надега 1 часть

1.2. Нормативы безотказности тракторов, мото-ч, не менее

	Средняя наработка на отказ (число отказов)			Средняянара-
Тип и класс трактора	за 10 тыс. мото-ч по труппам сложности
	I	II	III	ботка на отказ
Колесный:
0,6	500(20)*	715П41	1665(6)	25fi
	2500(4)	3330(3)	10000(1)	1250
0,9 и 1,4	400(25)	715(14)	1665($)	222
	1665(6)	2500(4)	10000(1)	909
3,0 и 5,0	300(33)	665(15)	2000(5)	ш667
	1000(10)	2500(4)	10000(1)
Гусеничный 3,0 и 4,0	300(33)	625(16)	1665(6)	ш
	1000(10)	2000(5)	10000(1)	625

*В числителе приведена наработка для трактора в целом, а в знаменателе — для двигателя.

ров 387 и 321 мото-ч. Лучшие зарубежные тракторы фирмы «Интернейшнл Харвестер» (США) имеют среднюю наработку на отказ 1400 мото-ч.

Значительно ниже наработка на отказ у зерноуборочных комбайнов и сельскохозяйственных машин. Средняя наработка на отказ комбайнов СК-5 «Нива», СКД-5 и СК-6 составляет 5... 10 ч, а комбайна «Дон-1500» —15... 18ч (при нормативе 100ч). Средняя наработка на отказ зерноуборочных комбайнов зарубежных фирм: «Нью-Голланд» модели С-1550 — 60 ч, «Интернейшнл Харвестер» модели 1460 — 100 ч.

Наработка на отказ свеклоуборочной машины РКМ-6 составляет 10 ч, кукурузоуборочной — 9...16, хлопкоуборочной — 12...26, картофелеуборочной - 15...27 и льноуборочной — 50...70 ч.

Фактические показатели безотказности оборудования для ферм приведены в таблице 1.3.

1.3. Фактические показатели безотказности оборудования для ферм

Оборудование	Параметр потока отказов,	Вероятность безотказной
	отказов/день	работы
Холодильные установки	0,8990	0,4070
Вакуумные насосы	0,3040	0,7386
Погружные водоподъемные	0,2120	0,8090
насосы
Навозоуборочные транспор-	0,0066	0,3694
теры
Водопроводы в помещениях	0,0033	0,6077
Молокопроводы	0,0066	0,3694
Вакуумм-проводы	0,0033	0,6077

Показатели долговечности. Долговечность объекта оценивают ресурсом и сроком службы.

Ресурс — наработка объектов от начала его эксплуатации или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Срок службы — календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после капитального ремонта до наступления предельного состояния.

Различают ресурсы до первого капитального ремонта (доремонтный ресурс), между капитальными ремонтами (межремонтный ресурс) и до списания (полный ресурс).

Номенклатура показателей долговечности включает в себя четыре групповых (средний ресурс, средний срок службы, гамма-про- центный ресурс и гамма-процентный срок службы) показателя.

С р е д н и й р е с у р с и с р о к с л у ж б ы —математическое ожидание ресурса и срока службы.

Средний ресурс и срок службы определяют по уравнениям

(1.21)

1=1

JV

ел/'

(122)

где N— число наблюдаемых объектов данного типа; ^ и 4л/—ресурс и срок службы »-го объекта.

Гамма - процентный ресурс —суммарная наработка, в течение которой объект недостигнет предельного состояния свероятностью у, выраженной в процентах.

Г а м м а - п р о ц е н т н ы й
срок	службы —календарная
продолжительность		эксплуата-
ции, в течение которой объект не
достигнет предельного состояния
с вероятностью у, выраженной в
процентах.
Для тракторов и автомобилей
принятонормированное значение
у, равное 0,9.
Значение гамма-процентного
ресурса можно определить по ин-
тегральной кривой		отказности
ИЛИ	безотказности.	Например,	?•«- 1-7. Определение 9«Sb-№ гшша-
для определения 90%-го гамма-				ggJS	4SS££l*mnSL£
ресурса на оси ординат (рис. 1.7)			WnaaHocra (J) к лшикя (J)

28

следует найти значение 0,9, провести через эту точку горизонтальную линию до пересечения с интегральной кривой безотказности Р(ТР), точку пересечения спроектировать на ось абсцисс и получить отрезок Tpf, который с учетом масштаба построения графика равен 90%-му гамма-ресурсу. Аналогично определяют гамма-про- центный ресурс по кривой интегральной функции отказности, только вместо точки на оси ординат 0,9 следует найти точку, равную 1 -у= 1 -0,9 = 0,1.

Аналитически гамма-процентный ресурс и срок службы находят по уравнениям:

при законе нормального распределения

(1.23)

(1.24)

где Нк(у) — квантиль закона нормального распределения(см. приложение 10); а — среднее квадратическое отклонение;

при законе распределения Вейбулла

(1.25)

(1.26)

где н\ — квантиль закона распределения Вейбулла (см. приложение 11); а — параметр закона распределения Вейбулла; С — смещение зоны рассеивания ресурса или срока службы.

В качестве примеров в таблицах 1.4 и 1.5 приведены нормативы долговечности тракторов (норматив 1990 г.) и автомобилей (норматив 1986 г.).

