Лекция 2. Виды износа. Смазочные материалы. Способы борьбы с износом

Технологические процессы, осуществляемые в химической промышленности, отличаются разнообразием параметров. Эксплуатационные условия оборудования определяются главным образом температурой, давлением и физико-химическими свойствами среды.

Под надежностью оборудования понимают полное соответствие его технологическому назначению в пределах заданных параметров работы.

Долговечность – продолжительность сохранения минимально допустимой надежности в условиях эксплуатации оборудования и принятой системой обслуживания (ухода и ремонта).

1.1. Основные виды износа

Уменьшение надежности и снижение долговечности оборудования обусловливаются ухудшением его состояния в результате физического или морального износа.

Под физическим износом следует понимать изменение формы, размеров, целостности и физико-механических свойств деталей и узлов, устанавливаемое визуально или путем измерений.

Моральный износ оборудования определяется степенью отставания его технического и конструктивного назначения от уровня передовой техники (низкая производительность, качество выпускаемой продукции, КПД и т. д.).

1.1.1. Механический износ

Механический износ может выражаться в поломке, поверхностном изнашивании и снижении механических свойств детали.

• Поломка

Полная поломка детали или появление на ней трещин является результатом превышения допустимых нагрузок. Иногда причина поломки кроется в несоблюдении технологии изготовления оборудования (некачественное литье, сварка и т. д.).

• Поверхностный износ

При любых условиях эксплуатации и ухода неизбежен поверхностный износ деталей, соприкасающихся с другими деталями или средами. Характер и величина износа зависят от различных факторов:

физико-механических свойств трущихся деталей и сред;

удельных нагрузок;

относительных скоростей движения и т. д.

• Износ под действием сил трения

Износ представляет собой постепенное разрушение поверхности материала, которое может сопровождаться отделением частиц от поверхности, переносом частиц одного тела на поверхность сопряженного тела, изменением геометрической формы трущихся поверхностей и свойств поверхностных слоев материала.

• Истирание

Истирание – это относительное движение прижатых друг к другу деталей. Трущиеся поверхности при любой обработке имеют шероховатость, т. е. выемки и бугорки. При взаимном движении бугорки сглаживаются. В результате постепенной приработки трущихся поверхностей работа трения уменьшится и износ прекратится. Поэтому очень важно соблюдать установленный режим обкатки нового оборудования.

Другой причиной истирания может быть молекулярное соприкосновение поверхностей на отдельных участках, при котором происходит их слияние приваркой. При относительном движении поверхностей места приварки разрушаются: множество частиц отрывается от поверхностей трения.

При трении поверхности деталей нагреваются. В результате этого аморфные слои приработанных поверхностей в определенных условиях размягчаются, переносятся на определенные расстояния и, попав во впадины, затвердевают.

• Задирание

Задирание – это образование довольно глубоких канавок на поверхности, что служит предпосылкой для дальнейшего интенсивного истирания. Установлено, что наиболее часты случаи задирания в трущихся парах, изготовленных из одинакового металла.

• Абразивное истирание

Кроме твердых частиц, образующихся при истирании, на трущиеся поверхности попадает множество мелких частиц в виде пыли, песка, окалины, нагара. Они заносятся вместе со смазкой или образуются при определенных условиях эксплуатации. Влияние этих частиц невелико, если размеры их меньше толщины слоя смазки.

• Деформация смятия и усталостное выкрашивание

При низком качестве обработки трущихся поверхностей фактическая площадь контакта намного меньше теоретической: детали соприкасаются только выступающими гребнями. При достижении предельного давления происходит деформация смятия участков, выступающих за среднюю поверхность контакта.

Частое изменение направления и величины нагрузки на трущиеся поверхности приводит к усталости металла, в результате чего с поверхностей отслаиваются отдельные частицы (усталостное выкрашивание).

1.1.2. Эрозионный износ

Многие среды, с которыми соприкасаются детали, содержат твердые частицы (соли, песок, кокс в потоках нефти; катализатор, асорбент и др.), которые вызывают абразивное истирание или стачивание. Аналогичный износ наблюдается при сильных и продолжительных ударах о поверхность жидких и паровых струй. Разрушение поверхности детали, происходящее под действием трения и удара со стороны рабочей среды, называют эрозионным износом .

1.1.3. Усталостный износ

Часты случаи, когда деталь, подвергающаяся переменным нагрузкам, ломается при напряжениях, значительно меньших, чем предел прочности материала детали. Полное или частичное разрушение детали под действием напряжений, величина которых меньше предела прочности, называют усталостным износом .

1.1.4. Коррозионный износ

Под коррозией понимают разрушение поверхности металла, являющееся следствием протекания химических или электрохимических процессов. Коррозия бывает сплошной, местной, межкристаллитной и селективной.

При сплошной коррозии поверхность детали изнашивается относительно равномерно. По степени равномерности коррозионного разрушения поверхностного слоя различают сплошную равномерную (см. рис. 2.1, а) и сплошную неравномерную (см. рис. 2.1, б).

При местной коррозии разрушение распространяется не по всей поверхности контакта со средой, а охватывает только отдельные участки поверхности и локализуется на них. При этом образуются кратеры и углубления, развитие которых может привести к появлению сквозных отверстий. Разновидностями местной коррозии являются: коррозия отдельными пятнами (см. рис. 2.1, в), язвенная (см. рис. 2.1, г), точечная (см. рис. 2.1, д).

Межкристаллитная (или интеркристаллитная) коррозия – разрушение металлов по границе зерен (рис. 2.1, е). Этот вид коррозии характерен для деталей, изготовленных из хромоникелевых сталей, медно-алюминиевых, магниево-алюминиевых и других сплавов.

Глубоко проникшую межкристаллитную коррозию называют транскристаллитной (рис. 2.1, ж).

Селективная (структурно-избирательная) коррозия заключается в разрушении одной или одновременно нескольких структурных составляющих металла (рис. 2.1, з).

Рис. 2.1. Характер и формы распространения коррозионного износа:
а – сплошной равномерный; б – сплошной неравномерный; в – местный;
г – язвенный; д – точечный; е – межкристаллитный; ж – транскристаллитный;
з – структурно-избирательный

По механизму действия различают химическую и электрохимическую коррозию.

Химическая коррозия – разъедание металла химически активными веществами (кислотами, щелочами, растворами солей и др.).

Широко распространена электрохимическая коррозия, протекающая в водных растворах электролитов, в среде влажных газов и щелочей под действием электрического тока. При этом ионы металла переходят в раствор электролита.

Подземная (почвенная ) коррозия является результатом воздействия почвы на металл. В большинстве случаев она происходит при аэрации и носит местный характер. Разновидностью почвенной коррозии является биокоррозия (микробиологическая коррозия), вызываемая микроорганизмами. Чаще всего она появляется в земляном грунте, в канавах, в морском или речном иле.

Наружные поверхности оборудования, трубопроводов, металлоконструкций подвержены атмосферной коррозии, протекающей в присутствии избыточного количества кислорода при попеременном действии на металл влаги и сухого воздуха.

В химической аппаратуре возможна так называемая контактная коррозия. Она возникает на участке контакта двух различных или одинаковых металлов, находящихся в разных состояниях.

1.1.5. Тепловой износ

Значительная часть оборудования химических и нефтехимических заводов работает при высоких температурах. В этих условиях, находясь в напряженном состоянии, стальная конструкция с течением времени подвергается ползучести и релаксации.

Явление ползучести заключается с медленной пластической деформации конструктивного элемента под действием неизменной нагрузки. Если напряжения невелики, то рост деформации с течением времени может прекратиться. При больших напряжениях деформации могут возрастать до тех пор, пока изделие не разрушится.

