Монтаж и ремонт горных машин и электрооборудования

Автор: Курбатова О.А., Павлюченко В.М.
Год: 2004
Формат: PDF, Word
Размер: 24,52 Мб (два файла в одном архиве)

Учебное пособие. Изложен весь комплекс вопросов, связанных с ремонтом и монтажом горных машин и электрооборудования. Уделено внимание диагностике и ремонту деталей.
Пособие предназначено для широкого круга студента горных специальностей.

Оглавление:
Часть I. Монтаж и ремонт горных машин.
Условия эксплуатации горных машин и электрооборудования.
Техническая эксплуатация горных машин и электрооборудования.
Условия эксплуатации горного оборудования.
Общие вопросы эксплуатации.
Приемка оборудования на горном предприятии.
Нормативная и проектная документация.
Хранение горного оборудования.
Монтаж горных машин:
— Общие сведения;
— Монтажная документация;
— Подготовка фундаментов;
— Монтаж оборудования;
— Монтаж отдельных видов горных машин.
Монтаж горного оборудования в подземных выработках.
Контрольная сборка оборудования на поверхности.
Доставка горного оборудования на место монтажа.
Выбор рациональных технологических схем производства
монтажных работ.
Монтаж забойного оборудования.
Основные технологические операции при монтаже
очистного комбайна.
Монтаж горного оборудования на открытых горных работах.
Доставка оборудования к месту монтажа на карьерах.
Монтаж горных машин на карьерах.
Монтаж одноковшовых экскаваторов.
Монтаж шагающих экскаваторов.
Монтаж роторных комплексов.
Обкатка и испытание машин.
Основные неисправности горных машин.
Техническое состояние горного оборудования.
Виды разрушения деталей.
Изнашивание.
Методы измерения износа деталей.
Мероприятия по замедлению износа деталей машин.
Техническое обслуживание и ремонт горного оборудования.
Система ППР.
Структура ремонтного цикла.
Организация технического обслуживания и ремонтов.
Планирование ремонтов горных машин и оборудования.
Обеспечение горных машин и электрооборудования
запасными деталями и узлами.
Технология подготовки машин к ремонту.
Организационно-технологические методы проведения
ремонтов.
Сдача машин в ремонт и разборка машин.
Мойка деталей.
Методы измерения, контроль и дефектоскопия деталей.
Технология ремонта основных деталей горных машин.
Восстановление деталей механической обработкой.
Ремонт деталей сваркой.
Ремонт деталей металлизацией.
Электрохимические и химические способы восстановления и обработки деталей.
Электрофизические способы восстановления деталей.
Восстановление деталей полимерными материалами.
Смазка машин и оборудования.
Классификация смазочных материалов:
— Смазочные масла;
— Консистентные смазки;
— Смазочные системы;
— Испытание смазочных материалов.
Определение расхода смазочных материалов.
Регенерация масла.
Приемка, хранение, и выдача горюче-смазочных
материалов.
Централизованный ремонт.
Подземные ремонтные базы шахт.
Поверхностные ремонтно-механические мастерские.
Ремонтные механические мастерские карьеров.
Центральные электромеханические мастерские (ЦЭММ).
Проектирование ремонтных баз.
ЧАСТЬ II. Монтаж и ремонт горного электрооборудования.
Требования к горному электрооборудованию.
Классификация электропомещений.
Классификация электрооборудования.
Контроль состояния электрооборудования.
Требования к электротехническому персоналу.
Средства защиты, применяемые в электроустановках.
Безопасное производство работ в действующих электроустановках.
Поражение электрическим током. Первая помощь
при поражении электрическим током.
Монтаж и ремонт электрических машин.
Монтаж электрических машин.
Испытание электрических машин.
Особенности монтажа электрических машин в горных выработках.
Монтаж взрывобезопасного электрооборудования.
Монтаж комплектных распределительных устройств (КРУ).
Монтаж силовых трансформаторов и передвижных
трансформаторных подстанций.
Монтаж распределительных пунктов.
Монтаж аппаратуры газовой защиты.
Монтаж электрооборудования электровозных гаражей и преобразовательных подстанций.
Монтаж аппаратуры автоматизации.
Монтаж средств автоматизации на поверхности шахты.
Монтаж аппаратуры автоматизации в шахте.
Монтаж электрического освещения.
Монтаж осветительных установок на поверхности шахт.
Монтаж осветительных установок в шахтах.
Освещение карьеров.
Монтаж электрооборудования подстанций и распределительных устройств.
Монтаж изоляторов и шин.
Монтаж разъединителей, отделителей, короткозамыкателей и предохранителей.
Монтаж выключателей.
Монтаж реакторов.
Монтаж измерительных трансформаторов.
Монтаж силовых трансформаторов.
Монтаж комплектных трансформаторных подстанций (КТП)
и комплектных распределительных устройств (КРУ).
Монтаж электрических аппаратов.
Монтаж кабельных линий.
Раскатка кабелей.
Прокладка кабеля на поверхности шахт и рудников.
Прокладка кабелей в подземных выработках.
Соединение и присоединение кабеля.
Защиты металлических оболочек кабеля от коррозии.
Воздушные линии электропередачи.
Строительные работы.
Монтаж воздушных линий электропередачи.
Защитное заземление.
Назначение и конструкция заземляющих устройств.
Заземление электрического оборудования.
Монтаж заземления подземных электроустановок.
Защитное заземление на карьерах.
Ремонт и техническое обслуживание электрооборудования.
Организация ремонта электрооборудования.
Ремонт электрических двигателей.
Ремонт взрывозащищенного электрооборудования.
Ремонт выключателей.
Ремонт разъединителей и предохранителей.
Ремонт электрических аппаратов.
Ремонт изоляторов и шин.
Ремонт реакторов.
Ремонт измерительных трансформаторов.
Ремонт силовых трансформаторов.
Ремонт комплектного распределительного устройства (КРУ).
Ремонт кабелей.
Обход и осмотр, техническое обслуживание (ТО) и ремонт линий электропередачи (ЛЭП).
Техническое обслуживание (ТО) и ремонт защитного заземления.

