Износ оборудования и его виды: как предотвратить поломки

Введение

Работа любого производственного оборудования сопровождается естественными процессами ухудшения его эксплуатационных характеристик, изменением свойств деталей и узлов. Но если эти изменения накапливаются, это может привести к серьезным поломкам или полной остановке машин.

Чтобы избежать негативных экономических последствий, связанных с простоем оборудования во время его ремонта, предприятия организовывают процесс управления износом и своевременно обновляют свои технические фонды.

Но что такое износ и какие виды этого процесса существуют? Как можно замедлить разрушение деталей, продлить ресурс и энергоэффективность машин? Ответим на эти и другие вопросы ниже.

Определение и виды износа

Износом (старением) называют постепенное снижение эксплуатационных характеристик изделий, узлов или оборудования в целом из-за изменения форм, размеров или физико-химических свойств деталей.

Негативные изменения носят накопительный характер. С увеличением продолжительности работы деталей их износ возрастает непрерывно, но с разной интенсивностью. Например, в процессе приработки поверхностей износ обычно увеличивается быстро. После приработки он замедляется, затем вновь возрастает, достигая предельных значений. Дальнейшая эксплуатация деталей недопустима, чтобы избежать их полного разрушения.

Ускоряют старение трение, статические, импульсные или периодические механические нагрузки, экстремальные температурные режимы.

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

• Абразивный
• Фреттинговый
• Коррозионный
• Окислительный
• Тепловой
• Кавитационный
• Усталостный

Рассмотрим разные виды старения подробнее.

Абразивный износ

Этот тип износа заключается в разрушении поверхностного слоя детали в процессе контакта с твердыми частицами различной природы.

Абразивный износ характерен для механизмов, работающих в условиях повышенной запыленности: горного оборудования, транспорта, дорожно-строительных и сельскохозяйственных машин, а также оборудования, используемого при строительстве и производстве стройматериалов.

Одной из разновидностей абразивного старения является газоабразивный износ. Он характеризуется перемещением твердых абразивных частиц в газовом потоке, что приводит к разрушению или деформации материала поверхности.

Газоабразивный износ характерен для пневмопроводов, лопастей вентиляторов и насосов для перекачки загрязненных газов, деталей доменных установок и компонентов твердотопливных турбореактивных двигателей.

Зачастую газоабразивное воздействие усугубляется высокими температурами и плазменными потоками.

Когда абразив переносится не газом, а потоком жидкости, говорят о гидроабразивном износе. Он влияет на гидротранспортные системы, узлы турбин ГЭС, компоненты намывочного оборудования и различные машины горного дела.

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.

Фреттинговый износ

Фреттинг – это микроразрушение деталей, которые находятся в тесном контакте друг с другом и подвергаются вибрациям малой амплитуды (от сотых долей микрона). Этот тип износа характерен для заклепок, резьбовых и шлицевых соединений, шпонок и штифтов, соединяющих детали механизмов.

По мере увеличения фреттингового старения и отслаивания частиц металла последние становятся абразивом, усугубляющим процесс износа.

Адгезионный износ

При длительном трении, сопровождаемом пластическими деформациями контактирующих поверхностей, силы межатомного взаимодействия позволяют атомам одной детали проникать в кристаллические структуры другой.

Повторяющееся возникновение и прерывание адгезионных связей приводит к отделению поверхностных зон от деталей. Адгезионному старению подвержены высоконагруженные пары трения: подшипники, валы, оси, вкладыши скольжения.

Противодействовать фреттинговому и адгезионному износу можно с помощью специальных «сухих смазок», которые образуют на поверхностях нелипкий защитный слой, предотвращая контакт, образование задиров и схватываний.

Эта технология давно применяется зарубежными производителями смазочных материалов. В России она стала популярной сравнительно недавно с появлением конкурентоспособных отечественных покрытий MODENGY.

Эти покрытия состоят из связующей смолы, растворителя, высокодисперсных частиц твердых смазок и функциональных добавок.