Под релаксацией понимается самопроизвольное снижение напряжения в детали, при неизменной величине ее деформации, под действием высокой температуры. Релаксация может привести к разгерметизации оборудования и авариям.

Нарушение стабильности структуры при высоких температурах обусловлено графитизацией, сфероидизацией и межкристаллитной коррозией.

Процесс графитизации представляет собой разрушение карбида с образованием свободного графита, в результате чего снижается ударная вязкость металла. Графитизации подвержены серый чугун, углеродистые и молибденовые стали при температурах свыше 500 °С.

Сфероидизация существенно не влияет на прочность сталей. Она заключается в том, что пластинчатый перлит с течением времени принимает круглую зернистую форму.

1.2. Способы контроля и измерения величины износа

Для оценки коррозионного разрушения применяют качественный и количественный методы.

Качественный метод заключается в визуальном осмотре образца и рассмотрении его под микроскопом с целью проверки состояния поверхности, обнаружении продуктов коррозии на этих поверхностях или в среде, установлении изменения окраски и физико-химических свойств среды.

Количественный метод состоит в определении скорости коррозии и фактических механических характеристик металла.

Показателем величины коррозии служит глубина поражения металла в отдельных точках, определяемая с помощью специальных приборов. Характер коррозии и ее скорость определяют путем систематических осмотров и замеров, производимых периодически в течение всего срока службы оборудования. Однако такие периодические обследования требуют довольно частого отключения аппаратов, их подготовки и вскрытия, что уменьшает производительное время работы.

Поэтому предпочтение отдают методу непрерывного контроля с помощью зондов. Принцип работы зонда основан на контроле изменения электрического сопротивления образцов, изготовленных из того же материала, что и исследуемое оборудование. Образец определенных размеров и формы помещают внутри аппарата на тех участках, где изучение характера коррозии металла или агрессивных свойств среды представляют наибольший интерес. Показания всех зондов вынесены на один щит.

Труднее осуществить контроль за коррозионным разрушением неметаллических материалов. Механизм разрушения полимерных материалов отличается от коррозии металлов и изучен недостаточно. Трудность заключается в том, что полимер набухает в среде и быстро растворяется. Эти процессы за счет диффузии распространяются в глубь полимерного материала.

Наиболее простой и распространенный метод определения величины износа – микрометраж , т. е. измерение фактических размеров деталей с помощью разнообразных инструментов (штангенциркулей, микрометров, калибров, шаблонов и др.).

Для более точного определения суммарной величины износа пользуются методом, заключающимся в определении потери массы образцом в результате износа. При этом методе необходимы тщательная очистка и промывка деталей и высокочувствительные весы.

В некоторых случаях, когда требуется контролировать износ оборудования в процессе его работы (на ходу), пользуются интегральным методом , предусматривающим определение количества стали или чугуна, перешедшего в смазочное масло в результате износа поверхностей трения. Для этого берут пробу масла на химический анализ.

Кроме нормального износа, в практике нередки случаи так называемого катастрофического износа, протекающего весьма быстро, а иногда мгновенно (поломка). Возможность катастрофического износа следует устанавливать как можно скорее, чтобы предотвратить аварии. Для этого пользуются всеми возможными способами внешнего осмотра и проверкой на ощупь.

При внешнем осмотре проверяют правильность взаимного расположения деталей и узлов машины, плотность и прочность соединений, крепление к фундаменту и т. д. На ощупь определяют температуру трущихся деталей и вибрацию машины или отдельных ее узлов. Повышенная температура и недопустимая вибрация могут быть следствием усиленного износа.

Поломку движущихся деталей легко установить по стуку или шуму на слух или с помощью специального слухового прибора.

Износ является процессом случайным, т. к. зависит от большого количества факторов. Поэтому аналитическое описание износа выполняется по средним значениям показателей износа.

Скорость изнашивания – абсолютный износ детали во времени, выраженный в линейных, массовых или объемных единицах, и измеряется в мкм/ч, г/ч, мм 3 /ч соответственно.

Интенсивность изнашивания – это отношение абсолютного износа к пути скольжения (мкм/км, м/м).

Интенсивность линейного изнашивания определяется по уравнению

I h = h /L ,

где h – высота изношенного слоя;
L – длина пути трения.

Интенсивность массового изнашивания определяется по уравнению

I m = M /FL

где M – масса изношенного металла;
F – номинальная поверхность площади трения.

Зависимость между I h и I m определяется по формуле

I h = I m ρ,

где ρ – плотность металла.

При повышении температуры уменьшается твердость материала, и для описания интенсивности изнашивания от температуры используется уравнение

I = A exp(BT ),

где A , B – постоянные.

Для описания зависимости интенсивности изнашивания от давления P обычно применяется степенное уравнение

I = CP n ,

где C , n – постоянные.

Чистота обработки поверхностей определяет фактическую поверхность контакта трущихся деталей. Чистота обработки определяет в основном износ в период обкатки. На рис. 2.2 показано изменение шероховатости поверхности во времени при различной начальной чистоте обработки. Время τ 1 характеризует период приработки, т. е. когда наблюдается заметное изменение шероховатости. При τ >τ 1 наблюдается период установившегося износа.

Оптимальная шероховатость зависит от свойств материалов, формы деталей, условий работы пар трения и наличия смазки.

Характер износа деталей во времени представлен на рис. 2.3. Начальное значение зазора в соединении определяется конструкцией соединения. Кривая износа может быть разбита на следующие участки:

I – период приработки, характеризующийся повышенным износом вследствие быстрого разрушения микронеровностей;

II – период нормального износа, характеризующийся постоянной скоростью износа;

III – период аварийного износа, характеризующийся возрастанием скорости износа.

Зазор δ 2 , соответствующий переходу от периода нормального износа к аварийному износу, является предельно допустимым. Численные значения δ 2 приводятся в технических условиях на ремонт машины.

Из кривой износа следует, что скорость износа (тангенс угла наклона касательной к кривой износа) в период приработки уменьшается, в период нормальной эксплуатации остается постоянной, а при аварийном износе увеличивается. В общем виде уравнение износа будет иметь вид

Простейшая линейная зависимость имеет вид

где A , B – коэффициенты.

НАДЕЖНОСТЬ И РЕМОНТОПРИГОДНОСТЬ ОБОРУДОВАНИЯ

Любой аппарат после изготовления или ремонта должен отработать определенное время. Необходимость и частота ремонтов определяются его надежностью.

Надежность – свойство изделия выполнять свои функции, сохраняя эксплуатационные показатели в заданных пределах в течение требуемого промежутка времени.

Работоспособность – состояние объекта, при котором он способен выполнять заданные функции, сохраняя значения заданных параметров в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Неработоспособность – состояние объекта, при котором значение хотя бы одного из заданных параметров не соответствует требованиям нормативно-технической документации.

Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого промежутка времени.

Отказ – событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта.

Предельное состояние – это состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация должна быть прекращена из-за неустранимого нарушения требований безопасности.

Наработка – продолжительность или объем работы объекта.

Технический ресурс – наработка объекта от начала эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов и устранению их последствий путем проведения ремонтов.

Ремонтируемый объект – это объект, исправность и работоспособность которого в случае возникновения отказа или повреждения подлежит восстановлению.

Неремонтируемый объект – это объект, исправность и работоспособность которого в случае возникновения отказа или повреждения не подлежит восстановлению.

Приведенные определения показывают, что надежность оборудования зависит от качества технического обслуживания и ремонтов. Наиболее важное значение вопросы надежности должны иметь при разработке нового оборудования. В химической промышленности большая роль в повышении надежности отводится ремонтным службам.