Методы ремонта горных машин

К ОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.

Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.

Н.М. ТРЕГУБОВ, Л.Ф. АКАСТЕЛОВ

ДОПУЩЕНО МИНИСТЕРСТВОМ ТЯЖЕЛОГО

И ТРАНСПОРТНОГО МАШИНОСТРОЕНИЯ

ДЛЯ МАШИНОСТРОИТЕЛЬНЫХ ТЕХНИКУМОВ

МОСКВА «НЕДРА» 1978

ВВЕДЕНИЕ. 4 Контрольные вопросы. 6 ГЛАВА 1. НАДЕЖНОСТЬ ГОРНЫХ МАШИН. 7 § 1. Характеристика и условия работы горного оборудования. Характеристика горных машин. Условия работы горных машин. Требования, предъявляемые к горным машинам. § 2. Факторы, определяющие надежность горных машин. § 3. Трение и износ. Виды трения. Общее понятие об изнашиваемости горных машин. Классификация износов. Методы уменьшения износа. § 4. Определение неисправностей оборудования. Методы обнаружения неисправностей машин. Обнаружение неисправностей деталей машин. § 5. Допустимый износ деталей. Общие сведения о допусках и посадках. Влияние качества поверхности деталей на посадку. Допустимый износ деталей. Измерение износов. Инструменты и приборы для измерения степени износа. § 6. Прочность элементов горных машин. Влияние характеристик привода на формирование нагрузок. Основные пути улучшения динамических характеристик горных машин. § 7. Смазка и уход за горным оборудованием. Общие сведения о смазочных материалах. Физико-химические свойства смазочных масел. Сорта смазок, применяемых при эксплуатации горных машин. Выбор смазочных материалов. Смазывание горных машин. Карты смазки. Нормы расхода смазочных материалов. Уплотняющие устройства горных машин. Газовая смазка. § 8. Организация смазочного хозяйства. Оборудование кладовой. Выдача и доставка смазочных материалов. Сбор и регенерация отработанных масел. Контрольные вопросы. ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ РЕМОНТНОЙ СЛУЖБЫ В ГОРНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ. § 9. Ремонтные службы горного предприятия. Назначение и структура ремонтных служб. Категории ремонтных рабочих. Учет оборудования. § 10. Система планово-предупредительных ремонтов горного оборудования. Обоснование системы планово-предупредительных ремонтов оборудования. Положение о планово-предупредительных ремонтах. Составные элементы системы планово-предупредительных ремонтов. Аварийные ремонты. § 11. Организация и планирование ремонтов. Основные ремонтные нормативы. Планирование ремонтов. Передача оборудования в ремонт и приемка его после ремонта. Порядок списания оборудования. § 12. Ремонтные базы горных предприятий. § 13. Ремонтные предприятия. Центральные электромеханические мастерские. Ремонтные заводы. Специализация и кооперирование ремонтных предприятий. Контрольные вопросы.

. ГЛАВА 3 ТЕХНОЛОГИЯ РЕМОНТА ГОРНЫХ МАШИН. § 14. Понятие о технологическом процессе ремонта. Подготовка ремонтов. Организационная подготовка капитального ремонта машины. Конструкторская подготовка. Технологическая подготовка. Разборка машин. Мойка деталей. Сортировка деталей по годности. § 15. Восстановление деталей механической обработкой. Ремонтные размеры. Восстановление деталей механической обработкой. § 16. Восстановление деталей сваркой и наплавкой. Оборудование для электродуговой сварки. Оборудование для газовой сварки и резки. Подготовка деталей к сварке. Ремонт стальных деталей сваркой. Ремонт сваркой деталей из чугуна. Сварка деталей из алюминия. Наплавкой твердыми сплавами. Восстановление деталей вибродуговой наплавкой. Другие виды сварки и наплавки деталей. § 17. Другие способы восстановления деталей. Восстановление деталей металлизацией. Плазменное напыление материалов. Восстановление деталей электролитическим покрытием. Химическое покрытие деталей никелем и хромом. Ремонт деталей полимерными материалами. Восстановление деталей электрическими способами обработки металлов. § 18. Ремонт деталей и узлов горных машин. Ремонт осей и валов. Ремонт деталей зубчатых и цепных передач. Ремонт резьбовых, шпоночных и шлицевых соединений. Восстановление подшипниковых узлов. Ремонт цилиндров и поршней. Устранение неисправностей муфт. Ремонт пружин и рессор. Ремонт деталей гидравлических устройств. Ремонт металлоконструкций. § 19. Балансировка деталей и узлов после ремонта. § 20. Сборка машин. § 21. Особенности сборки узлов. § 22. Контроль и испытание машин после ремонта. Контрольные вопросы. ГЛАВА 4. РЕМОНТ ГОРНОГО ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЯ. § 23. Общие вопросы ремонта электрических машин и аппаратов. § 24. Ремонт пусковой и регулирующей аппаратуры. § 25. Ремонт электродвигателей постоянного тока. § 26. Ремонт двигателей переменного тока. § 27. Основные требования, предъявляемые к электрооборудованию взрывобезопасного исполнения. Контрольные вопросы. ГЛАВА 5. ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ В РЕМОНТНОМ ПРОИЗВОДСТВЕ. § 28. Общие вопросы техники безопасности и промышленной санитарии. § 29. Основные правила безопасности при ремонтных работах. Слесарные работы. Электрослесарные работы. Сварочные работы. § 30. Создание благоприятных условий труда в гальванических отделениях. Контрольные вопросы. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ. ВВЕДЕНИЕ Неуклонное развитие народного хозяйства нашей страны неразрывно связано с развитием сырьевой базы современной индустрии — горнодобывающей промышленности. Поэтому пяти летними планами постоянно предусматривается наращивание производственных мощностей, по вышение технической вооруженности этой отрасли, комплексная механизация и автоматизация производственных процессов. Для добычи руд и угля открытым и подземным способами в стране создан ряд высокопроизводительных машин и комплексов, которые по своим техническим дан ным находятся на уровне лучших зарубежных образцов, а конструкции многих отечественных машин не имеют аналогов в зарубежной практике.