		1.4. Нормативы долговечнее™ тракторов
	Трактор	Доремонтяый 90%-й гамма-		Срок службы, лет
		ресурс, тыс. мото-ч
	Т-130	10		11
	К-700иК-701	10		11
	Т-4А	10		8
	Т-150КиТ-150	10		10
	ДТ-75М	10		8
	МТЗ-80 и МТЗ-82	10		11
	ЮМЗ-6АЛ	10		11
	Т-40АМ	10		8
	Т-25А	10		8
	Т-16МГ	10		8

1.5 Нормативы долговечности автомобилей

			90%-й гамма-ресурс, тыс. км пробега		Срок службы, лет
		Автомобиль
			доремонтный	межремонтный
		ГАЗ-53А	160	130	9
		ГАЗ-53Б	140	110	9
		ЗИЛ-ММЗ-555	200	160	10
		ЗИЛ-130	230	180	10
		МАЗ-500А	200	160	10
		КамАЗ-5320	250	200	10
		УАЗ-469	140	110	S

Фактическая долговечность машин ниже нормативной. Так, по данным ГосНИТИ, доремонтный ресурс тракторов ДТ-75М, Т-150К и К-701 составляет 570О...59О0 мото-ч, зерноуборочных комбайнов «Дон-1500» и «Енисей-1200» — 1200 мото-ч.

По данным ЦМИС, за наработку 3000 мото-ч ни один из испытываемых тракторов не достиг предельного состояния. Однако за эту наработку наблюдалось предельное состояние агрегатов: 36,4 % двигателей; 31,8 % сцеплений; 9,1 % коробок передач; 13,€ % ведущих мостов; 9,1 % рам.

Не соответствуют установленным нормативам двитатель ЯМЗ- 240,80%-й гамма-ресурс которого составил 2250 мото-ч; сцепление трактора ДТ-75МЛ — 1300 мото-ч.

Следует отметить, что сроки службы тракторов за рубежом значительно выше приведенных в таблице 1.4. Так, тракторы, проработавшие более 20 лет, составляют в США 28 %, во Франции — IS, в Германии — 27,5 и более 16 лет в Италии — 36 %.

Показатели ремонтопригодности. Рассмотрим следующие показатели.

Среднее время в о с с т а н о в л е н и я —математическое ожидание времени восстановления работоспособного состоянияобъекта после отказа. Его определяют по уравнению

где п — число обнаруженных и устраненных отказов; /ш- — время восстановления i-ro объекта.

Га м м а - п р о ц е н т н ое время восстановления:—вре- мя, втечение которого работоспособностьобъектабудет восстановленасвероятностьюY, выраженнойвпроцентах.

При законе нормального распределения времени восстановле- ниягамма-процентноевремявосстановления

/BV--'B--«KU>O-

(J-^ej

30

При законе распределения Вейбулла

Вероятность восстановления —вероятность того, что времявосстановленияработоспособногосостоянияобъектанепревыситзаданного.

Вероятностьвосстановления

t),

(1-29)

где fB —среднее время восстановления;/ — заданное время устранения отказа.

Для большинства изделий машиностроения вероятность восстановления подчиняется экспоненциальному законураспределения

(1.30)

где к — интенсивность отказов.

При расчете показателей ремонтопригодности учитывают лишь оперативное время обнаружения и устранения отказов.

Интенсивность восстановления —условная плотность вероятности восстановления работоспособного состояния объекта, определяемаядлярассматриваемогомоментавремени при условии, что до этого момента восстановление не было завершено.

Средняя трудоемкость восстановления —матема- тическое ожидание трудоемкости восстановления. Ее рассчитываюттак:

B ^ V

.

(i.3i)

где 5Ы — трудоемкость восстановления i-го объекта занекоторый период эксплуата-

ции.

Удельная суммарная трудоемкость технического обслуживания или ремонта,чел.-ч/ед.наработки,

Ё	(1.32)
или
5"р =	(1.33)

где S,oi и 5^ —суммарная продолжительность (трудоемкость) технического обслуживания или ремонта ;-го объекта за некоторый период эксплуатации; Щ — суммарная наработка 1-го объекта за тот же период эксплуатации.

Удельная суммарная трудоемкость восстановления работоспособного состояния, чел.-ч/ед.нара- ботки,

2 "SB/ ' X	(1.34)
/1

где SBi — суммарная трудоемкость непланового текущего ремонта (устранения отка- зов) /-го объекта за некоторый период эксплуатации.

Объединенная уд е л ьная трудоемкость технического обслуживания и ремонта, чел.-ч/ед. наработки,

(1.35)

1=1 /=1

где Si — объединенная суммарная трудоемкость технического обслуживания и текущего ремонта /-го объекта за некоторый период эксплуатации.

Согласно нормативам капитальные ремонты тракторов К-700, К-701, Т-130, Т-4А и Т-150К должны выполнять не более чем за 40 дней, остальных тракторов — 30 дней, устранение отказов в гарантийный период оборудованиядля поения, кормопригоговления и кормления животных — 3,5 ч, оборудования для обеспечения вентиляции и микроклимата — 6, оборудования для удаления наво- за—20ч.

Некоторыенормативныепоказателиремонтопригодности (норматив 1990 г.) сельскохозяйственной техники приведены в таблице 1.6.

