давления в цилиндре и интенсивности его падения с помощью компрессометра и т. п.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Износ устанавливают по характеру загрязнения смазки. Так, если при промывке фильтров среди отложений заметны металлические частицы, это свидетельствует о начавшемся разрушении деталей. По количеству накопления продуктов изнашивания можно судить о его скорости.

Износ в машинах можно оценивать такими относительными показателями, как процент утечки топлива между плунжером и втулкой насоса, величиной падения давления в системе смазки (для оценки степени изношенности двигателя внутреннего сгорания) и т. п. Такой метод определения величины износа деталей по изменению «служебных свойств» соединений, которые они образуют, носит название интегрального. Так, например, поршневые кольца в двигателях предназначены для предупреждения пропуска газов в соединении поршень — цилиндр. Следовательно, об износе поршневой группы можно судить по изменению компрессии и пропуску газов в картер двигателя, а также по увеличению расхода масла по мере износа деталей поршневой группы.

Износы деталей могут быть определены и другими методами: суммарным, микрометрическим измерением (микрометраж) и методом определения местного линейного износа.

Суммарный метод объединяет следующие приемы определения износов:
а) последовательное взвешивание деталей до и после износа; линейный износ при этом методе определяется по изменению массы, полагая, что износ распределяется равномерно по поверхности детали. При вычислении его подсчитывается размер изношенной’ поверхности и учитывается плотность металла детали. Этот способ успешно применяется, например, при определении средних величин износа поршневых пальцев, поршневых колец и других подобных деталей;
б) периодическое определение железа (продуктов износа) в смазке химическим анализом отработанной смазки.
Так как продукты износа деталей состоят из мельчайших металлических частиц окислов металлов и продуктов химического взаимодействия металлов с активными составляющими масла, которые находятся в нем во взвешенном состоянии, то для определения суммарного износа от масла отбираются пробы, которые сжигаются, и в оставшейся золе содержание металла определяется химическим анализом. Метод обнаружения металла в отработавшем масле дает возможность определить общие износы механизма при работе на разных режимах за короткое время на любом этапе эксплуатации или испытания машины;
в) способ «меченых атомов», основанный на использовании радиоактивных изотопов сурьмы, вольфрама и кобальта, вводимых в поверхностный слой металла, подверженного износу. По количеству радиоактивного вещества, попадающего в смазку вместе с продуктами износа основного металла детали, можно установить нарастание износа в испытуемой паре деталей. Этот способ может быть применен не только для изучения износа, но и для постоянного контроля за сильно нагруженными деталями машины.
Появление в масле частиц от вставки из радиоактивного металла, запрессованной на определенную глубину от поверхности трения, будет указывать на то, что износ данной детали достиг своего предела и, следовательно, машину необходимо остановить для разборки и ремонта.

Метод микрометража осуществляется двумя способами:
1) непосредственное измерение деталей. Сущность способа заключается в повторном измерении выбранного размера деталей, производимом приблизительно по одному направлению до и после изнашивания. Этот способ имеет наибольшее распространение как наиболее простой и доступный в условиях эксплуатации и ремонта машин;
2) непосредственное измерение расстояний от постоянной базы до изнашиваемой поверхности. Этот способ микрометража осуществляется специальными приспособлениями с индикаторным прибором. Например, измерение искажения профиля зуба при изнашивании с помощью эвольвентомера, у которого за постоянную базу принимается автоматически получаемая эвольвента заданной характеристики.

Для определения износа применяется еще один способ — так называемый способ искусственных баз, разработанный М. М. Хрущовым и Е. С. Берковичем. По этому способу на поверхности трения детали вырезают специальным прибором и инструментом маленькие лунки, канавки или выточки. Линейная величина износа устанавливается расчетом на основе данных об изменении размера и формы углубления, сделанного до износа.

Величина износа деталей машин

Износы деталей могут быть определены следующими основными методами: микрометрическим измерением (микрометраж); взвешиванием деталей; анализом отработавшего масла; при помощи «меченых» атомов и замеров отпечатков, наносимых на изнашиваемую поверхность.

Основные требования, которые должны предъявляться к методу определения износа, сводятся к следующему:
а) на испытание по определению износа должно затрачиваться по возможности минимальное время;
б) метод должен позволять улавливать износ за сравнительно короткое время;
в) при определении износа нежелательна частая разборка и сборка агрегатов;
г) детали за время испытаний не должны сильно изнашиваться (если в этом случае не ставятся специальные цели).