Дальнейшее развитие горнодобывающей промышленности будет происходить не только за счет ввода в эксплуатацию новых предприятий, разработки новых горных машин и комплексов, но и путем интенсификации работы существующего оборудования, его модернизации и продления сроков службы. Это обусловлено тем, что долговечность некоторых узлов и Деталей горных ма шин зачастую ниже технически возможных и экономически целесообразных сроков.

Наш век является веком научно-технической революции, веком комплексной механизации и автоматизации производственных процессов. По мере создания горных комплексов, автоматиче ских и поточных линий значение надежности оборудования значительно возрастает. Это связано с тем, что при комплексной работе горных машин или поточной технологии горного производства поломка одной какой-либо детали приводит к простою не одной машины, а всего комплекса, всей технологической линии, что наносит большой материальный ущерб народному хозяйству страны.

В связи с этим интересы современного горного производства требуют, чтобы оборудование работало бесперебойно в течение достаточно длительного, заранее заданного межремонтного пе риода. Для достижения поставленной цели необходимо полностью исключить причины, вызы вающие поломки деталей, и поднять до целесообразного уровня их износостойкость.

Опыт и вся история развития техники свидетельствуют о том;

что создание горного обору дования высокой надежности и хороших условий для его безаварийной работы является весьма длительным процессом. Этот процесс связан с необходимостью создания высокопрочных мате риалов, идущих на изготовление оборудования, требует коренного улучшения конструкций гор ных: машин и технологии их производства, совершенствования технологии горных работ, роста квалификации рабочих кадров машиностроителей и эксплуатационников и дальнейшего воспита ния их коммунистического отношения к труду. Поэтому, наряду с решением этих задач, на данном этапе развития горного производства одним из путей быстрейшего повышения эффективности ра боты оборудования, повышения его надежности является организация своевременных и качест венных профилактических ремонтов. Для этого на горнодобывающих предприятиях имеются ре монтные мастерские, участки и цехи, развивается сеть ремонтных заводов и гарантийных служб заводов-изготовителей горного оборудования.

Повышение надежности машин неразрывно связано с необходимостью понижения интен сивности их износа, что является одной из важнейших научно-технических проблем. В исследова нии вопросов велика роль русских и советских ученых. Еще в 1752 г. гениальный русский ученый М.В. Ломоносов исследовал процесс износа металлов истиранием. В 1920 г. Д.Л. Бабошин ставил опыты по истиранию стали и вопросы износа деталей. В этой же связи необходимо отметить име на таких деятелей отечественной науки, как проф. Н.II. Петров — основоположник гидродинами ческой теории трения и смазки, которая в дальнейшем была развита проф. Н.Е. Жуковским, акад.

С.А. Чаплыгиным, проф. Н.И. Мерцаловым и др.;

акад. Н.Н. Давиденков, который в 1929 г. впер вые ввел в свой курс лекций раздел об износе металлов, где рассмотрел методы и результаты ис пытания металлов на износ;

проф. А.К. Зайцев, выполнивший большой объем теоретических и экспериментальных работ по изучению износа металлов, свойств антифрикционных материалов и смазок;

проф. И.В. Крагельский, разработавший классификацию видов износа металлов трением и многих других. Исследования вопросов трения и износа в настоящее время получили широкое разнице во многих научно-исследовательских институтах страны.

Советские ученые и инженеры внесли достойный вклад в работку вопросов технологии ре монтов. Выдающуюся роль в этом деле сыграли прежде всего Н.Н. Бенардос и Н.Г. Славяиов — авторы великого русского изобретения — электродуговой сварки;

акад. Е.О. Патон, вместе со сво ей школой разработавший и внедривший автоматическую электродуговую сварку под слоем флю са;

акад. Б.С. Якоби, впервые установивший техническую возможность и практическую значи мость электролитического осаждения металлов;

проф. И.Н. Назаров — изобретатель карбинольно го клея и многие другие.

Вопросы организации и совершенствования методов ремонта горного оборудования в на шей стране исторически неразрывно связаны с этапами становления и развития горнодобывающих отраслей промышленности — угольной и горнорудной. Так, в период с 1930 по 1940 г. партией и правительством была поставлена задача резкого повышения добычи угля и руд. Горная промыш ленность получила огромный парк машин. Необходимо было рационально их использовать и со держать в работоспособном состоянии. Большим достижением в этот период явился переход предприятий к плановому ремонту горной техники. Основными этапами этого перехода были сле дующие.

В 1932 г. угольная промышленность получила проект основных положений и порядок ор ганизации планово-предупредительных ремонтов оборудования, составленный на основе опыта машиностроительных заводов и с учетом специфики горного производства. Первый опыт приме нения новой системы ремонтов одобрен Всесоюзной конференцией главных механиков заводов горного машиностроения и шахт, состоявшейся в декабре 1934 г. в Москве. Принятые конферен цией решения направлены на совершенствование системы ремонтов и ухода за оборудованием.

В 1935 г. вышли в свет первые работы инж. Б.Я. Песина и доц. И.Д. Калинковицкого, по священные организации планово-предупредительных ремонтов оборудования и обобщившие на копленный опыт.

В 1935—1941 гг. система планово-предупредительных ремонтов была широко внедрена на шахтах Донбасса, Кривого Рога, Подмосковного и других бассейнов Советского Союза.

В годы послевоенных пятилеток учеными и инженерами горнодобывающих отраслей про мышленности была проделана большая работа по обобщению накопленного опыта планово предупредительных ремонтов, совершенствованию и научному обоснованию основных положе ний технологии и организации.