1.6. Нормативные показатели ремонтопригодности

	Удельная суммарная тру-	Удельная суммарная
	доемкость технического	трудоемкость устране-
lVIcUiln tld	обслуживания,	ния отказов.
	чел.-ч/мого-ч	чел.-ч/иого-ч
Колесные тракторы:
Т-30А и СШ-28	0,015	0,0040
МТЗ-80 и МТЗ-100	0,020 ...0,022	0,0059
ЛТЗ-155иМТЗ-142	0,022	0,0066
К-701	0,040	0,0100
Гусеничные тракторы ДТ175М	0,026	C01L7
и ВТ-100
Комбайны:
кормоуборочный КСК-100А	0,053»	0,0328
льноуборочный ЛК(В)-4А	0,066	0,09. ..0,011
картофелеуборочный КПК-3	0,080	O,Oei...O,<M)<
зерноуборочный СК-5 «Нива»	0,100	0,007
зерноуборочный «Дон-1500»	0,105	0,00i

32

33

Показатели сохраняемости. Сохраняемость оценивают сроком сохраняемости. Срок сохраняемости — календарная продолжительность хранения и (или) транспортировки объекта, в течение и после которой сохраняются значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в установленных пределах.

Номенклатура показателей сохраняемости включает в себя два групповых показателя: средний срок сохраняемости и гамма-про- центный срок сохраняемости.

С р е д н и й с р о к с о х р а н я е м о с т и —математическое ожидание срока сохраняемости объекта. Его определяют по уравнению

N	(1.36)

где tci— срок сохраняемости /-го объекта.

Г а м м а - п р о ц е н т н ы й срок с о х р а н я е м о с т и —сроксо- храняемости, достигаемый объектом с заданной вероятностью 7, выраженной в процентах.

Гамма-процентный срок сохраняемости определяют аналогично гамма-процентному ресурсу или сроку службы по интегральной кривой отказности или безотказности или же по аналитическим уравнениям в зависимости от закона распределения срока сохраняемости совокупности объектовпри законе:

нормального распределения

(1.37)

распределения Вейбулла

(1.38)

1.2.2. КОМПЛЕКСНЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ НАДЕЖНОСТИ

Номенклатура комплексных показателей надежности включает в себя: четыре коэффициента (коэффициенты готовности, оперативной готовности, технического использования и сохранения эффективности), которые могут служить как групповыми, таки индивидуальными показателями надежности.

Коэффициент готовности — вероятность того, что объект окажется в работоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривают.

Коэффициентготовности
КТ=ТО/(ГО+ТЬ),	(1.39)

где То — средняя наработка на отказ; Тв — среднее время восстановления.

Коэффициент готовности характеризует готовность объекта к функционированию, т. е. применению поназначению. Подпланируемыми периодами, в течение которых применение объекта по назначению не предусматривается, имеют в виду простои машины на плановыхтехнических обслуживаниях, ремонте, хранении и транспортировке. При расчете коэффициента готовности учитывают только оперативное время устранения отказа. Простои по организационнымпричинам (вызовремонтной бригады, поиск идоставка запасных частей и др.) не учитывают.

Коэффициентоперативнойготовности—вероятностьтого,что объект окажется вработоспособном состоянии в произвольный момент времени, кроме планируемых периодов, в течение которых использование объекта по назначению не предусматривается, и, начиная с этого момента, будет работать безотказно в течение заданного интервала времени.

Коэффициент оперативной готовности

K^^KfPi^,^),

(1.40)

где P(t0, /j) —вероятность безотказной работы объекта в интервале (/Q, t{) [здесь /о —момент времени, с которого возникает необходимость применения объекта по назначению; t\ — момент времени, когда применение объекта по назначению прекращается].

Крометого, иногда коэффициентоперативнойготовности определяюттак:

К =Т /(Т +Т +¥ )

(1-4L)

где Горг — среднее время простоев по организационным причинам.

Выражение (1.40) используют для определения коэффициента оперативной готовности объектов. Необходимость их использования возникает в произвольный момент времени, после которого объекты должны работать без отказов.

Коэффициенттехническогоиспользования—отношениематема- тического ожидания суммарноговременипребывания объектав работоспособном состоянии занекоторый периодэксплуатации кматематическому ожиданию суммарного времени пребывания объекта вработоспособном состоянии и простоев, обусловленныхтехническим обслуживанием и ремонтом за тот же период.

34

35

Коэффициент технического использования

/Мсум +*то +*рем +'вос)'

(1.42)

гДе ^сум — математическое ожидание суммарного времени пребываниярбьекта^в работоспособном состоянии за некоторый период эксплуатации; Гт о , Т^м и Гвос — математическое ожидание суммарного времени пребывания объекта на техническом обслуживании, ремонте и восстановлении за тот же период эксплуатации.

Коэффициент технического использования характеризует долю времени нахождения объекта в рабочем состоянии с учетом простоя на техническом обслуживании, ремонте и устранении отказов.

Коэффициент сохранения эффективности — отношение значения показателя эффективности использования объекта по назначению за определенную продолжительность эксплуатации к номинальному значению этого показателя, вычисленному при условии, что отказы объекта в течение того же периода эксплуатации не возникают.

Коэффициентсохранения эффективности учитывает изменение эффективности изделия в зависимости от продолжительности его эксплуатации.