Выход деталей из строя чаще всего происходит не из-за недостаточной прочности, а вследствие износа рабочих поверхностей.

Вторичный ресурс , т. е. ресурс, приобретаемый после первого капитального ремонта, не всегда равен первичному ресурсу новой машины. В машине как бы накапливается усталость или старение, не устраняемые при капитальном ремонте. Однако основной причиной низкого вторичного ресурса является более низкое качество ремонтных работ по сравнению с качеством работ, проводимых при изготовлении машины на специализированном машиностроительном заводе.

Количественные показатели надежности выражаются в виде каких-либо абсолютных или относительных величин. Точно измерить или предсказать надежность нельзя; ее можно только приближенно оценить путем специально организованных испытаний или сбора эксплуатационных данных.

Показателем надежности является также интенсивность отказов λ – количество отказов оборудования в единицу времени, отнесенное к количеству эксплуатируемого однотипного оборудования.

В соответствии с физической картиной износа строится кривая интенсивности отказов детали (рис. 2.4). Участок I характеризует изменение интенсивности отказов в период приработки, участок II – интенсивность отказов в период нормальной работы, участок III – изменение интенсивности отказов в период повышенного износа.

Рис. 2.4. Кривая интенсивности внезапных отказов λ детали

Возможные виды отказов:

1. Отказы в ранний период эксплуатации машины. Приработочные отказы являются следствием несовершенства технологии изготовления деталей или некачественной сборки и контроля.

2. Внезапные отказы – имеют место при внезапной концентрации нагрузки, превышающей расчетную. Они возникают случайно, и предсказать их появление невозможно, но определить вероятность случайных отказов можно.

3. Отказы, вызываемые износом деталей, являются результатом старения машины. Средством их предотвращения служат своевременные осмотры, смазка, ремонт и замена изношенных деталей.

Ремонтопригодность характеризуется приспособленностью машины к выявлению повреждений, ремонтодоступностью и ремонтоспособностью.

Приспособленность к определению повреждений, к диагностике технического состояния без разборки машины зависит от конструкции, наличия предохранительных, сигнальных, измерительных устройств и открытых для обозрения узлов.

Ремонтодоступность оценивается легкостью доступа к узлам и отдельным деталям для осмотра и ремонта и зависит от наличия открываемых люков и крышек.

Ремонтоспособность определяется способностью машины к замене деталей и способностью деталей к восстановлению.

Количественно ремонтопригодность характеризуется долей времени исправной работы аппарата:

где T б – продолжительность безотказной работы;
T р – продолжительность простоя на ремонте;
T о – время, затраченное на техническое обслуживание.

Основные требования к ремонтопригодности оборудования можно разделить на две группы.

К 1-й группе относятся требования, обеспечивающие ремонтопригодность оборудования при осмотре и ремонте на месте:

а) свободный доступ к узлам и деталям, подлежащим осмотру, регулировке или замене;

б) быстрая замена изнашивающихся деталей;

в) наладка взаимодействия узлов и деталей, нарушенного в процессе работы;

г) проверка качества смазки, ее замена или пополнение на месте работы оборудования;

д) быстрое определение причин аварий и отказов в работе оборудования и их устранение.

Ко 2-й группе относятся требования, обеспечивающие ремонтопригодность при ремонте в РМЦ предприятий:

а) простота разборки и сборки узлов, а также комплексов;

б) применение простых средств механизации на операциях разборки и сборки;

в) максимальная возможность восстановления номинальных размеров изнашивающихся элементов;

г) простота проверки состояния деталей и узлов после стендовых испытаний;

д) возможность проверки взаимодействия всех частей оборудования после ремонта.

Виды износа различают в соответствии с существующими видами изнашивания--механическое (абразивное, усталостное), коррози-онное и др.

Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла и искажение геометрических размеров у совместно работающих дета-лей. Износ этого вида чаще всего возникает при работе таких рас-пространенных сопряжений деталей, как вал -- подшипник, стани-на -- стол, поршень -- цилиндр и др. Он появляется и при трении качения поверхностей, так как этому виду трения неизбежно сопут-ствует и трение скольжения, однако в подобных случаях износ быва-ет очень небольшим.

Степень и характер механического износа деталей зависят от многих факторов: физико-механических свойств верхних слоев металла; условий работы и характера взаимодействия сопрягаемых поверхностей; давления; относительной скорости перемещения; ус-ловий смазывания трущихся поверхностей; степени шероховатости последних и др. Наиболее разрушительное действие на детали ока-зывает абразивное изнашивание, которое наблюда-ется в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мел-кими абразивными и металлическими частицами. Обычно такие час-тицы попадают на трущиеся поверхности при обработке на станке литых заготовок, в результате изнашивания самих поверхностей, попадания пыли и др. Они длительное время сохраняют свои режу-щие свойства, образуют на поверхностях деталей царапины, зади-ры, а также, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, в результате действия которой происходит интенсивное при-тирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей. Взаимодействие поверхностей деталей без относительного перемещения вызывает смятие металла, что характерно для шпоночных, шлицевых, резьбовых и других соединений.

Механический износ может вызываться и плохим обслуживанием оборудования, например нарушениями в подаче смазки, недоброка-чественным ремонтом и несоблюдением его сроков, мощностной пере-грузкой и т. д.

Во. время работы многие детали машин (валы, зубья зубчатых колес, шатуны, пружины, подшипники) подвергаются длительному действию переменных динамических нагрузок, которые более отри-цательно влияют на прочностные свойства детали, чем нагрузки статические. Усталостный износ является результатом действия на деталь переменных нагрузок, вызывающих усталость материала детали и его разрушение. Валы, пружины и другие дета-ли разрушаются вследствие усталости материала в поперечном се-чении. При этом получается характерный вид излома с двумя зона-ми -- зоной развивающихся трещин и зоной, по которой произошел излом. Поверхность первой зоны гладкая, а второй -- с раковинами, а иногда зернистая.

Усталостные разрушения материала детали не обязательно долж-ны сразу привести к ее поломке. Возможно также возникновение усталостных трещин, шелушения и других дефектов, которые, од-нако, опасны, так как вызывают ускоренный износ детали и меха-низма. Для предотвращения усталостного разрушения важно пра-вильно выбрать форму поперечного сечения вновь изготовляемой или ремонтируемой детали: она не должна иметь резких переходов от одного размера к другому. Следует также помнить, что грубо обра-ботанная поверхность, наличие рисок и царапин могут стать причи-ной возникновения усталостных трещин.

Износ при заедании возникает в результате прилипания («схва-тывания») одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, а также значительном давлении, при котором две сопрягаемые поверхности сближаются настолько плот-но, что между ними начинают действовать молекулярные силы, при-водящие к их схватыванию.

Коррозионный износ является результатом изнашивания деталей машин и установок, находящихся под непосредственным воздейст-вием воды, воздуха, химических веществ, колебаний температуры. Например, если температура воздуха в производственных помеще-ниях неустойчива, то каждый раз при ее повышении содержащиеся

Рис. 1.

а -- направляющих станины и стола, б -- внутренних поверхностей цилиндра, в -- поршня, г, д -- вала, е, ж -- зубьев колеса, з -- резьбы винта и гайки, и -- дисковой фрикционной муфты; 1 -- стол, 2 -- станина, 3 -- юбка, 4 -- перемычка, 5 -- днище, 6 -- отверстие, 7 -- подшипник, 8 -- шейка вала, 9 -- зазор, 10 -- винт, // -- гайка; И -- места износа, Р » действующие усилия

в воздухе водяные пары, соприкасаясь с более холодными металли-ческими деталями, осаждаются на них в виде конденсата, что вызы-вает коррозию, т. е. разрушение металла вследствие химических и электрохимических процессов, развивающихся на его поверхности. Под влиянием коррозии в деталях образуются глубокие разъеда-ния, поверхность становится губчатой, теряет механическую проч-ность. Эти явления наблюдаются, в частности, у деталей гидравли-ческих прессов и паровых молотов, работающих в среде пара или воды.

Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим износом вследствие сопряжения одной детали с другой. В этом слу-чае происходит так называемый коррозионно-механи-ч е с к и и, т. е. комплексны и, износ.

Характер механического износа деталей. Механический износ деталей оборудования может быть полным, если повреждена вся

поверхность детали, или местным, если поврежден какой-либо ее участок (рис. 1, а--и).

В результате износа направляющих станков нарушаются их плоскостность, прямолинейность и параллельность вследствие дей-ствия на поверхности скольжения неодинаковых нагрузок. Напри-мер, прямолинейные направляющие 2 станка (рис. 1, а) под влия-нием больших местных нагрузок приобретают вогнутость в средней части (местный износ), а сопрягаемые с ними короткие направляю-щие 1 стола становятся выпуклыми.

Цилиндры и гильзы поршней в двигателях, компрессорах, моло-тах и других машинах изнашиваются тоже неравномерно (рис. 1,б). Износ происходит на участке движения поршневых колец и проявляется в виде выработки внутренних стенок цилиндра или гильзы. Искажается форма отверстия цилиндра -- образуются от-клонения от цилиндричности и круглости (бочкообразность), возни-кают царапины, задиры * и другие дефекты. У цилиндров двигателей внутреннего сгорания наибольшему износу подвергается их верхняя часть, испытывающая самые высокие давления и наибольшие темпе-ратуры. В кузнечно-прессовом оборудовании, наоборот, наиболь-ший износ появляется в нижней части цилиндра -- там, где нахо-дится поршень во время ударов. Износ поршня (рис.1, в) прояв-ляется в истирании и задирах на юбке

Износ валов (рис. 1, г, Д) проявляется возникновением различ-ных дефектов: валы становятся изогнутыми, скрученными, а также изломанными вследствие усталости материала; на их шейках обра-зуются задиры; цилиндрические шейки становятся конусными или бочкообразными. Отклонения от круглости приобретают также от-верстия подшипников скольжения и втулок. Неравномерность из-носа шеек валов и поверхностей отверстий во втулках при вращении вала -- результат действия различных нагрузок в разных направле-ниях. Если на вал во время вращения действует только сила его тяжести, то износ появляется в нижней части подшипника (см. рис. 1, г, слева).

В зубчатых передачах наиболее часто изнашиваются зубья: образуются задиры, зубья изменяют свою форму, размеры и выламываются. Поломка зубьев, появление трещин в спицах, ободе и ступице зубчатых колес, износ посадочных отвер-стий и шпонок происходит по трем основным причинам: 1) перегруз-ка зубчатой передачи; 2) попадание в нее посторонних тел; 3) не-правильная сборка (например, крепление зубчатых колес на валу с перекосом осей).

Ходовые винты имеют трапецеидальную или прямоугольную резьбу. У винта и его гайки изнашивается резьба, витки становятся тоньше (рис.1, З.). Износ резьбы у винтов, как правило, неравно-

* Задир -- повреждение поверхности трения в виде широких и глубоких борозд в направлении скольжения. мерный, так как подавляющая часть деталей, обрабатываемых на станках, имеет меньшую длину, чем ходовой винт. Сильнее изнаши-вается та часть резьбы, которая работает больше. Гайки ходовых винтов изнашиваются быстрее, чем винты. Причины этого таковы: резьбу гаек неудобно очищать от загрязнений; гайки в ряде случаев неудовлетворительно смазываются; у гайки, сопряженной с вин-том, участвуют в работе все витки резьбы, тогда как у винта одно-временно работает только небольшая часть его витков, равная числу витков гайки.

У дисковых муфт в результате действия сил трения наибольшему износу подвергаются торцы дисков (рис. 1, и); их поверхности истираются, на них появляются царапины, задиры, нарушается плоскостность.

В резьбовых соединениях наиболее часто изнашивается профиль резьбы, в результате в них увеличивается зазор. Это наблюдается в

Рис. 2. Износ подшипников качения:

а -- вследствие перекоса, б -- при проворачивании внутреннего кольца на валу, в -- из-за чрезмерного натяга, г -- из-за неисправного сальника; И -- места износа

сопряжениях не только ходовых, но и зажимных, например зажим-ных винтов часто отвертываемых крепежных болтов. Износ резьбо-вых соединений -- результат недостаточной или, наоборот, чрез-мерной затяжки винтов и гаек; особенно интенсивен износ, если ра-ботающее соединение воспринимает большие или знакопеременные нагрузки: болты и винты растягиваются, искажаются шаг резьбы и ее профиль, гайка начинает «заедать». В этих случаях возможны аварийные поломки деталей соединения. Грани головок болтов и гаек чаще всего изнашиваются потому, что их отвертывают несоот-ветствующими ключами.

В шпоночных соединениях изнашиваются как шпонки, так и шпоночные пазы. Возможные причины этого явления -- ослабление посадки детали на валу, неправильная подгонка шпонки по гнезду.

В подшипниках качения вследствие различных причин (рис. 2, а--г) износу подвержены рабочие поверхности -- на них появляют-ся оспинки, наблюдается шелушение поверхностей беговых дорожек и шариков. Под действием динамических нагрузок происходит их усталостное разрушение; под влиянием излишне плотных посадок подшипников на вал и в корпус шарики и ролики защемляются между кольцами, в результате чего возможны перекосы колец при мон-таже и другие нежелательные последствия.

Различные поверхности скольжения также подвержены характер-ным видам износа (рис. 3). В процессе эксплуатации зубчатых пе-редач вследствие контактной усталости материала рабочих поверх-ностей зубьев и под действием касательных напряжений возникает выкрашивание рабочих поверхностей, т. е. отделение частиц мате-

Рис.3.

а -- выкрашивание, б -- отслаивание, в -- коррозия, г -- эрозия, д -- царапины, е -- зади-ры, ж -- налипание, з -- глубинный вырыв материала и перенос его с другой поверхности трения риала, приводящее к образованию ямок на поверхности трения (рис. 3, а). Разрушение рабочих поверхностей зубьев вследствие интенсивного выкрашивания (рис. 3, б) часто называют отслаива-нием (происходит отделение от поверхности трения материала в форме чешуек).

На рис. 3, в показана поверхность, разрушенная коррозией. Поверхность чугунного порошкового кольца (рис. 3, г) повреж-дена вследствие эрозионного изнашивания, которое происходит при движении поршня в цилиндре относительно жидкости; находящиеся в жидкости пузырьки газа лопаются вблизи поверхности поршня, что создает местное повышение давления или температуры и вызы-вает износ деталей. На поверхности тормозного барабана (рис. 3, д) показаны риски, которые появляются при воздействии на вра-щающийся барабан твердого тела или твердых частиц. Задиры (рис. 3, е) образуются в результате схватывания поверхностей при трении вследствие действия между ними молекулярных сил. На рис. 3, ж показана рабочая поверхность детали с налипшими на нее посторонними частицами, а на рис. 3, з-- поверхность де-тали с износом при заедании в результате схватывания -- глубинно-го вырыва материала и переноса его с другой поверхности трения.

При функционировании производственных механизмов происходят процессы, относящиеся к постепенному снижению их рабочих свойств и изменению характеристик узлов и деталей. Дело в том, что спустя некоторый период времени они могут привести к серьезной поломке или полной остановке оборудования. Во избежание негативных последствий экономического характера, предприятия, как правило, организуют процесс грамотного управления износом и видами износа в отдельности, а также своевременно обновляют свои основные фонды.