Заключительным этапом в этой области явилась разработка Положения о планово предупредительных ремонтах (ППР) оборудования и транспортных средств угольной и горноруд ной отраслей промышленности (1962 г.), которым закреплен и более широко развит опыт приме нения наиболее совершенной системы ремонтов. Действующие сейчас новые положения являются руководящими материалами для высшего и среднего звеньев инженерно-технических работников, занимающихся организацией ремонтов горного оборудования.

В последние годы в нашей стране большое внимание уделяется подготовке высококвали фицированных кадров горных механиков и энергетиков, на которых возложена ответственность за содержание оборудования в рабочем состоянии. В этом отношении большую роль сыграли труды многих советских ученых и инженеров, и в первую очередь проф. Днепропетровского горного ин ститута П.M. Шилова, систематизировавшего накопленный опыт ремонта горных машин, научно обосновавшего организацию и методы ремонта оборудования шахт и карьеров.

Основным путем дальнейшего совершенствования организации ремонтов горного оборудо вания является специализация ремонтных предприятий, что позволяет внедрять передовую техно логию ремонта, современное ремонтное оборудование, новейшие методы дефектации деталей, по вышает качество ремонтов и в конечном счете снижает материальные затраты на выполнение ре монтов и значительно повышает срок службы оборудования.

С этой целью организуются специализированные научно-исследовательские институты, в обязанности которых входит разработка научно обоснованных рекомендаций по организации ре монтов, повышению надежности и сроков службы горных машин, создание специального ремонт ного, оборудования, разработка новых методов ремонтов, контроля состояния и диагностики ма шин, дефектации и восстановления деталей, т. е. проведение единой, научно обоснованной техни ческой политики в ремонтном деле.

Значительная часть выпускаемого в стране горного оборудования идет не на расширение действующего парка, а на замену вышедших из строя машин. Поэтому увеличение их долговечно сти служит значительным вкладом в повышение технической вооруженности горнодобывающей промышленности, залогом повышения объемов добычи полезных ископаемых и является делом большой государственной важности.

Программой настоящего курса «Ремонт горных машин» предусмотрено изучение учащи мися техникумов условий работы оборудования шахт и карьеров, требований к его прочности и долговечности, общих причин выхода из строя оборудования, методов дефектации деталей, пла нирования, организации и технологии ремонта, методов повышения надежности горных машин, а также общих вопросов техники безопасности при ремонтных работах.

Изучение курса преследует цель дать учащимся необходимый минимум знаний и практиче ских навыков по вопросам организации ремонтных служб предприятий и научно обоснованным методам восстановления изношенного оборудования, повышения его прочности и долговечности.

Введение, главы 1, 2-й 5 написаны Н. М. Трегубовым, главы 3 и 4 — Л. Ф. Акастеловым.

Контрольные вопросы 1. Охарактеризовать значение своевременного и качественного ремонта горных машин на современном этапе, 2. Кто является основоположниками организации ремонтного производства в нашей стра не? Рассказать об их работах.

3. Рассказать об основных этапах совершенствования ремонтов горного оборудования в СССР.

4. Пути дальнейшего совершенствования организации ремонтов горных машин.

ГЛАВА 1. НАДЕЖНОСТЬ ГОРНЫХ МАШИН § 1. Характеристика и условия работы горного оборудования Характеристика горных машин.

Машиной называется механизм или размещенное на одном основании сочетание несколь ких механизмов, предназначенных для преобразования подвезенной энергии в полезную работу.

Машины, служащие для выполнения работ, связанных с добычей горного сырья, принято назы вать горными машинами. Группу машин, предназначенных для выполнения последовательных операций одного и того же технологического процесса, называют комплексом. Известны комплек сы машин для крепления горных выработок, закладки выработанного пространства, заряжания взрывных скважин на карьерах и другие.

Часть машины, выполняющая определенную функцию и при изготовлении обычно соби раемая отдельно, называется узлом. В составе узла может быть один или несколько подузлов, объ единенных между собой общей станиной, каркасом, рамой и т. п. Подузлы состоят из деталей.

Современные горные машины весьма сложны. Некоторые узлы по своей сложности и со ставу могут быть приравнены к самостоятельным машинам. К ним относятся различные двигатели (пневматические, электрические, внутреннего сгорания и пр.). Такие узлы машин иногда называ ют агрегатами. Агрегаты, узлы, подузлы и детали в общем случае называют элементами машины.

Соприкасаемые детали машины называют парными, а соприкасаемые поверхности этих де талей — сопрягаемыми. Сопрягаемые поверхности деталей воспринимают нагрузки. В них возни кают различного рода напряжения, а в ряде случаев они подвергаются интенсивному трению и из носу. Поэтому помимо точности формы к этим поверхностям предъявляются жесткие требования по степени шероховатости и размерам. Эти требования стандартизированы в виде классификаций чистоты поверхности и посадок.

Каждая деталь машины должна быть простой по форме, нетрудоемкой в изготовлении и иметь достаточную жесткость, т. е. способность сопротивляться изменению формы под действием сил.

Прочность детали должна соответствовать действующим нагрузкам, а точность размеров и чистота обработки — условиям, в которых она работает.

Технологический процесс изготовления машины обычно весьма сложен. Он состоит из за готовительных операций, операций по изготовлению деталей и сборочных. Изготовление машины заканчивается наладкой, заводскими испытаниями и покраской.

Условия работы горных машин.

После изготовления и до начала эксплуатации машина может некоторое время храниться на складах, транспортироваться или перегоняться к месту работы. На каждой из этих стадий она на ходится в условиях, которые в той или иной мере оказывают влияние на ее состояние.

При хранении машины в ее элементах под воздействием внешней среды (пыли, солнечных лучей, осадков, температурных изменений и т. п.), а также под действием собственной массы де талей происходит разрушение изоляции электропроводки, ухудшение состояния резиновых или кожаных уплотнительных элементов, корродирование недостаточно защищенных деталей, прогиб консольных частей и т. д. При длительном хранении некоторые элементы машины (например, ко жаные изделия, полированные детали высокой чистоты и пр.) могут полностью выйти из строя.