Т— 0,945...0,991

иКтм = 0,905—0,979, тракторов общего назначения Кт = 0,946...0,991

иКтм = 0,860...0,979. Поданным ГосНИТИ, коэффициент готовности зерноуборочных комбайнов не превышает 0,80. Сельскохозяйственные машиныимеютболее низкиекоэффициенты готовности: для бороны БДТ-3 —0,74, капустоуборочной машины МСК-1 — 0,69, сажалки СН-46 — 0,7, культиватора КОН-2,8 — 0,46.

1.3.ФИЗИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ НАДЕЖНОСТИ МАШИНПо данным ЦМИС, для пропашных тракторов К

1.3.1. ТЕОРИИТРЕНИЯ И ИЗНАШИВАНИЯ, ОБЪЯСНЯЮЩИЕ МЕХАНИЗМ МЕХАНИЧЕСКОГО ИСТИРАНИЯ

Важная причина потери работоспособности машин в процессе эксплуатации — механическое истирание их составных элементов.

Для объяснения природы трения и изнашивания при механическом истирании существуют три теории, дополняющие и уточняющиедругдруга. Их исходные положения сводятся в основном к механическому, молекулярному и молекулярно-механическому взаимодействиям между трущимися поверхностями. Отсюда и эти теории называют механической, молекулярной и молекулярно-мехаки- ческой.

Механическая теория. Изнашивание представляет собойпроцесс деформации и разрушения поверхностных слоев, происходящий в результате механического взаимодействия микронеровностей при скольжении одного тела по другому.

Сближение шероховатых поверхностей приводит как к контакту микронеровностей, так и к взаимномупроникновениюмикровыступов одной из поверхностей во впадины другой. В связи с различной высотой микронеровностей контактирующие микровыступы нагружаются по-раз- ному, поэтому одни из них испытывают упругие деформации, другие — пластические. При относительном перемещении трущихся поверхностей имеют место все известные виды деформаций — смятие, сдвиг, изгиб.

Рис. 1.8. Схемы образования и разрушения мостиков сварки:

а — контактмикровысгупов;(5— мостик

сварки; в— разрывмостика сварки; Р— нагрузка; v—скорость относительного перемещения

Важно отметить, что трущиеся детали соприкасаются не всей видимой поверхностью, а лишь микровыступами, пятнами касания. По подсчетам английского ученого Боудена, фактическая площадь касания составляет 0,01...0,001 видимой поверхности (в зависимости от класса шероховатости). В силу этого удельные нагрузки на отдельные микровыступы достигают больших значений. Так, если в подшипниках коленчатых валов автотракторных двигателей среднее расчетное давление составляет 4 МПа, то фактическое давление на микровыступах может достигать 400...4000 МПа. При таком давлении в контактных точках возникают температурные вспышки локального характера (= 1000 °С> и происходит сваривание микровыступов с почти мгновенным разрывом мостиков сварки.

Процесс образования мостиков сварки и последующего их разрушения схематично показан на рисунке 1.8.

II

Рис. 1.9. Зависимости износа (i ) и температуры (2) на поверхности трения от наработки:

/—процессприработки; II— нормальное изнашивание

Показанный характер износов подтверждается на практике в виде задиров и наплывовна трущихся поверхностях. С течением времени фактическая площадь касания увеличивается. Идет процесс приработки.

В период приработки (рис. 1.9) происходит «перемалывание» старых микронеровкостей, полученных при механической обработке, с образованием новых. Значительная часть работы трения (Ж . .80%) переходит в тепло-, поэтому

36

37

температура на поверхностях трения резко подскакивает (/период на кривой изнашивания).

При установившемся трении тепловой баланс стабилизируется и соединение приобретает некоторую среднюю температуру, соответствующую //периоду нормального изнашивания.

Разделяя процесс изнашивания на два основных периода (первоначальной приработки и нормального изнашивания), механическая теория получила довольно стройный вид. Однако, находясь на позициях механической теории, невозможно объяснить некоторые явления, происходящие при изнашивании материалов. Так, если считать, что изнашивание — следствие лишь процессов деформации и разрушения поверхностных слоев при механическом взаимодействии микронеровностей, то как объяснить тот факт, что чисто обработанные поверхности в процессе трения и изнашивания приобретают определенную шероховатость? Не представляется возможным объяснить и то, что поверхности с высокими механическими свойствами при трении о мягкие поверхности изнашиваются.

Для объяснения указанных явлений профессором Б. В. Дерягиным выдвинута молекулярная теория трения и изнашивания.

Молекулярная теория. Эта теория исходит из допущения существования молекулярных сил взаимодействия между контактирующими микровыступами. Факт существования молекулярной адгезии можно увидеть из эмпирической формулы Кулона, полученной им в 1799 г.,

F-**A+\iN,

(1.43)

где F— сила трения; А — молекулярная составляющая силы трения; ц — коэффициент трения; N— нормальная нагрузка.

Из этой формулы следует, что при N= 0 поверхности трения всетаки взаимодействуют, так как сила трения при этом F > О (F —А).

В соответствии с молекулярной теорией трения и изнашивания на отдельных участках трущихся поверхностей молекулы настолько сближаются, что начинаетпроявляться взаимодействие молекулярных сил, аналогичное притяжению разноименных зарядов. Результат молекулярного взаимодействия между трущимися телами — износ чисто обработанных поверхностей.