До настоящего времени для определения износа деталей еще часто применяется метод микрометрического измерения. Этот метод базируется на определении размеров деталей при помощи микрометров или других измерительных приборов перед началом износа и в процессе работы машины.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Величину линейного износа устанавливают разностью замеров в разных местах трущейся поверхности. Определение износа деталей какого-либо агрегата этим методом требует большой затраты времени и во всех случаях сопряжено с некоторыми погрешностями. При малой длительности работы машины определить износ почти невозможно.

Чтобы определить значительный износ, нужно проводить довольно длительные испытания агрегатов с большим количеством разборок и сборок. Частые разборки и сборки приводят к нарушению первоначальных посадок деталей, что вызывает некоторые отклонения от исходного состояния испытуемого агрегата.

На точность измерения при микрометрировании влияют следующие факторы:
а) определяя износ по диаметру отверстия цилиндра или поверхности вала, замеряют диаметр, который может изменяться не только от износа, но и вследствие деформации; следовательно, определить износ без существенной погрешности нельзя;
б) ошибки в определении износа микрометрированием появляются от непостоянства температуры инструмента и измеряемой детали, особенно, когда износ измеряется микронами;
в) повторно измерить один и тот же диаметр по одному и тому же направлению не удается, поэтому точно определить износ в этом случае не всегда возможно.

Методом микрометрирования возможно только приблизительное измерение износа в определенном месте детали.

Метод взвешивания деталей до испытаний и после них. Линейный износ при этом методе определяется как износ, распределенный равномерно по поверхности детали. При вычислении износа подсчитывается размер изношенной поверхности и учитывается удельный вес металла детали.

При необходимости определения суммарного износа деталей агрегата или узла применяется метод обнаружения металла в отработавшем масле.

Так как продукты износа деталей состоят из мельчайших металлических частиц, окислов металлов и продуктов химического взаимодействия металлов с активными составляющими масла, которые находятся в нем во взвешенном состоянии, то для определения суммарного износа от масла отбираются пробы, которые сжигаются, и в оставшейся золе содержание металла определяется химическим анализом или полярографическим методом.

Пользуясь этим методом, решают ряд задач, имеющих важное значение в определении износа, а именно:
а) когда необходимо отбирать пробу масла, которая могла бы характеризовать среднее содержание железа в нем;
б) как определить содержание железа в масле;
в) к каким поверхностям отнести обнаруженный износ, если он был результатом трения нескольких поверхностей, и т. д.

В настоящее время все эти задачи решены. Основным недостатком этого метода является невозможность определения линейных износов отдельных деталей, положительной же стороной его является возможность определения износа на любом этапе испытаний без прекращения работы агрегата. Это дает возможность построить график износа агрегата и определить общие износы его при работе на разных режимах за короткое время. С применением этого метода удалось получить значительную экономию времени при испытаниях на износ.

Одним из методов определения суммарного износа деталей является метод меченых атомов, или радиоактивных изотопов, которые обладают способностью излучать электрически заряженные а- и (3-частицы или электромагнитные улучи в процессе радиоактивного распада. Специальные приборы позволяют регистрировать и измерять излучение, а следовательно, обнаруживать частицы радиоактивного препарата в любой среде и определять его количество.

Следовательно, если в поверхностный слой детали ввести радиоактивное вещество, то в процессе работы машины с поверхности трения детали вместе с продуктами износа основного металла будут удаляться также и частички радиоактивного вещества. По количеству радиоактивного вещества в смазке можно установить нарастание износа в испытуемой паре деталей. При этом методе определения износа нужно в первую очередь решить вопрос, каким способом ввести в поверхностный слой исследуемой детали радиоактивные изотопы без нарушения геометрической формы детали и физико-механических свойств ее металла.