При транспортировании машины по железной дороге изменение состояния элементов про исходит главным образом за счет действия внешней среды. Во время перегонов машин своим хо дом усилия в некоторых элементах ходовых устройств резко меняются и часто превышают рабо чие значения, что приводит к быстрому износу. Большой наклон машин, неизбежный при подъе мах и спусках, приводит к стеканию масла с некоторых участков картера, из-за чего ухудшается режим смазки и ускоряется износ.

В процессе работы машин изменения в этих элементах возникают под воздействием как технологических нагрузок, так и внешней среды. На износ горных машин большое влияние оказы вают условия их работы, специфичные для горных предприятий:

наличие больших динамических и особенно знакопеременных нагрузок, вызывающих резкое чтение условий трения сопрягаемых поверхностей;

высокая агрессивность окружающем среды в связи с избытками влаги, пыли и вредных газов;

более тяжелые условия труда рабочих, что отрицательно сказывается на качестве ухода за оборудованием.

Условия работы машин и механизмов в шахте значительно тяжелее, чем на поверхности.

Шахтная вода обычно имеет в своем составе кислоты и щелочи, способствующие развитию корро зионного износа, а наличие пыли в рудничном воздухе повышает механический износ трущихся поверхностей. Влага и пыль ускоряют износ изоляции, электрических контактов и аппаратуры.

Особенно опасно попадание их в закрытые узлы, периодический осмотр которых затруднен.

Требования, предъявляемые к горным машинам.

К любой выпускаемой машине предъявляется ряд требований, зависящих от специфики ее работы, необходимых удобств обслуживания и ремонта, стоимости самой машины и трудоемкости выполняемых ею работ. Основными из них являются: машиностроительные, эксплуатационные, ремонтные и экономические. Применительно к горным машинам все эти требования имеют свои особенности.

К требованиям машиностроительного характера относятся надежность и технологичность конструкции.

Горная машина прежде всего должна быть надежной в работе. При ее создании максималь но учитывают специфику работы и величину случайных нагрузок, которыми изобилует процесс горного производства, т. е. принимают все меры, чтобы горная машина была достаточно прочной.

Учитывая агрессивность атмосферы шахт и карьеров, трущиеся поверхности тщательно изолируют от внешней среды уплотнительными устройствами и смазывают, а открытые поверхно сти окрашивают устойчивыми в данных условиях красками.

С технологической точки зрения машина должна быть простой в изготовлении, удобной при сборке, давать возможность применять прогрессивные технологические процессы изготовле ния, позволяющие рационально использовать металлообрабатывающее оборудование и материа лы. Кроме того, в процессе освоения машина не должна требовать сложной подготовки производ ства и высокой квалификации исполнителей.

Эксплуатация — наиболее ответственный и самый продолжительный период существова ния машины. От удобств эксплуатации зависит ее производительность, а также утомляемость ра бочих. Поэтому конструкторами должны быть предусмотрены удобства управления машиной, ре гулировки, наладки, осмотра и смазки ее механизмов.

Особое внимание уделяется вопросам техники безопасности при эксплуатации и ремонтах.

Это особенно важно в отношении громоздкого оборудования, текущие ремонты которого выпол няются непосредственно в забое.

В процессе эксплуатации горная машина интенсивно изнашивается и, следовательно, нуж дается в ремонтах. В связи с ним ее конструкция должна обладать ремонтопригодностью в усло виях шахт, карьеров или угольных разрезов. Обязательным условием является простота замены любого узла, что позволяет применить узловой метод ремонта машины.

Экономические требования, предъявляемые к горной машине, не отличаются от аналогич ных требований, предъявляемых к другим машинам. Они заключаются в том, чтобы машина была по возможности дешевой, а стоимость выполняемых ею работ — минимальной.

§ 2. Факторы, определяющие надежность горных машин Высокие темпы развития отечественного машиностроения и появление сложных, высоко производительных и дорогостоящих машин поставили перед наукой и производством ряд новых проблем. Одной из них является проблема повышения надежности машин, относящаяся к числу наиболее актуальных;

возникающих с развитием техники (ГОСТ 13377—7&).

Н а д е ж н о с т ь — свойство машины выполнять заданные функции, сохраняя во времени значения установленных эксплуатационных показателей в заданных пределах, соответствующих заданным режимам и условиям использования, технического обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования. Надежность характеризуется безотказностью, долговечностью, ремонтопри годностью и сохраняемостью машины.

Б е з о т к а з н о с т ь — свойство машины непрерывно сохранять работоспособность в течение некоторого времени или некоторой наработки. Безотказность оценивается пятью показателями:

наработкой на отказ Т0, вероятностью безотказной работы машины в течение требуемого времени, средней наработкой до отказа, интенсивностью отказов и параметром потока отказов. Отказом на зывается событие, заключающееся в нарушении работоспособности машины.

Наработкой на отказ для различных машин может служить время устойчивой работы или количества выпущенной продукции между двумя последовательными отказами. Например, нара ботка электродвигателя может измеряться в часах работы, магнитного пускателя — в циклах включения, а наработка выемочного комбайна — в тоннах добытого угля.

Д о л г о в е ч н о с т ь — свойство машины сохранять работоспособность до наступления пре дельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.

Предельным называется такое состояние машины, при котором ее дальнейшая эксплуата ция должна быть прекращена, из-за неустранимого нарушения требований безопасности, или не устранимого ухода заданных параметров за установленные пределы, или неустранимого снижения эффективности эксплуатации ниже допустимой, или необходимости проведения среднего или ка питального ремонта.

Причиной предельного состояния может быть как физический, так и моральный износ.

Показателями долговечности служат срок службы и ресурс. Срок службы — календарная продолжительность эксплуатации машины от ее начала или возобновления после среднего или ка питального ремонта до наступления предельного состояния. Под ресурсом понимают наработку машины от начала эксплуатации или ее возобновления после среднего или каминного ремонта до наступления предельного состояния.