Более полно физическую сущность явлений трения и изнашивания отражает молекулярно-механическая теория, предложенная И. В. Крагельским.

Молекулярно-механическая теория. Эта теория исходит из предположения, что трение имеет двойственную природу и обусловлено как взаимным внедрением микровыступов трущихся поверхностей, так и силами молекулярного взаимодействия. Молекулярное взаимодействие поверхностей трения невозможно без их тесного сближения. При этом неизбежны внедрение и разрушение микровыступов.

Эта теория с учетом влияния на процесс изнашивания вида тренияявляется общепризнанной.

Виды трения. По ГОСТ 23.002 различают два основных вида трения: трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом. Особенно опасным считают трение ювенильных (обнаженных) поверхностей. Оно относится к трению без смазочного материала и характеризуется непосредственным взаимодействием между твердыми телами при отсутствии между ними третьей фазы (например, оксидной пленки), способной выполнять смазочную функцию.

Ювенильная поверхность несет значительный запас свободной поверхностной энергии и, следовательно, характеризуется высокой адсорбционной способностью. Коэффициент трения при взаимодействии ювенильных поверхностей достигает 6...7 единиц и сопровождается схватыванием поверхностей (заеданием).

Металлическая поверхность может сохранятьювенильные свойства лишь в условиях высокого вакуума или в атмосфере инертного газа, что встречается при износе деталей в случаях, когда отделяются оксидные пленки и твердые тела вступают в непосредственный контакт. Такое явление наиболее часто имеет место при трении деталей из однородных материалов, например сталь поехали.

Различают жидкостное и граничное трение со смазочным мате-

риалом.

Жидкостное трение имеет место при наличии промежуточного слоя смазки, полностью разделяющего трущиеся поверхности. Процессы трения и изнашивания характеризуются при этом не материалом трущихся деталей, а вязкостью смазочного слоя, конструкцией и режимом работы соединения.

Толщина слоя смазки, м,

и .	- „foe	П44)
"nun	18,3<y>SC'	w t i T ^

где d — диаметр вала, м; г\ — абсолютная вязкость масла, Н • с/м2; а—частота вращения вала, с~'; р — удельная нагрузка на вал, -йГ/м;2 S — зазор (разность диаметров подшипника и вала), м; С— поправка на конечную длину подшипника [здесь С = 1 + d/l, где /—длина шипа, м].

При уменьшениитолщины масляного слояАи,, трущиеся поверхности сближаются. Когда в процессе сближения достигается такое положение, при котором они разделяются не слоем смазки, а масляной пленкой молекулярной толщины, наступает граничное трение.

Граничное трение возникает под действием молекулярных сил трущихся поверхностей, смазочное вещество прочно адсорбируется на поверхностях трения. Полярные концы молекул смазочного вещества образуют на поверхностях трения «молекулярный частокол».

Граничная фаза масляной пленки, находясь под двусторонним

38

39

воздействием молекулярных сил, приобретает: квазитвердое состояние с расклинивающим давлением, оказывающим сильное сопротивление образованию металлического контакта; скользкое состояние, напоминающее мыло, смоченное водой.

Указанные свойства предохраняют трущиеся поверхности от разрушения.

1.3.2. АБРАЗИВНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ

Абразивное изнашивание — наиболее распространенный вид изнашивания деталей сельскохозяйственной техники, вызываемый воздействием на них абразивных (твердых) частиц. Последние содержатся в почве и при контакте с поверхностью рабочих органов почвообрабатывающих, посевных и землеройных машин приводят к абразивному износу.

Твердые (абразивные) частицы могут образовываться и в самой машине в виде закаленных частиц металла — продуктов износа соединенных пар трения.

Интенсивность абразивного изнашивания особенно велика у машин, эксплуатируемых в условиях запыленного воздуха, при недостаточной герметичности уплотнений. Так, двигатель с неисправным воздухоочистителем черезнесколько часов теряет компрессию и выходит из строя в результате форсированного износа поршневых колец и зеркала цилиндров. Накопление пыли в смазочном материале до 0,25 % по массе приводит к отказу подшипников качения за 1000 мото-ч при нормативной долговечности, в 10 раз большей.

Абразивное изнашивание длительное время связывали лишь с режущим действием абразивных частиц. С этим, представлением связан и сам термин «абразивный», происходящий от латинского слова«abrasio»—соскабливание.

При таком подходе процесс изнашивания соединения вал—под- шипник можно представить в виде схе-

		мы, показанной на рисунке 1.10.
		Абразивные частицы / и 2 по-раз-
		ному ведут себя в зависимости от твер-
		дости поверхностей соединенных де-
		талей. Когда одна из трущихся поверх-
		ностей (А) изготовлена из мягкого ма-
		териала,	абразивные	частицы 1
		поглощаются этой поверхностью, что
	Рис. 1.10. Схема абразивного	при малой концентрации абразивных
		частиц в смазочном материале предох-
	изнашвання соединения вал—	раняет твердую поверхность (В) от из-
	подшипник:
		носа. С течением времени мягкая по-
	А — мягкая поверхность; В —
		верхность	насыщается	абразивными
	твердые поверхности; 1и 2— аб-
	разивные частицы	частицами и превращается в своеоб-

разный абразивный инструмент, который царапает соединенный вал.