Понятие износа

Сегодня под износом (старением) принято понимать постепенное снижение эксплуатационных свойств узлов, изделий и производственных механизмов в результате изменения их размеров, форм или физико-химических особенностей. Следует отметить, что износ и виды износа, существующие на сегодняшний день, появляются и накапливаются в процессе эксплуатации. Существует целый ряд факторов, которые определяют скорость старения оборудования. Так, негативным образом, как правило, сказываются следующие моменты:

• Трение.
• Температурный режим (экстремальный – в особенности).
• Периодические, импульсные или статические нагрузки механического воздействия и так далее.

Следует отметить, что практически все виды износа оборудования можно замедлить. Для этого целесообразно полагаться на следующие факторы:

• Конструктивные решения.
• Соблюдение правил эксплуатации.
• Использование качественных и современных смазочных материалов.
• Своевременные планово-предупредительные ремонты, техническое обслуживание.

Вследствие всех видов износа основных фондов, снижения эксплуатационных качеств уменьшается и потребительская стоимость оборудования или производственных механизмов. Важно дополнить, что степень и скорость изнашивания определяются посредством условий трения, нагрузок, характеристик материалов. Помимо этого, немаловажную роль играют конструктивные особенности оборудования.

Виды износа

Классификация износа на сегодняшний день отличается достаточной обширностью. Так, для полного понимая целесообразно изначально рассмотреть информацию кратко, после чего углубиться в детали. Категория старения подразделяется на фактический износ, который сопровождается изменением характеристик объекта; функциональный износ, который вызывается вследствие развития новых технологий; внешний износ, обусловленный воздействием факторов внешнего типа. Первые два вида износа основных фондов классифицируются на устранимые и неустранимые. Кроме того, первая группа подразделяется в соответствии с причинами, вызвавшими старение оборудования, на износ первого рода (накапливается в результате эксплуатации в нормальных темпах) и износ второго рода (накапливается по причине аварий, стихийных бедствий и других факторов негативного характера). Если судить относительно времени протекания, то в этой же группе принято выделять непрерывный (технико-экономические показатели снижаются постепенно) и аварийный (мгновенный по времени осуществления, например, в результате пробоя кабеля или аварии на производстве) износ.

Вторая группа, то есть такой вид износа основных средств, как функциональный, классифицируется на моральный (основной причиной в данном случае выступает изменение характеристик изделий, аналогичных данному, а также удешевление их производства) и технологический (ключевой причиной служит изменение цикла, в который по традиции входит данный объект, в технологическом плане) износ. В свою очередь, моральное старение, исходя из затратных статей, изменения в структуре которых привели к износу, подразделяется на старение, обусловленное избыточными затратами капитала; устаревание по причине предельно больших затрат в эксплуатации; старение, обусловленное низким уровнем эргономичности и экологии.

Важно отметить, что внешний износ бывает только неустранимым. Итак, далее перейдем к разбору определенных видов износа оборудования, которым следует уделить пристальное внимание.

По характеру внешних воздействий

В зависимости от особенностей внешних воздействий на материалы оборудования принято выделять следующие разновидности старения:

• Абразивный вид износа объектов. Речь идет о повреждении поверхности механизмов или изделий мелкими частицами материалов иного оборудования. Особенно характерна данная разновидность в условиях повышенной запыленности производственных механизмов. Например, при работе в горах, на стройке, при производстве материалов или выполнении сельскохозяйственных операций.
• Кавитационный, который вызывается взрывным схлопыванием пузырьков с газом в жидкой среде.
• Адгезионный вид физического износа.
• Окислительное старение. Происходит оно, как правило, в результате химических реакций.
• Тепловой износ.
• Вид износа усталостный. Обычно он возникает при изменении структуры материала.

Типы износа и амортизация

Мы разобрались, какие виды износа известны в настоящее время. Стоит отметить, что классификация разновидностей старения в соответствии с вызывающими его физическими явлениями в микромире в любом случае дополняется систематизацией, связанной с макроскопическими последствиями для экономической жизни. Так, в финансовой аналитике и бухгалтерском учете понятие износа, которое отражает физический аспект явлений, тесным образом связано с экономическим термином амортизации оборудования. Под амортизацией следует понимать как снижение себестоимости производственных механизмов по мере их старения, так и отнесение части данного снижения на стоимость выпускаемого продукта. Основной целью здесь выступает аккумулирование средств на специальных амортизационных счетах для закупки нового оборудования производственного значения или частичного усовершенствования старого.

Физический износ

Виды износа в зависимости от причин и последствий подразделяются на экономический, функциональный и физический. В случае последнего речь идет о непосредственной утрате проектных характеристик и свойств единицы оборудования в процессе ее эксплуатации. Стоит отметить, что такая утрата может быть частичной или полной. В первом случае производственные механизмы подлежат восстановлению, ремонту, который возвращает первоначальные особенности изделий. При полном износе в оценке оборудования оно подлежит списанию. Помимо степенной классификации, физический износ имеет родовую:

• Первый род: производственные механизмы изнашиваются в процессе планового применения с соблюдением всех нормативов и правил, которые установлены изготовителем.
• Второй род: изменение характеристик оборудования по причине неправильной эксплуатации либо воздействия факторов непреодолимой силы.
• Аварийный износ: скрытое изменение особенностей объекта приводит к аварийному выходу его из строя, который случается внезапно. В связи с чем может произойти катастрофа на предприятии, к примеру.

Необходимо дополнить, что перечисленные виды применимы не только к оборудованию в целом, но и к отдельным его составляющим (узлам, деталям).

Функциональный износ

Важно знать, что функциональное старение служит отражением процесса морального износа основных фондов. Речь идет о появлении на рынке однотипного, однако более экономичного, производительного и безопасного в использовании оборудования. Производственный станок в физическом плане может быть вполне исправным. Он выпускает продукцию, тем не менее использование новых технологий или современных моделей, которые периодически появляются на рынке, делает применение устаревших объектов невыгодным в экономическом ключе. Необходимо иметь в виду, что функциональный износ имеет свою классификацию:

• Частичное старение: станок является невыгодным для законченного производственного цикла, однако вполне пригодным для реализации ограниченного числа операций.
• Полное старение: любое применение станка приводит к причинению убытков. В таком случае единица оборудования подлежит демонтажу и списанию.

Известна также классификация в соответствии с вызвавшими функциональный износ факторами:

• Моральный износ (сегодня выделяют три вида морального износа в зависимости от вызвавших его причин, рассмотренных в предыдущих главах) предполагает доступность идентичных, однако более совершенных, современных в технологическом плане моделей.
• Технологический износ подразумевает разработку принципиально других технологий для выпуска аналогичного продукта. Важно дополнить, что данная разновидность износа так или иначе приводит к необходимости изменения всей технологической цепочки при условии полного или частичного обновления состава основных средств.

Стоит отметить, что по причине возникновения новой технологии состав оборудования, как правило, сокращается, а трудоемкость падает.

Экономический износ

Помимо временных, физических и природных факторов, на сохранение изначальных свойств оборудования опосредованным образом влияют следующие факторы экономического характера:

• Падение спроса на выпускаемую товарную продукцию.
• Процессы инфляции. Цены на трудовые ресурсы, сырье и комплектующие оборудования, используемого в производственных целях, растут, однако пропорционального роста цен на конечный продукт не происходит.
• Ценовое давление со стороны конкурентов.
• Колебания цен на сырьевом рынке, не связанные с инфляцией.
• Рост стоимости услуг кредитного характера, которые используются для операционной работы или в целях обновления основных фондов.
• Ограничения со стороны законодательства, относящиеся к применению оборудования, которое не отвечает стандартам в плане охраны окружающей среды.