Чем выше долговечность машины, тем больше продукции она может выпустить за свой срок службы и тем дешевле будет продукция. Следовательно, долговечность машин положительно сказывается на экономике работы предприятия и народного хозяйства в целом.

Р е м о н т о п р и г о д н о с т ь — свойство машины, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технического обслуживания. Показателями ремон топригодности машины служат среднее время восстановления Тв и. вероятность восстановления в заданное время.

Для обеспечения ремонтопригодности горное оборудование должно соответствовать сле дующим условиям:

взаимозаменяемость однотипных узлов и деталей;

удобство транспортирования машины при спуске в карьер или шахту и по горным выра боткам;

удобство монтажа в горных условиях;

возможность выполнения монтажа и демонтажа без разборки узлов;

хороший доступ к узлам для их осмотра;

обеспечение легкой регулировки узлов и соединений;

использование сменных элементов, упрощающих ремонт (втулок, вкладышей, гильз, су харей и других легкозаменяемых деталей и компенсаторов износа);

в некоторых деталях необходимо предусматривать специальные припуски на обработку при ремонтах (например, по толщине дисков фрикционных муфт, которые деформируются во время работы, по толщине торцевых стенок корпусов вихревых насосов и т. п.);

наличие базовых плоскостей деталей для удобства контроля износа.

С о х р а н я е м о с т ь — свойство машины непрерывно сохранять исправное и работоспособ ное состояние в течение и после хранения и (или) транспортирования. Показателями сохраняемо сти являются: гамма-процентный срок сохраняемости и средний срок сохраняемости.

Наиболее часто надежность машин характеризуют коэффициентом готовности КГ = ТО/ТО + ТВ Следует иметь в виду, что надежность одной и той же горной машины зависит и от горно технических условий, в которых она работает. Так, для проходческого комбайна не безразлично, по породам какой крепости он будет проходить горные выработки. Само собой разумеется, что при работе его по крепким породам время наработки на отказ будет значительно меньше того же времени при работе по слабым породам. Следовательно, коэффициент готовности в первом случае тоже будет ниже, чем во втором. Отсюда следует, что приведенный в паспорте коэффициент го товности правильно характеризует надежность только той горной машины, которая работает в ус ловиях, для которых предназначена данная машина и в которых она проходила испытания.

П у т и п о в ы ш е н и я н а д е ж н о с т и м а ш и н. Надежность машины и процесс ее изнаши вания между собой взаимосвязаны: чем интенсивнее протекает процесс физического изнашивания машины, тем ниже ее надежность. Пути повышения надежности машин различают конструктив ные, технологические и эксплуатационные.

Конструктивные и технологические пути предусматривают проведение большого комплек са мероприятий. К их числу относятся:

1) создание новых конструкций машин, в которых механические связи заменены электро магнитными, гидравлическими или пневматическими, уменьшающими износ деталей;

2) создание и применение новых, более прочных износостойких материалов;

3) применение смазочных устройств, обеспечивающих оптимальные режимы смазки;

4) применение упрочняющей обработки деталей;

5) высокая точность изготовления деталей и узлов, обеспечивающая возможность их вза имной замены.

Кроме того, в процессе отработки конструкции машины необходимо предусматривать при менение устройств, предохраняющих машину от перегрузок, устройств для компенсации износа и сигнализации при нарушении смазки.

К эксплуатационным путям повышения надежности машин относятся:

1) создание нормальных условий работы горных машин. Эти условия сводятся к система тическому контролю за тем, чтобы машину не заливало агрессивными подземными водами, а в зоне работы машины меньше было агрессивной пыли. Рабочая площадка должна быть свободной от крупных кусков горных пород и не должна иметь ухабов. В забое экскаватора или шахтной по грузочной машины взорванная горная масса по возможности не должна содержать крупных фрак ций, которые машина не может погрузить. Кровля выработанного пространства шахты, где рабо тает машина, должна исключать возможность обвала. Во время взрывных работ горное оборудо вание необходимо удалять из зоны действия взрыва, для чего специально предусматриваются мес та его расположения, и др.;

2) своевременные и качественные ремонты оборудования. Они должны производиться в за ранее запланированное время, а их качество должно обеспечивать безаварийную работу машины в течение всего межремонтного периода;

3) разработка критериев оценки годности (предельных норм изнoca) деталей. Очень важно, чтобы деталь была своевременно заменена: преждевременная замена приводит к убытку в связи с перерасходом запасных частей, а задержка с заменой — к поломке детали и аварийному простою оборудования;

4) централизованное обеспечение оборудования запасными частями. Только в таком случае они будут наготовлены из соответствующих материалов при соблюдении необходимых техноло гических требований и поэтому высокого качества.

Важнейшим условием повышения надежности машин является высокая техническая куль тура машиностроительных, эксплуатационных и ремонтных предприятий, которая определяется научной организацией труда, наличием совершенного оборудования и прогрессивной технологи ей, технологической дисциплиной и технической грамотностью рабочих кадров.

§ 3. Трение и износ Движущаяся деталь работающего механизма всегда соприкасается с какой-либо другой де талью, что тормозит ее движение. Сопротивление движению тела в результате соприкосновения его с другим телом называется трением. Детали в этом случае называются трущимися парами, а их соприкасающиеся поверхности — трущимися поверхностями.

На преодоление сил трения затрачивается значительная энергия, которая обычно составля ет более 20% всей энергии, затрачиваемой на работу машины. Эта величина зависит от ряда при чин: вида материала трущихся» поверхностей;

чистоты их обработки;

усилий, прикладываемых к рассматриваемому узлу;

наличия и качества смазки и пр.

Трение, как правило, является вредным, но неизбежным явлением. Однако в ряде случаев оно весьма полезно, например, в тормозных устройствах, ременных передачах, заклепочных и болтовых соединениях.

По характеру взаимного перемещения двух соприкасающихся тел различают два вида тре ния: трение скольжения (трение первого рода) и трение качения (трение которого рода). Кроме того, различают несколько видов трения «зависимости от толщины смазочного слоя между тру щимися поверхностями: жидкостное, полужидкостное, граничное, полусухое и сухое.