Если обе соединенные поверхности (В) имеют значительную твердость, то абразивные частицы 2, попадая в зазор между ними, или царапают их, или разрушаются, не повреждая ни ту ни другую. Все зависит от соотношения твердостей соединенных поверхностей и абразива.

Степень агрессивности абразивных частиц по отношению к изнашиваемым поверхностям оценивают коэффициентом твердости

(1.45)

где Н— микротвердость материала детали; Нг — микротвердость абразива.

Профессором М. М. Тененбаумом установлено критическое значение коэффициента твердости К1Х? = 0,5...0,7.

При Кг < 0,5 — интенсивное абразивное изнашивание, при Kj > 0,7 сопротивление материала абразивному изнашиванию резко возрастает.

Дальнейшие исследования показали, что твердость не может однозначно характеризовать сопротивление материала абразивному изнашиванию. Здесь оказываютвлияниепрочностные и некоторые другие свойства материала. Особенно интересными оказались свойства деформационных материалов.

Деформационными свойствами объясняется неожиданное поведение сравнительно мягких, пластичных материалов в условиях абразивного изнашивания. В отличие от ранее высказанного утверждения о решающем значении поверхностной твердости в снижении интенсивности абразивного изнашивания мягкие полимеры вполне удовлетворительно сопротивляются воздействию абразивных частиц.

Деформационные свойства проявляются в том, что напряжения на контактах абразивных частиц с пластмассами оказываются значительно меньшими по сравнению с напряжениями на. контактах тех же частиц с металлами. Это приводит к тому, что для разрушения пластмассовой поверхности требуются значительно большие усилия, чем для разрушения металла.

1.3.3. ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКОЕ РАЗРУШЕНИЕ МЕТАЛЛИЧЕСКИ X ПОВЕРХНОСТЕЙ (КОРРОЗИЯ)

Рассмотрим сущность электрохимической коррозии. Основная причина, вызывающаякоррозионное разрушение металлов, —про- текание на их поверхностях реакций взаимодействия мегалла с окружающей средой. Если последняя способна проводить электрический ток, то коррозию называют электрохимической.

Электрохимическая коррозия сопровождается упорядоченный движением ионов, т. е. появлением электрического тока.

40

Силу коррозионного тока определяют по закону Ома:
IKOp = (EK-Ea)/R,	(1.46)

где Eg. и Ег — электродные потенциалы катода и анода; R — омическое сопротивление системы.

Электродные потенциалы обычно находят по отношению к водородному электроду сравнения, потенциал которого принимают равным нулю. Для примера можно привести несколько значений электродных потенциалов: £^ = -1,67 В; £Ре = --0344В;

В соответствии с законом Ома появление тока коррозии (а с ним связан процесс электрохимической коррозии) имеет место при наличии разности потенциала (Ек - Ей > 0) и электропроводящей среды (R < °°). Другими словами, электрохимическая коррозия имеет место при наличии в системе неоднородных металлов (катода и анода) и окружающей среды в виде электролита. При этом образуется гальваническая пара, в которой один из металлов (анод) претерпевает разрушение.

На практике сплошь и рядом наблюдается коррозия однородных металлов. Коррозия последних происходит потому, что абсолютно однородные металлы в технике не применяют, так как они содержат включения графита, карбидов и др. Последние в сочетании с основным металлом образуют систему микрогальванических элементов, которые при наличии токопроводящей среды (электролита) приводят к электрохимической коррозии. Электролит образуется в результате конденсации влаги на поверхности металла и атмосферных газов (СОг, БОг и др.) в пленке воды.

Рассмотрим далее теоретические основы повышения надежности машин.

1.3.4. УМЕНЬШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ МЕХАНИЧЕСКОГО ИСТИРАНИЯ

Поскольку при механическом истирании имеют место все виды деформаций (смятие, срез, изгиб), то для решения поставленной задачи прочность и твердость материала деталей должны быть такими, чтобы противостоять этим деформациям. Отсюда следуют рекомендации по подбору соответствующих материалов, их термической обработке и т. д.

С точки зрения рассмотренной ранее молекулярно-механичес- кой теории износ — результат как деформации и разрушения поверхностных слоев соединенных деталей, так и их молекулярного взаимодействия. При этом в процессе приработки гладкая поверхность может стать шероховатой, и наоборот (рис. 1.11).

Профессором П. Е. Дьяченко установлено, что после приработки соединенных деталей устанавливается оптимальная с точки зре-

П

п

Рис. 1.11. Схемы образования оптимальной шероховатости поверхностей в процессе приработки:

а и б — возможные варианты; /—до приработки; II — после приработки

ния наибольшей износостойкости шероховатость, не зависящая от первоначальной шероховатости, полученной при механической обработке, и определяется лишь условиями изнашиванижрежимом нагружения и скоростью относительного перемещения. Для одних соединений минимальный износ будет иметь место при одной шероховатости, для других — при другой (рис. 1.12). В обоих случаях как увеличение шероховатости, так и ее уменьшение приводит к увеличению износа.