Причины износа

Следует понимать, что виды и причины износа деталей связаны между собой. Далее рассмотрим основные причины, а также способы определения износа оборудования, производственных механизмов и изделий. Необходимо заметить, что для выявления причин и степени старения на каждом предприятии формируется и работает комиссия по фондам основных средств. Сегодня износ производственных механизмов определяется одной из следующих методик:

• Посредством наблюдения, в которое входит визуальный осмотр, а также комплекс испытаний и измерений.
• По периоду эксплуатации. Стоит учитывать, что он рассчитывается как отношение срока использования по факту к нормативному. Значение данного отношения и является величиной износа в процентах.
• Через укрупненную оценку состояния производственного объекта, которая осуществляется с помощью специальных шкал и метрик.
• Посредством прямого измерения в денежном варианте. В данном случае сопоставляется стоимость новой аналогичной единицы ОС и расходы на ремонт, связанный с восстановлением старой.
• С помощью доходности дальнейшего применения. Речь идет об оценке снижения дохода, учитывая при этом актуальные издержки, связанные с восстановлением характеристик, по сравнению с доходом в теории.

Необходимо дополнить, что окончательный выбор, относящийся к определенной методике, делает комиссия по средствам основного фонда. При этом она руководствуется нормативной документацией, а также доступностью исходных сведений.

Способы учета износа оборудования

Далее целесообразно перейти к заключительному аспекту столь широкой темы, как износ производственных механизмов, оборудования, изделий и отдельных их составляющих. Амортизационные отчисления, которые призваны стать компенсацией процессов старения оборудования, в настоящее время можно также определить посредством целого ряда методик:

• Пропорциональный или линейный расчет.
• Метод уменьшаемого остатка.
• Расчет, произведенный в соответствии со сроком производственного использования.
• Расчет, осуществленный согласно объему выпущенного продукта.

Важно знать, что выбор конкретной методики реализуется при формировании или глубокой реорганизации структуры. Он обязательным образом закрепляется в учетной политике предприятия. Эксплуатация производственных механизмов, оборудования и разносортных изделий в соответствии с общепринятыми правилами и нормативными документами, а также достаточные и своевременные отчисления в амортизационные фонды, так или иначе, позволяют организациям сохранить экономическую и технологическую эффективность на конкурентоспособном уровне. В итоге структуры могут непрерывно приносить радость своим потребителям качественной товарной продукцией по разумным ценам.

Заключение

Итак, мы рассмотрели достаточно широкую в плане классификации категорию издержек, ее содержание и основные особенности. Помимо этого, разобрали причины износа и способы его оценки, а также учета. Как оказалось, учетных методик достаточно много, и все они принципиальным образом отличаются, имеют свои преимущества и недостатки. В заключение стоит добавить, что сегодня на территории Российской Федерации развитие реальной области экономики становится одной из самых важных задач. Тем не менее решать ее приходится в непростое время. Износ промышленного оборудования сегодня достигает 78 %, а заемные средства обходятся крайне дорого. Именно поэтому соответствующие государственные структуры усиленно работают над выработкой ресурсов, которые способны помочь восстановлению и дальнейшей модернизации промышленной отрасли в стране.

Каждому человеку давно известно о том, что все вокруг имеет свойство изнашиваться. Это относится как к зданиям, так и к любому оборудованию. Причем заменять оборудование и предметы недвижимости нужно не только при их выходе из строя, но и при появлении более современного оборудования.

Это позволит сэкономить значительные суммы на ремонте и техники и получить более быстрое и безопасное производство. Хорошо с этими процессами знакомы специалисты в области бухгалтерского учета и экономики.

Определение износа

Понять, что такое износ, несложно. Это потеря первоначальных свойств объекта. Происходит это по множеству различных причин и их совокупности: природных, временных, экономических и технологических. Не меньшее влияние оказывают прогресс и воздействие человека.

В бухгалтерском учете это понятие тесно переплетается с амортизацией. Кто-то считает понятия тождественными, но разница существенна. Износ отражает физическую сторону процесса производства, а амортизация - экономическую, то есть перераспределение стоимости деформаций на себестоимость выпускаемой продукции и выделение средств на приобретение нового оборудования.

Последнее может устаревать по-разному, что напрямую влияет на износ. можно классифицировать по разным признакам. Бывает физическое изнашивание и функциональное. Каждое из них также подразделяется на группы.

Физический износ

Речь идет о прямой потере первоначальных свойств во время эксплуатации предметов. Износ можно представить как полный и частичный. В последнем случае оборудование подлежит восстановлению путем ремонта. В других же ситуациях допустимо только списание или использование в качестве запасных частей.

Существует также и более подробная классификация физического износа:

• первого рода — оборудование изнашивается в результате правильной эксплуатации;
• второго рода — виновником порчи техники и зданий становится природа, нарушение правил использования и т. п.;
• непрерывный — постепенная потеря первоначальных свойств по причине использования оборудования;
• аварийный — внезапный (его частой причиной становится скрытый износ).

Виды износа, описанные выше, могут быть определены не только для единицы оборудования в целом. Но также и для ее составных частей.

По смыслу виды не особенно отличаются от морального.

Функциональный износ

Если с физическим все достаточно прозрачно, то в случае с функциональным следует уточнить, что здесь речь идет о снижении привлекательности машин в результате производства оборудования по новым технологиям. Функциональный износ подразделяется на следующие виды:

• Частичный — оборудование становится невыгодно использовать для полного цикла производства, но оно еще может подойти для каких-то определенных операций.
• Полный — износ приводит к тому, что оборудованием нельзя пользоваться в целях производства. Оно пригодно только для списывания или применения в качестве запасных частей.

Есть у функционального износа и другая классификация - по причинам возникновения. В ней выделяют следующие виды:

• Моральный износ — появление на рынке более усовершенствованного оборудования, аналогичного используемому в производстве. Виды обусловлены избыточными капитальными или эксплуатационными затратами.
• Технологический износ — появление более усовершенствованной технологии производства продукции. Он может быть сокращен за счет количества и состава оборудования.

Экономический износ

Не только природа и время влияют на виды износа. Экономика, ее развитие и показатели тоже воздействуют на обесценивание техники. Износ напрямую связан с такими факторами, как:

• Снижение спроса на изготавливаемую предприятием продукцию.
• Инфляция. Возникает необходимость покупать сырье по более высоким ценам, поднимать заработную плату рабочим, возникают другие подобные затраты, но на продукцию цены не увеличиваются в соответствующем затратам размере.
• Рост конкуренции.
• Рост процентных ставок по кредитам для организаций, выдаваемых на определенные цели (например, приобретение нового оборудования).
• Изменения на сырьевых рынках.
• Введение ограничений на использование определенных моделей оборудования по экологическим причинам.

Устаревать и терять свои свойства может как недвижимость, так и разные группы оборудования. У каждого предприятия есть свой полный список того, где проявляется износ. Виды износа при этом также имеют свою классификацию.

Инструменты

Срок эксплуатации и соблюдение инструкций влияют на состояние инструментов. При активном или неправильном их использовании они больше подвержены деформациям и теряют свои первоначальные свойства. Виды износа инструмента разнообразны:

• деформация поверхности;
• образование выемок;
• пластическая деформация;
• выкрашивание;
• трещины;
• наросты различного характера.

У каждого из них есть свои причины и способы устранения повреждений. Меры, принятые для борьбы с возникающим износом инструмента, помогают продлить его срок службы и производить более качественное выполнение работ.