Известны следующие способы насыщения деталей радиоактивными изотопами:
а) изотопы вводятся в металл детали при ее отливке. Этот способ является более целесообразным при активировании небольших деталей, требующих короткого цикла обработки;
б) радиоактивное вещество вводится в поверхностные слои детали через электролит, если деталь в процессе изготовления покрывается каким-либо металлом гальваническим способом;
в) облучение (насыщение) поверхностных слоев детали радиоактивными изотопами;
г) насыщение деталей способом диффузии, когда некоторые элементы проникают в поверхность твердого тела при его нагревании;
д) способ Научно-исследовательского института гражданского воздушного флота (НИИГВФ), когда на изнашиваемую поверхность детали запрессовывается вставка из радиоактивного металла, которая изнашивается вместе с основным металлом детали, что дает возможность судить о степени нарастания износа.

Последний способ отличается простотой и доступностью и может быть применен для активирования шеек валов, подшипников, поршневых колец и других деталей агрегатов без нарушения свойств поверхностных слоев деталей. Этот способ может быть применен не только для изучения износа, но и для постоянного контроля за сильно нагруженными деталями агрегата или машины.

Появление в масле радиоактивных частиц от активированной вставки, запрессованной на определенную глубину от поверхности трения, будет указывать на то, что износ данной детали достиг своего предела и, следовательно, машину нужно останавливать для разборки и ремонта.

Способ меченых атомов, или радиоактивных изотопов, по сравнению с методом определения износа по содержанию металла в масле химическим анализом отличается значительно большей чувствительностью и дает возможность непрерывно оценивать содержание радиоактивного элемента в циркулирующем масле. Этот новый метод определения износа находит довольно широкое практическое применение.

Рис. 5. Схема вырезания лунок

Рис. 6. Вырезанные лунки:
а — на поверхности поршневого пальца; б — на зеркале цилиндра двигателя

Для определения износа применяется еще один способ — так называемый способ искусственных баз, разработанный М. М. Хрущовым и Е. С. Берковичем.

По этому способу на поверхности трения детали вырезают специальным прибором и инструментом маленькие лунки заранее известной геометрической формы. До испытания измеряют длину лунки на поверхности детали и вычислением определяют ее начальную глубину.

После проведения испытаний вторично измеряют длину лунки на поверхности детали и вычисляют изменившуюся глубину. Разность глубин до и после испытаний является величиной линейного износа в данном месте трущейся поверхности детали.

Способ искусственных баз является более точным по сравнению с микрометрическим измерением, так как дно вырезанной лунки является постоянной базой, от которой ведется измерение, и, кроме того, износ определяется в одном и том же месте, что исключает некоторые погрешности микрометрирования. Точность определения износа при данном методе исчисляется в 1—1,5 мк.

На рис. 6 показаны лунки, вырезанные на поверхности поршневого пальца и на зеркале цилиндра двигателя.

Износ. Виды износа

При работе любого производственного оборудования происходят процессы, связанные с постепенным снижением его рабочих характеристик и изменением свойств деталей и узлов. Накапливаясь, они могут привести к полной остановке и серьезной поломке. Чтобы избежать негативных экономических последствий, предприятия организуют у себя процесс управления износом и своевременного обновления основных фондов.

Определение износа

Износом, или старением, называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в результате изменения их формы, размеров или физико-химических свойств. Эти изменения возникают постепенно и накапливаются в ходе эксплуатации. Существует много факторов, определяющих скорость старения. Негативно сказываются:

• трение;
• статические, импульсные или периодические механические нагрузки;
• температурный режим, особенно экстремальный.

Замедляют старение следующие факторы:

• конструктивные решения;
• применение современных и качественных смазочных материалов;
• соблюдение условий эксплуатации;
• своевременное техническое обслуживание, планово–предупредительные ремонты.

Вследствие снижения эксплуатационных характеристик снижается также и потребительская стоимость изделий.

Виды износа

Скорость и степень изнашивания определяется условиями трения, нагрузками, свойствами материалов и конструктивными особенностями изделий.

Классификация видов износа

В зависимости от характера внешних воздействий на материалы изделия различают следующие основные виды износа:

• абразивный вид — повреждение поверхности мелкими частицами других материалов;
• кавитационный, вызываемый взрывным схлопыванием газовых пузырьков в жидкой среде;
• адгезионный вид;
• окислительный вид, вызываемый химическими реакциями;
• тепловой вид;
• усталостный вид, вызванный изменениями структуры материала.

Некоторые виды старения разбиваются на подвиды, как, например, абразивный.

