Методы определения износа машины

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

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

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

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

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

Рис. 5. Схема вырезания лунок

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

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

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

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

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

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

Методы определения износа машины

Испытания на трение и износ в общем виде можно проводить в четыре основных этапа: – первый —лабораторные испытания для оценки различных физико(химико)-механических свойств материала; – второй — лабораторные испытания для определения влияния различных факторов на трение и износ материалов; – третий — стендовые испытания для оценки новых разработок; – четвертый — натурные испытания для определения надежности работы механизмов или машины в целом.

Каждый последующий этап отличается от предыдущего степенью приближения работы материала к реальным условиям.

Все методы определения износа делятся на две группы: периодического измерения деталей, образующих соединение, и косвенным путем при испытании машины без ее остановки.

Рекламные предложения на основе ваших интересов:

Методы определения износа периодическим измерением деталей определяют:
микрометрическими измерениями или методом микрометража. Чаще всего его используют при больших абсолютных величинах износа деталей. Он основан на измерении детали до и после испытания на изнашивание. Правило, общее для всех типов подшипников.

Точность измерений обычно составляет 0,01…0,001 мм.

В качестве средств при оценке износа методом микрометража применяются концевые меры длины, микрометры, индикаторные нутрометры, рычажные скобы, рычаж-но-механические приборы, рычажно-оптические приборы, инструментальные и универсальные микроскопы;
по потере массы — этот метод обычно применяется для определения износа небольших деталей их взвешиванием до и после изнашивания.

Точность этого метода зависит от точности весов и находится в пределах (0,05…5)10-6 г. Потерю массы не рекомендуется измерять в тех случаях, когда размеры детали меняются не только вследствие отделения от нее частиц металла, но и из-за пластического деформирования, а также при определении износа деталей, изготовленных из пористых материалов, пропитанных маслом. В качестве средств измерения используют различные весы: приборные ПР-500, аналитические ВА-200, АДВ-200М, технические, настольные, закрытые ВНЗ-3 и др.;
первый и второй методы применяются как на производстве, так и при научных исследованиях;
методом искусственных баз, заключающимся в вычислении расстояния от поверхности трения до дна углубления, искусственно сделанного на этой поверхности и закономерно суживающегося ко дну. Ось углубления расположена перпендикулярно к поверхности трения, и линейный износ поверхности определяют в направлении этой оси.

Способы нанесения углублений (как правило, алмазным или твердосплавным инструментом) различны: вдавливанием алмазного конуса, шарика, высверливанием, вырезанием лунок.

Для определения износа цилиндров и поршневых колец двигателей, имеющих диаметр 62,5…155 мм, служит прибор УПОИ-6, основанный на методе вырезанных лунок.

Измерение износа испытания без остановки машины производят несколькими способами: – по содержанию продуктов износа в отработанном масле. Этот способ, как правило, используют при стендовых испытаниях, и заключается он в том, что продукты износа (металлические частицы и их оксиды), увлекаемые смазкой, собирают, отбирают из них пробу, сжигают ее и по оставшемуся содержанию металла судят об износе; – с помощью радиоактивных изотопов, когда в исследуемый образец вводят радиоактивный изотоп сурьмы, вольфрама или кобальта. При износе образец омывается смазкой, которая уносит продукты износа вместе с радиоактивным изотопом. Проходя через счетчик элементарных частиц, измеряющих нарастающую по мере износа радиоактивность смазки, накапливающийся в масле изотоп дает возможность судить об износе. Этот метод позволяет изучать износ нескольких деталей механизмов или машины одновременно. Существенный недостаток— сложность подготовки образцов, а также применение специальной аппаратуры для измерения излучения.

Кроме описанных методов определения износа без остановки машины, существуют специальные методы, позволяющие довольно точно определить износ при помощи пневматического микрометрирования, рычажных приспособлений и индикаторов часового типа, двух сообщающихся сосудов с диафрагмой в одном из них, индуктивных датчиков, тензометрического микрометрирования.

Виды износа. Методы определения степени физического износа машин при оценке

Одним из главных факторов, вызывающих уменьшение надежности машин с течением времени, является износ, которому с начала эксплуатации подвергаются машины и оборудование, но определение и оценка износа машин достаточно трудоемкая задача.

В.Ю. Белопашенцев, эксперт-автотехник, практикующий оценщик машин и оборудования с 1997 г., – о методах определения различных видов износа.

Износ – это технико-экономическое понятие, отражающее, с одной стороны, снижение уровня потребительских свойств машины и уменьшение ее работоспособности, а с другой стороны – соответствующее этим процессам снижение стоимости машины как объекта оценки.

Оценщики в качестве основных факторов устаревания, а значит, обесценения машин и оборудования учитывают физический, функциональный и экономический износ.

При оценке машин и оборудования важно учитывать все три вида износа, это обусловлено следующими причинами:

а)относительно небольшими (на фоне других активов) нормативными сроками службы большинства машин, что свидетельствует о существенности физического износа на их стоимость;

б)высокой динамикой появления новых технологий, материалов и конструкций машин, способствующей их относительно быстрому функциональному износу;

в)относительно быстрым изменением спроса на многие виды продукции, производимые технологическим оборудованием, а также конкуренцией этой продукции с иностранными товарами, что приводит в ряде случаев к внешнему (экономическому) износу этого оборудования.

