Износ деталей в механизмах. Виды, возникновение износа

Определение износа

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

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

Замедляют старение следующие факторы:

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

Вследствие снижения эксплуатационных характеристик снижается также и потребительская стоимость изделий.

Особенности окислительного изнашивания

Данный вид изнашивания возникает в том случае, когда на поверхности трущихся деталей возникает рыхлая пленка окислов, которая быстро удаляется с поверхности в результате трения. Большинство машиностроительных материалов склонны к окислению на воздухе при повышенных температурах. Поэтому такому виду изнашивания деталей подвержены механизмы, которые работают без смазки и без системы охлаждения.

Чем больше скорость разрушения окисной пленки и чем больше скорость ее образования, тем интенсивнее происходит износ поверхностей.

Такой вид изнашивания характерен для шарнирных и болтовых соединений, различных подвесных механизмов, да и вообще для всех узлов, работающих без смазки.

С увеличением скорости трения увеличивается температура трущихся поверхностей. Это приводит к интенсификации разрушительных процессов. Аналогичное воздействие оказывает и увеличение ударных нагрузок.

Виды износа

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

Классификация видов износа

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

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

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

Абразивный

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

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

Абразивный вид износа

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

Газоабразивный

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

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

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

Скачать ГОСТ 27674-88

Гидроабразивный

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

Гидроабразивный вид износа

Такому воздействию подвержены:

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

Иногда гидроабразивные процессы усугубляются воздействием агрессивной жидкой среды.

Кавитационный

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

Кавитационный вид износа

Адгезионный

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

Адгезионный вид износа

Тепловой

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

Усталостный

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

Усталостный износ

Фреттинговый

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

Фреттинг

Существуют и другие, менее распространенные специфические виды старения.

Некоторые особенности эрозионного изнашивания

Рассматривая виды трения и изнашивания, нельзя упустить из виду так называемое эрозионное изнашивание. Говоря простым языком, это разрушение поверхностей под воздействием окружающей среды.

В инженерном деле под этим понятием понимается разрушение поверхностей деталей машин и узлов механизмов под воздействием факторов окружающей среды. К таким факторам влияния можно отнести потоки воздуха и жидкости, пар или разнообразные газы. Причиной износа является, как и прежде, трение. Только в этом случае на поверхность воздействуют не частицы абразива, а молекулы газа или жидкости.

В ходе этого процесса возникают микротрещины. Молекулы жидкости и пара под высоким давлением проникают в них и способствуют разрушению всех поверхностных слоев изделий.

Жидкость или пар могут содержать и абразивные частицы во взвешенном состоянии. В этом случае такая смесь будет вызывать абразивно-эрозионное разрушение и изнашивание.

Типы износа

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

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

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

Физический износ

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

Кроме степени, физический износ также разделяется на рода:

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

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

Функциональный износ

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

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

Функциональный износ

Функциональный износ также подразделяют по вызвавшим его факторам:

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

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

Экономический износ

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

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

Экономический износ

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

Усталостное изнашивание и его характеристики

Виды изнашивания и нарушения геометрии весьма многообразны. Много проблем инженерам–конструкторам и инженерам-механикам доставляет усталостное выкрашивание поверхностей деталей. Этот «недуг» очень коварный. Явление усталостного выкрашивания возникает в деталях, которые работают на протяжении длительного времени в условиях знакопеременных нагрузок. Это характерная «болезнь» зубчатых соединений.

Этот вид изнашивания сопровождается зарождением трещин на поверхности и их проникновением вглубь изделия. На незначительной площади поверхности возникает целая сеть таких вот микротрещин. Под воздействием давлений и температур небольшие разрозненные кусочки металла отслаиваются от основного тела и отпадают. Немаловажную роль в этом процессе играет смазка (масло), которая проникает в микротрещины и содействует разрушению.

Основные причины и способы как определить износ

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

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

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

Последствия

Из-за износа понижается производительность у оборудования и машин. Это связано с простоями, ремонтом, дополнительным обслуживанием. Кроме этого, есть определенное влияние и на технические параметры. Причем только в худшую сторону. Например, у металлорежущего оборудования ухудшается точность обработки. Из-за этого необходимо чаще проверять и налаживать устройства. Да и о просто увеличенном выходе бракованной продукции забывать не нужно. Например, считается, что у машин эффективность может уменьшиться за 10 лет эксплуатации на значение до 25%.

Способы учета

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

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

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

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

Как повлиять на показатель?

Износ сооружений, оборудования, узлов и деталей – это неизбежное. Но вот растянуть этот процесс вполне возможно. Фактическое значение зависит от ресурса и срока службы. Первый параметр определяется наработкой, тогда как второй календарной продолжительностью эксплуатации. Обычно при создании объекта указывается/просчитывается, сколько он может проработать. Например, на автомобиль дают гарантию в 100 тысяч километров или 5 лет. Но дополнительно влияние оказывает и состояние окружающей среды, и наличие пиковых нагрузок, периодичность и качество технического обслуживания/ремонта, режим и интенсивность эксплуатации. Держа все эти показатели в разумных рамках, можно добиться существенных результатов.