Ж и д к о с т н о е т р е н и е проявляется между трущимися поверхностями, когда они полно стью разделены слоем смазки. Процесс этого вида трения объясняет гидродинамическая теория смазки, разработанная в 1883 г. проф. Н.П. Петровым. Сущность ее сводится к следующему. В со стоянии покоя вал (рис. 1, а) опирается на нижнюю часть подшипника и центры тяжести подшип ника и вала находятся в одной вертикальной плоскости. Смазка в этом случае выдавливается ва лом с поверхности подшипника и равномерно распределяется с двух сторон вала.

Рис. 1. Схематическое изображение положения вала в подшипнике:

а — в состоянии покоя;

б — при вращении В момент начала вращения вала слой масла как бы разделяется на две части, одна из кото рых увлекается поверхностью вала и движется вместе с ним, а другая — остается на поверхности подшипника. При встрече слоев образуется масляный клин, приподнимающий вал и смещающий его эксцентрично по отношению к подшипнику на величину с (рис. 1, б). Трение происходит меж ду слоями жидкости без соприкосновения поверхностей деталей и силы трения практически от сутствуют. В сопряжениях, в течение ряда лет работающих на этом режиме, обычно не обнаружи вают заметных признаков износа, а потери энергии на трение предельно малы.

Жидкостный режим трения является наиболее приемлемым. Он достигается непрерывной принудительной подачей масла в зазор между трущимися поверхностями. Толщина масляного слоя при этом измеряется десятыми, а иногда и сотыми долями миллиметра. Аналогичная картина возникает и при трении плоских поверхностей.

П о л уж и д к о с т н о е т р е н и е возникает при наличии разделяющего слоя смазки между трущимися парами и частичном касании их выступов. Оно возникает при малых скоростях сколь жения и больших нагрузках, при пуске и торможении машин, а также в других случаях, когда по характеру работы узлов в них не могут быть созданы условия для жидкостного трения. Этот вид трения наиболее распространен в практике.

Г р а н и ч н о е т р е н и е возникает при равномерном соприкасании трущихся поверхностей, но чрезмерно больших нагрузках и малых скоростях их относительного перемещения, когда вяз кость масла не обеспечивает создания масляного слоя. В таких случаях смазка почти полностью выжимается из зазора и трущиеся поверхности остаются покрытыми весьма тонким ее слоем (до 10 мкм). Граничное трение имеет место главным образом при разгоне машины. По мере увеличе ния частоты вращения вала граничное трение переходит в полужидкостное и, наконец, в жидкост ное.

В хорошо обработанном и имеющем принудительную смазку подшипнике скольжения в период разгона машины максимальные потери энергии имеют место при трогании с места (гра ничное трение — рис. 2), затем постепенно снижаются, проходя фазы, соответствующие полужид костному и жидкостному трению. При чрезмерном увеличении частоты вращения потери энергии несколько растут за счет роста коэффициента трения в смазочном слое.

Рис. 2. Диаграмма потерь от трения в подшипнике скольжения:

1 — граничное трение;

2 — полужидкостное трение;

3 — жидкостное трение П о л ус ухо е т р е н и е возникает при недостаточной чистоте обработки трущихся поверх ностей, когда главная часть нагрузки воспринимается областью непосредственного контакта тру щихся поверхностей, а смазочная жидкость распределяется между ними отдельными островками.

По своему характеру полусухое трение приближается к сухому, и, естественно, потери энергии и износ при нем будут значительно выше, чем при жидкостном или полужидкостном трении.

С у х о е т р е н и е происходит при работе несмазанных или слабо смазанных трущихся дета лей. Нормально оно имеет место в фрикционных передачах, тормозах, в сопряжениях звеньев гу сеничного хода, в деталях бара и режущих цепей забойных машин, при воздействии рабочего ор гана горной машины на породу и т. п. При сухом трении получается наибольший износ трущихся поверхностей.

Таким образом, для нормальной работы трущихся деталей необходимо стремиться, чтобы между соприкасающимися поверхностями имело место жидкостное трение, которое возможно при наличии между этими поверхностями сплошной масляной пленки и достаточной чистоты поверх ности. Слишком шероховатая поверхность повышает температуру и снижает вязкость смазки, приводит к разрыву масляной пленки и, как следствие, ускоряет износ детали.

Общее понятие об изнашиваемости горных машин.

Долговечность и эффективность работы всякой машины зависят от ранения в заданных пределах зазоров и натягов между сопрягаемыми деталями. Отклонения этих величин от нормаль ных способствуют понижению работоспособности машины, потешно удельного расхода энергии, нарушают прочность элементов.

Основное причиной этих нарушений является износ. При значительном износе возникают дополнительные нагрузки в виде ударов, возникающих в сопряжениях, понижается точность рабо ты оборудования, ухудшаются условия работы других узлов машины, что повышает опасность и может привести к аварийным поломкам.

Скорость изнашивания узла зависит от динамичности и величины удельных нагрузок, ско рости взаимного перемещения трущихся тел, агрессивности среды (температуры, наличия абра зивной пыли и вредных газов), свойств трущихся поверхностей (чистоты и твердости, природы материала) и режима смазки.

Машину называют изношенной, если дальнейшая ее эксплуатация нерациональна из-за по нижения качества большинства ее основных узлов. Причем понижение качества может произойти как за счет изменения формы, размеров и состояния деталей, так и за счет старения ее модели (конструкции).

В зависимости от наличия изменений формы и размеров деталей износ машин делят на две группы: моральный и физический.

М о р а л ь н ы й и з н о с машины зависит от новизны ее модели. Он наступает тогда, когда на смену старой модели машины появляются более совершенные, позволяющие выполнять одну и ту же работу лучше и дешевле. Замена морально изношенных машин более совершенными обычно ведет к повышению выпуска продукции и улучшению ее качества. Однако это может привести и к нерациональному расходованию средств. Поэтому в нашей стране, наряду с внедрением новейше го оборудования, широко производится модернизация морально устаревшего.