Примечание

При использовании доходного подхода не требуется специальный учет какого-либо износа, т.к. влияние каждого из них проявится в величине дохода, создаваемого объектом оценки. Очевидно, что, чем больше будет каждый из износов, тем меньше будет величина дохода и, соответственно, стоимость объекта оценки.

При использовании сравнительного подхода определение физического износа часто требуется для корректировки цен близких аналогов по степени износа. При этом функциональный и внешний (экономический) износы могут учитываться косвенно, через цены близких аналогов или идентичных объектов (взвешены на весах рынка).

Лишь при использовании затратного подхода процесс определения стоимости (С) объекта оценки сводится к определению полной стоимости воспроизводства (Свс) последующим учетом обесценения вследствие действия всех трех видов износа.

Простая зависимость

При оценке машин и оборудования определение и учет износа необходимы в связи с его существенным влиянием на стоимость оценки объекта оценки. Физический износ машины приводит к ухудшению технических показателей, что неминуемо отражается на ее стоимости. В общем случае стоимость (С) и физический износ машины связаны простой зависимостью:

где С_в – полная стоимость воспроизводства (восстановительная стоимость) машины,

С_{из физ} – стоимость физического износа машины,

К_{из физ} – коэффициент ее физического износа.

Как видно из формулы (1), К_{из физ} представляет собой долю стоимости воспроизводства, которую машина потеряла вследствие физического износа.

Методы определения

Известны следующие методы определения степени физического износа машин при их оценке.

Метод экспертизы физического состояния.
Смысл при применении этого метода заключается в сопоставлении объекту оценки одного из множества описаний его возможных технических состояний, в которых он может оказаться в результате износа.

Обычно такое множество имеет вид экспертных шкал и таблиц, строки которых соответствуют различным состояниям и стадиям износа объектов оценки, с указанием соответствующих коэффициентов физического износа. Пример такой шкалы приведен в таблице.

Чтобы связать износ машины с ее стоимостью, таблицы-шкалы для определения коэффициентов износа обычно строят на основе обработки статистической информации о ценах новых и бывших в эксплуатации машин.

Физический

износ (%)

Оценка

технического состояния

Характеристика технического

состояния

Новое, установленное, но еще не эксплуатировавшееся оборудование в отличном состоянии.

Бывшее в эксплуатации оборудование, полностью отремонтированное или реконструированное, в отличном состоянии.

Бывшее в эксплуатации оборудование, полностью отремонтированное или реконструированное, в отличном состоянии

Бывшее в эксплуатации оборудование, требующее некоторого ремонта или замены отдельных мелких частей (подшипники, вкладыши и т.п.)

Бывшее в эксплуатации оборудование в состоянии, пригодном для дальнейшей эксплуатации, но требующее значительного ремонта или замены главных частей (двигатель и т.п.)

Бывшее в эксплуатации оборудование, требующее капитального ремонта (например, замены рабочих органов основного агрегата)

Негодное к применению

Оборудование, в отношении которого нет разумных перспектив на продажу, кроме как по стоимости основных материалов, которые можно из него извлечь (скраповая стоимость).

Метод экспертизы физического состояния оценщик достаточно точно может применить только в ситуациях, когда он хорошо знаком с объектом оценки. В остальных случаях при определении коэффициента физического износа этим методом оценщик может привлекать квалифицированных специалистов в области эксплуатации оборудования для консультаций по его техническому состоянию (независимых экспертов).

Метод эффективного возраста
Для оценки износа машин вводится понятие эффективного возраста (Т_эф). Если хронологический возраст (Т) – это количество лет, прошедших со времени создания машины, то эффективный возраст (Т_эф) – это возраст, соответствующий физическому состоянию машины, отражающий фактическую наработку машины за срок (Т) и учитывающий условия ее эксплуатации. Знание эффективного возраста объекта оценки позволяет более обоснованно судить о его износе.

Обычно для определения Т_эф экспертно оценивают остающийся срок службы Т_ост объекта оценки до его изъятия из эксплуатации и списания. В этом случае
Т_эф= Т_н – Т_ост

Определение остающегося срока предполагает, что оценщику известно, как машина будет эксплуатироваться с момента оценки до самого окончания срока ее службы (сменность, нагрузки, условия работы и т.п.).

Экспертно-аналитический метод
Метод предполагает определение коэффициента физического износа машины при одновременном учете ее хронологического возраста и экспертной балльной оценки физического состояния. В данном случае коэффициент физического износа получается на основе цен на подержанные и новые машины и оборудование, т.е. он отражает реакцию вторичного рынка на степень физического износа машин и оборудования.

Метод средневзвешенного хронологического возраста
Метод может быть применен тогда, когда после нескольких лет эксплуатации машины заменен ряд агрегатов и деталей, и их возраст оказался разным. В этом случае коэффициент физического износа может быть рассчитан по формуле

К_{из физ} = Т_ср/взв/ Т_н,
где Т_ср/взв – средневзвешенный хронологический возраст машины.

Метод ухудшения главного параметра
Метод предполагает, что физический износ проявляется в ухудшении какого-либо одного характерного эксплуатационного параметра машины: производительности, точности, мощности, расхода топлива и т.д.
Если такой параметр найден для данного вида машин, то коэффициент физического износа рассчитывается следующим образом:

К_{из физ} = 1 – (Х/Хо)*n,
где Х, Хо – значение главного параметра машины в начале эксплуатации и на момент оценки,
n – показатель степени (0,6-0,8)