Они формируют на поверхностях детали тонкий композиционный слой с высокими защитными и смазочными свойствами. Это снижает и стабилизирует трение, защищает от коррозии, препятствует налипанию абразивов.

Твердые смазочные частицы заполняют впадины микронеровностей поверхности, увеличивая ее опорную площадь и несущую способность.

Благодаря высокому сопротивлению сжатию и малому сопротивлению сдвигу коэффициент сухого трения достигает значений в несколько сотых при контактных давлениях, сопоставимых с пределом текучести материала основы.

Антифрикционные твердосмазочные покрытия MODENGY обладают высокими противозадирными свойствами и несущей способностью до 2500 МПа, работают при температурах до +600 °С и устойчивы к химически агрессивным средам – кислотам, щелочам, органическим растворителям и др.

АТСП имеют не только антифрикционные, но и антикоррозионные свойства, толщина слоя покрытия на детали регулируется в пределах от 5 до 30 мкм, что минимально влияет на исходную точность размеров детали.

Коррозионный износ

Коррозией называют процесс разрушения металлов при их химическом, электрохимическом или биологическом взаимодействии с окружающей средой.

Этот вид износа касается деталей из черных металлов (в основном, из стали) и ускоряется с увеличением влажности и агрессивности внешних условий.

Коррозия также может возникать на таких металлах, как медь и алюминий, однако в этом случае она не приводит к износу, а лишь снижает электрическую проводимость (что активизирует окислительный процесс и способствует электроэрозии).

Окислительный износ

В результате взаимодействия материала с кислородом или окисляющей окружающей средой на поверхностях трения образуются защитные пленки. Процесс формирования и разрушения этих пленок постоянно повторяется, сопровождается нормальными или повышенными температурами и проходит в отсутствие смазочного материала или при его недостаточном количестве.

Окислительное изнашивание наблюдается при трении скольжения и трении качения. В первом случае оно становится ведущим, во втором – сопутствующим другим видам износа.

Тепловой износ

Тепловой вид старения заключается в разрушении поверхностного слоя материала или изменении свойств глубоких слоев под воздействием нагрева элементов конструкции до температуры пластичности.

Этот вид износа характерен для узлов тяжелого оборудования, валков прокатных станов, машин горячей штамповки и других агрегатов.

Кавитационный износ

Изменение давления в жидкости, обтекающей конструкции, приводит к образованию пузырьков газа в зоне относительного разрежения, которые затем схлопываются, создавая ударную волну.

Эта волна и является основным фактором кавитационного разрушения поверхностей. Такое разрушение часто встречается на гребных винтах судов, в гидротурбинах и технологическом оборудовании. Процесс может усугубляться агрессивными рабочими средами с абразивными взвесями.

Усталостный износ

Усталостный износ связан с усталостью металла, подвергающегося переменным или статическим механическим нагрузкам. Напряжения сдвигового типа приводят к образованию трещин на деталях и общему снижению прочности материала.

Трещины на поверхности постепенно увеличиваются, соединяются и пересекают друг друга. Это приводит к эрозии мелких чешуек, а со временем вплоть до разрушения детали.

Усталостный износ наиболее характерен для узлов транспортных систем, рельсов, колесной пары, горных машин, строительных конструкций и т.д.

Способы минимизации износа

Замедлению износа деталей способствуют грамотные конструктивные решения, соблюдение нормальных условий эксплуатации оборудования и его своевременное техническое обслуживание. Также важным является использование современных и качественных смазочных материалов.

Для узлов, работающих в экстремальных условиях – при высоких температурах, контактных давлениях, в запыленных и химически агрессивных средах – особенно актуальны покрытия на основе твердых смазок.

В отличие от традиционных жидких и пластичных материалов, такие покрытия могут работать при температурах до +600 °С, не выдавливаются при высоких нагрузках и не разрушаются под воздействием кислот, щелочей и органических растворителей.

Описанные в статье отечественные покрытия наносятся однократно на весь срок службы изделий. Это позволяет создавать уникальные необслуживаемые узлы трения. Обработанные детали имеют минимальный износ при регулярной эксплуатации, что значительно увеличивает срок службы оборудования.