Детали

В результате постоянного использования могут измениться размер, форма, а также целостность частей оборудования. Происходит это по многим причинам, которые позволяют выделить следующие виды износа деталей:

• механический;
• молекулярно-механический;
• коррозионно-механический.

Отличной профилактикой служит своевременное смазывание деталей вне зависимости от того, находится оборудование (станки, машины, техника и т. п.) в работе или на складе.

Здания

Любое сооружение со временем теряет свою прочность. Продлить ему жизнь можно как путем правильной эксплуатации, так и своевременным ремонтом или реконструкцией. Виды износа зданий бывают следующими:

• Физический — воздействие времени и внешних факторов на объект.
• Функциональный — когда здание перестает отвечать требованиям, предъявляемым к сооружениям и деятельности этого типа.
• Внешний — влияние, оказываемое внешними экономическими факторами.

При этом объекты подразделяют на элементы двух категорий: долговременные и подверженные быстрому износу. К первой группе относят стены, а ко второй - крышу, трубы и т. п.

Виды износа недвижимости одинаковы вне зависимости от характера ее использования и места расположения. Разница лишь в том, что физический износ в разных климатических условиях может протекать медленнее или быстрее.

Также существуют не только виды износа оборудования, но и методы определения деформирования техники. Рассмотрим их.

Методы: как определить износ

Виды износа чаще определяются как физический и моральный, без более подробного подразделения на подгруппы. Определить их степень помогут следующие методы:

• наблюдение — прямой метод определения износа (осмотр объекта и разные испытания);
• по сроку жизни — отношение нормативного периода эксплуатации ко времени использования дает понять, на сколько процентов техника потеряла свои первоначальные свойства;
• укрупненная оценка технического состояния — определение износа по специальной шкале;
• прямое денежное измерение — отношение стоимости ремонта к цене новой единицы техники;
• доходность функционирования — отношение снижения к максимально возможному.

Каждый из методов более-менее точно отражает состояние объектов, но на практике прямой способ используется намного реже, чем остальные.

Способы учета

Как становится понято, можно определить и классифицировать самые разные виды износа. Амортизация по ним рассчитывается также несколькими методами. Это:

• линейный;
• по сумме лет полезного использования;
• пропорционально объему произведенной продукции.

Все эти методы применяются в бухгалтерии предприятий в зависимости от того, чем занимается фирма и какой у нее объем производства.

В жизни и деятельности каждого предприятия необходимо уделять износу огромное внимание. Именно за счет правильного использования оборудования и предметов недвижимости, своевременного ремонта и замены компания получит качественные товары с минимально необходимыми затратами.

Износом называется постепенное поверхностное разрушение материала детали, сопровождающееся отделением от него частиц, переносом частиц на сопряженную поверхность детали, а также изменением качества поверхности – ее геометрии и свойств и поверхностных слоев материала.

В практике встречается нормальный и катастрофический износ. Нормальный износ может быть заранее оценен и учтен при планировании ремонтных работ, а катастрофический износ выводит машину из строя внезапно.

Уменьшение величины нормального износа и вероятности катастрофического дает увеличение общего срока службы машины, а также снижает стоимость и продолжительность ее ремонтов.

Износ происходит вследствие механического, теплового, химического и электрического воздействия на материал соприкасающегося с материалом трущегося тела, воздействия свободных твердых частиц другого материала или окружающей среды.

Износ, так же как и трение, связан со сложными, недостаточно изученными явлениями в поверхностных слоях материала.

Истирание наблюдается при относительном движении прижатых друг к другу поверхностей. На истирание расходуется часть энергии трения.

Процесс истирания объясняется следующими явлениями:

• а) выступающие неровности соприкасающихся деталей при движении задевают друг за друга и механически отрывают частицы металла с поверхностей;
• б) поверхности приходят на отдельных участках в молекулярное соприкосновение, как бы привариваясь друг к другу; при дальнейшем относительном движении происходит разрушение мест приварки, сопровождающееся отрывом приставших частиц с сопряженных поверхностей;
• в) аморфные слои приработанных поверхностей в отдельных точках сильно нагреваются и размягчаются; при относительном движении поверхностей размягченные частицы переносятся со своих мест на значительные расстояния, по пути застывают и оказываются отделенными. При истирании может имеет место сочетание перечисленных явлений.

Абразивный износ наблюдается при попадании на трущиеся поверхности мелких частиц высокой твердости (абразива шлифовального круга, окалины, песка и т.д).

При жидкостном трении свободные частицы, имеющие размеры меньше толщины масляного слоя, оказывают сравнительно слабое влияние на износ поверхностей.

При нежидкостном трении, а также когда размер частиц превышает толщину масляного слоя, наблюдается интенсивный износ поверхностей. Следы износа имеют вид мелких продольных канавок.

Когда одна трущаяся поверхность имеет малую твердость, абразивному износу подвергается главным образом другая поверхность. Это объясняется более прочным удерживанием частиц абразива на менее твердой поверхности за счет того, что частицы под внешним давлением углубляются в менее твердую поверхность и удерживаются в ней, и, следовательно, происходит меньше движения частиц абразива относительно мягкой поверхности, чем относительно твердой.

Задиры на поверхности проявляются в быстром образовании продольных канавок значительной глубины (до 1 мм и больше). Явление задиров для большинства машин относится к категории катастрофического износа. Процесс образования задиров объясняется сцеплением трущихся поверхностей в отдельных местах, вырыванием значительного количества металла с одной поверхности и появлением нароста на другой. При дальнейшем относительном движении поверхности нарост вызывает появление задира и дальнейшего прогрессивного разрушения поверхности.

Большая опасность задира получается при поверхностях из одинаковых металлов. Попадание абразивных частиц может послужить самостоятельной причиной задира (при достаточно крупных частицах) или способствовать началу описанного выше процесса вследствие повышения удельного давления в точке, расположенной впереди зерна абразива, где происходит выпучивание металла.

Усталостное выкрашивание заключается в отслаивании частиц металла с трущихся поверхностей вследствие явления усталости при периодически изменяющихся нагрузках. Явление усталостного износа обычно наблюдается в высших кинематических парах, главным образом при обильной смазке. Последнее объясняется внедрением жидкости в микротрещины на поверхности, что способствует разрушению последней. Смятие , постепенно возрастающее, наблюдается при недопустимо больших удельных давлениях или при плохо подогнанных, выставленных и обработанных, не прошедших предварительной приработки поверхностях.

Коррозионный износ является следствием химического или электрического воздействия среды; на интенсивность коррозии оказывает большое влияние нагрев поверхности детали, ускоряющий процесс износа.

Факторы, влияющие на износ трущихся поверхностей:

• а) материалы трущихся поверхностей и их термообработка;
• б) качество поверхностей трения;
• в) степень загрязнения мест трения;
• г) характер и род смазки;
• д) величина удельного давления;
• е) величина удельной работы трения;
• ж) скорость.

Обычно износ металлов получается тем меньше, чем выше их твердость. Поэтому для повышения износостойкости рекомендуется применять для поверхностей стальных и чугунных деталей термическую обработку, насыщение поверхностных слоев соответствующими веществами (цементация, азотизация), а также поверхностные покрытия износостойким материалом (например, хромом, твердым сплавом).

При необходимости для термообработки отдельных участков крупных стальных и чугунных деталей производится по-

верхностный нагрев нужных мест токами высокой частоты или газовым пламенем, а покрытие твердым сплавом производится методом электроэрозионной обработки.