Абразивный

Заключается в разрушении поверхностного слоя материала в ходе контакта с более твердыми частицами других материалов. Характерен для механизмов, работающих в условиях запыленности:

• горное оборудование;
• транспорт, дорожно-строительные механизмы;
• сельскохозяйственные машины;
• строительство и производство стройматериалов.

Абразивный вид износа

Противодействовать ему можно, применяя специальные упрочненные покрытия для трущихся пар, а также своевременно меняя смазку.

Газоабразивный

Данный подвид абразивного изнашивания отличается от него тем, что твердые абразивные частицы перемещаются в газовом потоке. Материал поверхности крошится, срезается, деформируется. Встречается в таком оборудовании, как:

• пневмопроводы;
• лопасти вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов;
• узлы доменных установок;
• компоненты твердотопливных турбореактивных двигателей.

Зачастую газоабразивное воздействие сочетается с присутствием высоких температур и плазменных потоков.

Гидроабразивный

Воздействие аналогично предыдущему, но роль носителя абразива выполняет не газовая среда, а поток жидкости.

Гидроабразивный вид износа

Такому воздействию подвержены:

• гидротранспортные системы;
• узлы турбин ГЭС;
• компоненты намывочного оборудования;
• горная техника, применяемая для промывки руды.

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.

Кавитационный

Перепады давления в жидкостном потоке, обтекающем конструкции, приводят к возникновению газовых пузырьков в зоне относительного разрежения и их последующему взрывному схлопыванию с образование ударной волны. Эта ударная волна и является основным действующим фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение встречается на гребных винтах больших и малых судов, в гидротурбинном и технологическом оборудовании. Усложнять ситуацию могут воздействие агрессивной жидкой среды и наличие в ней абразивной взвеси.

Кавитационный вид износа

Адгезионный

При продолжительном трении, сопровождающимся пластическими деформациями участников трущейся пары, происходит периодическое сближение участков поверхности на расстояние, позволяющее силам межатомного взаимодействия проявить себя. Начинает взаимопроникновение атомов вещества одной детали в кристаллические структуры другой. Неоднократное возникновение адгезионных связей и их прерывание приводят к отделению поверхностных зон от детали. Адгезионному старению подвержены нагруженные трущиеся пары: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.

Адгезионный вид износа

Тепловой

Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или в изменении свойств глубинных его слоев под воздействием постоянного или периодического нагрева элементов конструкции до температуры пластичности. Повреждения выражаются в смятии, оплавлении и изменении формы детали. Характерен для высоконагруженных узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки. Может встречаться и в других механизмах при нарушении проектных условий смазки или охлаждения.

Усталостный

Связан с явлением усталости металла под переменными или статическими механическими нагрузками. Напряжения сдвигового типа приводят к развитию в материалах деталей трещин, вызывающих снижение прочности. Трещины приповерхностного слоя растут, объединяются и пресекаются друг с другом. Это приводит к эрозии мелких чешуеобразным фрагментов. Со временем такой износ может привести к разрушению детали. Встречается в узлах транспортных систем, рельсах, колесных парах, горных машинах, строительных конструкциях и т.п.

Фреттинговый

Фреттинг — явление микроразрушения деталей, находящихся в тесном контакте в условиях вибрации малой амплитуды — от сотых долей микрона. Такие нагрузки характерны для заклепок, резьбовых соединений, шпонок, шлицев и штифтов, соединяющих детали механизмов. По мере нарастания фреттингового старения и отслоения частичек металла последние выступают в роли абразива, усугубляя процесс.

Существуют и другие, менее распространенные специфические виды старения.

Типы износа

Классификация видов износа с точки зрения вызывающих его физических явлений в микромире, дополняется систематизацией по макроскопическим последствиям для экономики и ее субъектов.

В бухгалтерском учете и финансовой аналитике понятие износа, отражающее физическую сторону явлений, тесно связано с экономическим понятием амортизации оборудования. Амортизация означает как снижение стоимости оборудования по мере его старения, так и отнесение части этого снижения на стоимость производимой продукции. Это делается с целью аккумулирования на специальных амортизационных счетах средств для закупки нового оборудования или частичного усовершенствования его.

В зависимости от причин и последствий различают физический, функциональный и экономический.