Сформулированный профессором П. Е. Дьяченко закон оптимизации шероховатости в процессе приработки приводит к следующей рекомендации по уменьшению интенсивности механического истирания поверхностей (повышению долговечности соединений): как при изготовлении новых, так и при восстановлении изношенных деталей необходимо выбирать такой технологический процесс окончательной механической обработки, при котором достигается оптимальный размер шероховатостей, естественно получаемый при правильно проведенной приработке соответствующих соединений.

Наиболее объективным счи-
тают выбор исходной щерохова-	и,*
тости по результатам ее замеров
после приработки. Для примера
приведем значения оптималь-
ной шероховатости рада ответ-
ственных соединений деталей:
для шатунных и коренных
шеек коленчатых валов опти-
мальная шероховатость колеб-
лется от 9-го до 11-го класса.
Заключительные операции их	р^. г 12 зависимость нзжка i
обработки — шлифование И ПО-	стай трения от шероховатости при раз-
лирование. Оптимальная шеро-	личныхусмвюи p*S»ni:
ХОВЗТОСТЬШатуННЫХИКОреННЫХ	,_ г о г е л ы х ; ^_ бадеелегтм

42

вкладышей должна быть на один класс грубее шероховатости соответствующих шеек валов;

зеркало гильз цилиндров должно обрабатываться до 9... 10-го класса шероховатости. Заключительные операции их обработки — расточка и хонингование. Шероховатость соединенных с зеркалом гильз цилиндров поршневых колец устанавливают на один класс ниже шероховатости гильз цилиндров.

Весьма эффективный способ уменьшения интенсивности изнашивания деталей машин, работающих при трении скольжения, — создание условий для жидкостного трения.

Для соединения типа вал—подшипник условие сохранения жидкостного трения выражают через среднюю высоту микронеровностей трущихся поверхностей (рис. 1.13), т. е.

Ат 5 п ^1,5(8в + 8П),

(1.47)

где Amin — минимальная толщина слоя смазочного материала в самом узком месте клиновидной щели (измеряют По впадинам микронеровностей); 8„ и 5П — средняя высота микронеровностей вала и подшипников.

Для формулирования условий обеспечения жидкостного трения формулу (1.44) целесообразно представить в следующем виде:

(1.48)

где К— постоянный коэффициент.

Анализируя зависимость (1.48), можно сформулировать основные условия для создания жидкостного трения.

1.Чем меньше угловая частота п и чем больше удельная нагрузка

рна подшипник, тем больше должна быть вязкость масла TI ДЛЯ сохранения необходимой толщины масляного слоя.

Исходя из этого, для тихоходных и тяжело нагруженных механизмов следует применять более вязкие масла. Например, летние масла для дизелей имеют кинематическую вязкость при 100 "С 11... 16 мм2/с, а для карбюраторныхдвигателей — 8... 10 ммус.

2. Анализируемая зависимость х\п/р показывает, насколькоопасна для ДВС такая нагрузка р,

f	при которой начинает снижать-
	ся частота вращения п коленча-
	того вала.
	Перегрузка двигателя приво-
	дит к резкому уменьшению тол-
	щины масляного слоя, что ха-
Рис. 1.13. Схемы к теоретическому обо-	рактеризуется металлическим
снованию создания условий жидкостного	контактом трущихся поверхно-
трения:	стей и форсированным изно-
1 — вал; 2— подшипник	СОМ.

3. При пусках и остановках машин, когда и = 0, масло выжимается из зазора между поверхностями трения, имеет место интенсивное изнашивание. Пуски особенно опасны при низкой температуре. Установлено, что один пуск автомобиля при температуре минус 30 °С эквивалентен по износу пробегу 700 км при нормальном температурном режиме. Вот почему важно подогревать масло и воду перед пуском двигателя.

Если жидкостное трение как наиболее радикальное средство снижения интенсивности изнашивания неосуществимо в каких-то соединениях (поршневой палец—бобышки поршня, шестерни трансмиссии и др.), то необходимо создать условия для граничного трения.

Для обеспечения устойчивого граничного трения современные минеральные масла выпускают со специальными присадками.

1.3.5. УМЕНЬШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ АБРАЗИВНОГО ИЗНАШИВАНИЯ

Для уменьшения интенсивности абразивного изнашивания необходимо поставить преграду для абразивных частиц на пути к поверхностям трения с помощью уплотнений, воздухоочистителей и маслофильтров, а также тщательной очисткой агрегатов, сборочных единиц и деталей машин при их ремонте.

Уплотнения, воздухоочистители и маслофильтры устанавливают в машины при их изготовлении. Очистку выполняют при техническом сервисе.

Исходя из представленного ранее коэффициента твердости [см. формулу (1.45)], интенсивность абразивного изнашивания резко уменьшается при А^ > 0,7.

Для придания трущимся поверхностям наибольшего сопротивления абразивному изнашиванию применяют специальные ьвды наплавок и гальванических покрытий, например хромирование. В этих же целях наряду с известными видами термической обра.ботки (цементации, закалки и др.) в ремонтном производстве применяют термомеханическую обработку (ТМО), электромеханическую обработку (ЭМО) и др.