2. Способы выражения величины износа

Износостойкость является эксплуатационным или служебным свойством материала, детали или сопряжения (трущихся поверхностей), поэтому износ может выражаться различными способами, ближе всего характеризующими их служебное назначение. Во многих случаях наиболее удобно выражать износ величиной уменьшения линейного размера тела в направлении, нормальном к поверхности (линейный износ). Если линейный износ Δh произошел на пути трения Δs за время Δt, то отношение Δh: Δs явится «интенсивностью линейного износа», или «темпом линейного износа», а отношение Δh: Δt – «скоростью линейного износа».

3. Учет приработки

Во всех процессах трения и изнашивания важное значение имеет приработка в начале эксплуатации машины. Приработкой называется процесс постепенного изменения в результате изнашивания начальной микрогеометрии (ее величины и напраления) и взаимного прилегания обеих поверхностей деталей до достижения стабильной шероховатости и постоянной величины прилегания.

В интенсивности изнашивания сопряжений деталей машин часто наблюдаются периоды приработки а , характеризующиеся повышенным размерным износом, и нормальной работы б , более устойчивой к износу (рис. 3).

Рис. 3. а – приработки; б – нормальной работы

Во время приработки интенсивность изнашивания постепенно снижается. Одновременно с явлениями изменения шероховатости и увеличения поверхности прилегания часто в процессе приработки происходит изменение физико-механических свойств поверхностных слоев трущихся металлов, поскольку в контакте преобладают пластические деформации (главным образом вследствие наклепа).

Высота и характер макро- и микронеровностей на трущихся поверхностях оказывают большое влияние на первоначальную стадию износа и изменение размера детали после приработки, потому что при уменьшении площади контакта поверхностей, из-за макро- и микронеровностей, возникают более высокие контактные напряжения, чем при более полном их прилегании.

Применение отделочных операций (выхаживания, суперфиниширования, хонингования, шабрения, притирки, доводки и др.) при обработке трущихся поверхностей уменьшает высоту неровностей и позволяет обеспечить более полное их прилегание.

Улучшение поверхностей трения происходит также в процессе первоначальной приработки, которая для устранения опасности задиров часто производится на пониженных режимах работы.

Заданным внешним условиям трения (нагрузка, скорость, смазка и т.п.) соответствует определенное состояние приработанности; при утяжелении этих условий происходит дополнительная приработка поверхностей.

4. Влияние условий работы на износ деталей

Распределение износа между трущимися поверхностями, а также по их длине и ширине имеет большое значение для работы механизма, долговечности деталей и стоимости ремонта.

В каждой трущейся паре предпочтителен более сильный износ простой и легко заменяемой детали и менее сильныйсложной и дорогой. При конструировании машин это учитывается соответствующим выбором материалов:

• сложная деталь делается из более твердого металла и часто подвергается термической обработке и поверхностным покрытиям;
• более простая деталь выполняется из более мягкого металла (например, втулки, вкладыши и т.д.).

Распределение износа по поверхности трения зависит от формы поверхности и условий работы пары.

Во вращательной паре с одним неподвижным и одним вращающимся элементами имеют место три следующих характерных случая распределения износа (а – подвижный вал, б – вал неподвижный).

– износ вращающегося элемента будет равномерным по всей поверхности, а неподвижного элемента – сосредоточен на одном участке поверхности (рис. 4). В результате ось вращения сместится в сторону местного износа, при этом положение ее центра вращения детали и ее балансировка не нарушаются. Неподвижным может быть как охватывающий, так и охватываемый элемент.

Вектор нагружающей силы следует за движением вращающегося элемента (рис. 5) – износ неподвижного элемента получается равномерным, износ вращающегося элемента – местным. Ось вращения после износа поверхностей соприкосновения не изменит своего положения, но вращающаяся деталь сместится относительно нее в сторону местного износа, что может привести к заметному увеличению дисбаланса,

Вектор нагружающей силы и подвижный элемент пары вращаются с различными угловыми скоростями – износ обеих трущихся поверхностей получается равномерным (рис. 6).

Рис. 4

Рис. 5.

К этому же случаю (рис. 6, в) относятся два вращающихся с различной скоростью элемента при постоянном направлении вектора нагружающей силы.

Рис. 6.

В двух первых случаях линейный суммарный износ может получиться меньшим, если из более износостойкого (твердого) материала будет изготовлена деталь с местным характером износа. Однако на практике обычно применяется обратное соотношение твердости поверхности материалов деталей по следующим соображениям:

• сочетание слабого равномерного износа Δ1 одной детали с более сильным местным износом Δ2 другой детали (рис. 7, а) не приводит к существенному нарушению характера контакта поверхностей.

Незначительное по величине уменьшение радиуса кривизны твердой равномерно изнашивающейся детали компенсируется местным износом другой детали, при этом зона контакта α (рис. 7, а) практически не уменьшается и удельное давление на поверхностях не возрастает.

Рис. 7.

Если же соотношение твердости поверхностей взять обратным рассмотренному, то сильный равномерный износ Δ1 мягкой детали при слабом местном износе Δ2 твердой детали приведет к значительному уменьшению зоны контакта α (рис. 7, б), увеличению удельного давления и повышению интенсивности износа;

• замена детали с местным износом на новую восстанавливает нарушенное первоначальное положение оси вращения или положения центра вращения. Равномерное распределение износа в сочетании с большей твердостью металла обеспечивает незначительный износ более сложной и дорогой детали без нарушения в ней положения центра вращения изнашивающейся поверхности; местный характер износа в сочетании с мягким металлом концентрирует износ на менее трудоемкой, легко заменяемой детали (обычно втулка или вкладыш), отчего ремонт машины упрощается.

Третий случай (рис. 6, в) характеризуется наименьшей величиной линейного суммарного износа поверхностей. Смещения оси вращения вследствие износа здесь не произойдет, нарушение же положения центра вращения поверхности будет равно сумме радиальных износов обоих элементов. Удельная работа трения, приходящаяся на единицу площади поверхности и равная произведению силы трения на относительное перемещение поверхностей, будет одинакова и равномерно распределена по обеим поверхностям. Поэтому выбор соотношения твердости поверхностей деталей диктуется только желанием сконцентрировать износ на той или иной детали по соображениям удобства ремонта. Обычно в таких случаях обе поверхности стремятся выполнить с возможно большей износостойкостью.

Третий случай в чистом виде на практике встречается редко. Примером использования рассмотренного принципа может служить посадка неподвижного наружного кольца шарикоподшипника в корпус механизма с небольшим натягом; как установлено практикой, кольцо при работе постепенно поворачивается, обеспечивая равномерный износ дорожки, по которой катаются шарики.

В поступательной паре всегда наблюдается тенденция к неравномерному износу поверхностей в связи с тем, что отдельные участки последних периодически выходят из соприкосновения.

Неравномерный износ поверхностей со временем приводит к искажению их формы и нарушению правильного контакта. Чтобы ослабить это явление, следует для детали, имеющей равномерное или близкое к нему распределение удельной мощности сил трения, выбирать менее твердый материал, чем для сопряженной детали, работающей с сильно изменяющейся по длине удельной мощностью сил трения.

Постоянство режима работы пары облегчает борьбу с износом. Например, если вал работает с постоянным числом оборотов в минуту, имеется возможность выбрать для его подшипников оптимальный режим жидкостного трения; если же число оборотов в минуту меняется в пределах 1:50 (металлорежущие станки), становится невозможным обеспечить жидкостное трение в подшипниках на всем диапазоне скоростей вращения. В этом случае выгодно применять подшипники качения.

Режим работы кинематических пар нарушается при разбеге и выбеге машины. Наблюдениями установлено, что подшипники автомобильного двигателя за периоды разбега и выбега изнашиваются больше, чем за все время работы при установившемся движении. Одной из действенных мер борьбы с повышенным износом при разбеге машины является обильная подача смазки перед пуском машины насосом или ручным лубрикатором.