Физический износ

Здесь подразумевается непосредственная утрата проектных свойств и характеристик единицы оборудования в ходе ее использования. Такая утрата может быть либо полной, либо частичной. В случае частичного износа оборудование подвергается восстановительный ремонт, возвращающий свойства и характеристики единицы на первоначальный (или другой, заранее оговоренный) уровень. При полном износе оборудование подлежит списанию и демонтажу.

Кроме степени, физический износ также разделяется на рода:

• Первый. Оборудование изнашивается в ходе планового использования с соблюдением всех норм и правил, установленных изготовителем.
• Второй. Изменение свойств обусловлено неправильной эксплуатацией либо факторами непреодолимой силы.
• Аварийный. Скрытое изменение свойств приводит к внезапному аварийному выходу из строя.

Перечисленные разновидности применимы не только к оборудованию в целом, но и к отдельным его деталям и узлам

Функциональный износ

Данный тип является отражением процесса морального устаревания основных фондов. Этот процесс заключается в появлении на рынке однотипного, но более производительного, экономичного и безопасного оборудования. Станок или установка физически еще вполне исправна и может выпускать продукцию, но применение новых технологий или более совершенных моделей, появляющихся на рынке, делает использование устаревших экономически невыгодным. Функциональный износ может быть:

• Частичным. Станок невыгоден для законченного производственного цикла, но вполне пригоден для выполнения некоторого ограниченного набора операций.
• Полным. Любое использование приводит к причинению убытков. Единица подлежит списанию и демонтажу

Функциональный износ также подразделяют по вызвавшим его факторам:

• Моральный. Доступность технологически идентичных, но более совершенных моделей.
• Технологический. Разработка принципиально новых технологий для выпуска такого же вида продукции. Приводит к необходимости перестройки всей технологической цепочки с полным или частичным обновлением состава основных средств.

В случае появления новой технологии, как правило, состав оборудования сокращается, а трудоемкость падает.

Экономический износ

Кроме физических, временных и природных факторов на сохранность характеристик оборудования оказывают опосредованное влияние и экономические факторы:

• Падение спроса на выпускаемые товары.
• Инфляционные процессы. Цены на сырье, комплектующие и трудовые ресурсы растут, в то же время пропорционального роста цен на продукцию предприятия не происходит.
• Ценовое давление конкурентов.
• Рост стоимости кредитных услуг, используемых для операционной деятельности или для обновления основных фондов.
• Внеинфляционные колебания цен на рынках сырья.
• Законодательные ограничения на применение оборудования, не отвечающего стандартам по охране окружающей среды.

Экономическому старению и утрате потребительских качеств подвержена как недвижимость, так и производственные группы основных фондов. На каждом предприятии ведутся реестры основных фондов, в которых учитывается их износ и ход амортизационных накоплений.

Основные причины и способы как определить износ

Чтобы определить степень и причины износа, на каждом предприятии создается и действует комиссия по основным фондам. Износ оборудования определяется одним из следующих способов:

• Наблюдение. Включает в себя визуальный осмотр и комплексы измерений и испытаний.
• По сроку эксплуатации. Определяется как отношение фактического срока использования к нормативному. Значение этого отношения принимается за величину износа в процентном выражении.
• укрупненная оценка состояния объекта производится с помощью специальных метрик и шкал.
• Прямое измерение в деньгах. Сопоставляется стоимость приобретения новой аналогичной единицы основных средств и расходы на восстановительный ремонт.
• доходность дальнейшего использования. Оценивается снижение дохода с учетом всех издержек по восстановлению свойств по сравнению с теоретическим доходом.

Какую из методик применять в каждом конкретном случае — решает комиссия по основным средствам, руководствуясь нормативными документами и доступностью исходной информации.

Способы учета

Амортизационные отчисления, призванные компенсировать процессы старения оборудования, также допустимо определять по нескольким методикам:

• линейный, или пропорциональный расчет;
• способ уменьшаемого остатка;
• по суммарному сроку производственного применения;
• в соответствии с объемом выпущенной продукции.

Выбор методики осуществляется при создании или глубокой реорганизации предприятия и закрепляется в его учетной политике.

Эксплуатация оборудования в соответствии с правилами и нормативами, своевременные и достаточные отчисления в амортизационные фонды позволяют предприятиям сохранять технологическую и экономическую эффективность на конкурентоспособном уровне и радовать своих потребителей качественными товарами по разумным ценам.