Новый метод повышения надежности деталей машин, работающих в абразивной среде, — облицовывание металлических поверхностей пластическими массами и резиной. Эта мера снижения интенсивности абразивного изнашивания вытекает из рассмотренного ранее механизма взаимодействия пластмасс с твердыми частицами, когда проявляются деформационные свойства полимерного материала. Характерный пример такой защиты — изготовление поддерживающих роликовс резиновымибандажаминатусеничньк тракторах.

44

45

1.3.6. УМЕНЬШЕНИЕ ИНТЕНСИВНОСТИ КОРРОЗИИ

Для уменьшения интенсивности коррозии черные металлы покрывают другими металлами, применяют консервационные материалы, наносят лакокрасочные покрытия (ЛKIT). Рассмотрим два первых способа.

Покрытие черных металлов другими металлами. Чтобы уменьшить коррозию черных металлов, их поверхность можно покрывать как менее стойкими в коррозионном отношении металлами (анидные покрытия), так и более стойкими (катодные покрытия). В зависимости от этого покрытия будут по-разному выполнять свою защитную функцию.

А н о д н ы е п о к р ы т и я —это такая защита, при которой электродный потенциал покрытия оказывается более отрицательным по отношению к металлу защищаемой конструкции, например Zn-Fe (рис. 1.14).

При наличии царапин или пор в цинковом покрытии образуется гальваническая пара, в которой более отрицательным электрическим потенциалом обладает Zn, а менее активным металлом является Fe.

Физическая сущность такой защиты заключается в следующем. Электроны более активного металла (Zn) перетекают на металл с меньшей активностью (Fe) и удерживают положительные катионы последнего от перехода в электролит. В результате замедляется разрушение конструкции. Железо в этой паре не корродирует до тех пор, пока не будет разрушен слой цинка в радиусе его действия.

Таким образом, защита металла от коррозии нанесением на его поверхность анодного покрытия сводится к жертве одного металла (более активного) для спасения другого (менее активного). Такой метод уменьшения интенсивности коррозии называют протекторной защитой. Впервые она была применена для предотвращения коррозии стальной обшивки морских судов. К корпусу судна прикрепляли цинковые пластины (аноды), которые, растворяясь в морской воде, защищали стальной корпус, выполнявший роль катода. Эффективность протекторной защиты зависит не только от

	материала протектора, но и от
/	электропроводности электроли-
i v	т а : ч е м выше его проводимость,
	темна большуюповерхностьрас-
	пространяетсязащитное действие
	протектора.
	Протекторы располагают у
	наиболее опасных в коррозион-
Рис. 1.14. Схема аводного покрытая	НОМ ОТНОШеНИИ МвСТ КОНСТруК-
Zn-Fe:	Ц И и. Так, в тракторах типа МТЗ
/ - царапина с электролитом; 2 - элект-	Защита Применена ДЛЯ ПреДОХра-
роны более активного металла	нения нижнего резервуара радиа-

тора водяного охлаждения двигателя. Резервуар изготовлен из листовой стали. Трубки радиатор? латунные. В активной паре Cu-tFe роль анода выполняет стальной резервуар. Для его за-

щит}! от коррозионного разру-	Рис. 1.15. Схема катодного покрытия
шения к внутренней поверхнос-	Sn-Fe:
ти припаивают цинковую плас-	1 — царапинас электролитом; 2 — коррозия
тинудразмером 50 х 70 х 4 мм.	защищаемогометалла

К а т о д н ы е п о к р ы т и я — это такая защита, при которой электродный потенциал покрытия

оказрвается более положительным по отношению к металлу защищаемой конструкции, например Sn—Fe (рис. 1.15). При наличии царапины или трещины такое покрытие не только не защищает конструкцию от разрушения, но и, наоборот, ускоряет коррозию, так как в гальванической паре Sn—Fe более активным металлом является железо и коррозия распространяется под слой более благородного металла.

Следовательно, при катодных покрытиях очень важно не допус-

тить в них пор и трещин.

Применениеконсервадионных материалов. Консервационные материалы (замедлители коррозии) образуют на металлической поверхности защитные пленки, которые изолируют металл от окружающей среды и разрушают систему гальванических микроэлементов на его поверхности.

Разработаны сотни различных консервационных материалов.

Приведем перечень препаратов,	выпускаемых на предприятиях
РОССИИ.	r-w-

1. Пластичные смазки (пушечная смазка, смазки АМС иЗЭС) ха-

рактеризуются высокой защитной эффективностью, нозначительной трудоемкостью какпри консервации, таки прирасконсервации.

2. Жидкие консервационные масла [НГ-203 (А, Б, В) и К-171 характеризуются хорошей технологичностью, но защитная способность их невысокая из-за возможности смыва атмосферными осадками. Их применяют для консервации внутренних поверхностей

двигателей.

3.Пленкообразующие ингибированные нефтяные составы (ЩШСы) [НГг21б (А, Б, В) и Ингибит-С] образуют на защищаемой поверхности твердые и полутвердые пленки. Эти составы применяют для противокоррозионной защиты техники на ©ткрыгых площадках.

4.Защитные восковые дисперсии (ЗВВД-13, ИВВС-70«м и ПЭВ-74) — это суспензии защитных материалов в воде (ЗВВД-U, ИВВС-706М) или в бензине (ПЭВ-74). Такие составы обеспечивают защиту от атмосферной коррозии деталей машин ке только из металла, но и также из резины и лакокрасочныхпокрытий.

46

47