Ф и з и ч е с к и й и з н о с — изменение первоначального состояния, формы и размеров изде лия или его элементов под воздействием внешних сил или условий, приводящее к понижению его качества.

Сущность физического износа заключается в следующем. Элементы машины могут сопря гаться между собой подвижно — с зазорами или неподвижно — с натягом. В процессе работы эти соединения теряют свои первоначальные качества: элементы истираются, ржавеют, изгибаются и т. п., материал стареет, уплотняется, деформируется или меняет структуру под воздействием тем пературы. При работе соединения, как правило, ослабляются, а при небрежном хранении возмож но корродирование металла и снижение подвижности элементов.

При износе закаленных, особенно цементированных, деталей снижается их твердость. В некоторых случаях бывает наоборот — приобретаемый деталью наклеп приводит к повышению ее твердости и хрупкости.

В зависимости от скорости протекания физически! подразделяют на естественный и ава рийный.

Е с т е с т в е н н ы й и з н о с — износ, который нарастает постепенно длительного времени.

Он является следствием работы сил трения или других факторов (температуры, влажности, абра зивности и т. д.), связанных с нормальными условиями эксплуатации и имеет место при самом тщательном выполнении технических требований по уходу за машиной.

Ав а р и й н ы й и з н о с — внезапная или ускоренная поломка или деформация элементов машин в результате неправильной эксплуатации, из-за конструктивных недостатков или внутрен них пороков материала.

Аварийный износ может быть механическим или коррозионным. Он наступает значительно раньше естественного, а величина его достигает таких размеров, при которых дальнейшая экс плуатация машины или ее элемента недопустима.

Наиболее характерные причины, вызывающие аварийный износ следующие:

нарушение нормального режима работы машины (перегрузка, нарушение правильного взаимодействия частей, ослабление крепления болтов, шпонок, клиньев и т. п.);

неправильный режим смазки (отсутствие смазки, несоответствие сортов смазки, непра вильные нормы смазки);

несвоевременная очистка механизма от грязи и абразивных частиц;

несвоевременная замена износившихся деталей или недоброкачественный ремонт;

низкое качество материала деталей;

усталостные явления в материале деталей;

некачественное изготовление деталей;

неправильная сборка механизма;

неправильная организация горного производства (поломки при взрывных работах и пр.);

При правильной организации плановых ремонтов и правильной эксплуатации оборудова ния аварийные износы происходят редко.

В зависимости от сущности процесса изнашивания износы бывают механические и корро зионные.

М е х а н и ч е с к и й и з н о с. В горных машинах чаще всего наблюдается механический из нос, возникающий под действием сил трения.

Для случаев непосредственного контакта трущихся поверхностей (т. е. при всех видах тре ния, кроме жидкостного) сущность процесса износа объясняет молекулярно-механическая теория, предложенная Крагельским И.В. Исходным пунктом теории является предположение, что сила трения представляет собой сумму двух сил: силы, необходимой для смятия взаимно внедренных выступов трущихся поверхностей, и силы молекулярной связи между материалами этих поверхно стей.

Сила, необходимая для смятия выступов, определяется степенью шероховатости и прочно стью материала трущихся пар. Сила молекулярной связи (сила взаимодействия между молекулами трущихся поверхностей) проявляется только в точках истинного контакта поверхностей между собой. Поэтому вели» чина ее пропорциональна площади истинного контакта и пластичности ма териала.

В зависимости от соотношения этих сил имеет место один из пяти видов износа, схемы возникновения которых приведены на рис. 3: абразивный, окислительный, осповидный, тепловой и износ схватыванием первого рода. При значительном преобладании силы механического смятия выступов в зоне контакта могут проявляться первые три вида износа, т. е. абразивный, окисли тельный или осповидный. При преобладании же сил молекулярной связи возникает тепловой из нос или износ схватыванием первого рода.

Рис. 3. Схемы возникновения износов по И. В. Крагельскому:

а — срез материала;

б — пластическое оттеснение материала;

в — упругое оттеснение материала;

г — схватывание и разрушение поверхностных пленок;

д — схватывание поверхностей, сопровождающееся глубинным вырыванием ма териала Абразивный износ (рис. 3, а) представляет собой срез материала внедрившимся выступом или твердыми включениями, попавшими извне. При этом образуются царапины, которые приво дят к изменению формы и размеров деталей. На скорость абразивного изнашивания деталей ока зывают влияние твердость, прочность, размеры и форма абразивного тела, механические свойства поверхностей деталей, соотношение твердости абразивных частиц и металла, скорость относи тельного перемещения и величина удельных давлений на поверхностях трения.

Окислительный износ (рис. 3, б) представляет собой пластическое оттеснение материала с последующим окислением. Металл изнашивается в результате микропластических деформаций поверхностных слоев и диффузии в них кислорода. Диффузия приводит к образованию окислов, меняющих свойства металла. Окислительный износ может возникать как при трении скольжения, так и при трении качения.

Осповидный износ (рис. 3, в) является результатом многократного упругого оттеснения ма териала. Он происходит при сухом трении качения, а также в результате трения со смазкой при больших удельных нагрузках. Разрушение начинается появления микроскопических трещин, яв ляющихся следствием цикличных нагрузок. В дальнейшем трещины развиваются в осповидные углубления (питтинги) за счет расклинивающего действия попадающей в них смазки.

Тепловой износ (рис. 3, г) является результатом схватывания и разрушения пленок, покры вающих поверхность трущихся тел из-за их нагрева до оплавления, что бывает при граничном, по лусухом или сухом трении. Тепловой износ чаще пикает при трении скольжения и реже — при трении качения.

Износ схватыванием первого рода (рис. 3, д) возникает в результате появления текучести поверхностных слоев металла под воздействием больших нагрузок. В пластическом состоянии ме талл трущихся поверхностей схватывается, образуя вырывы и накаты в одном месте и налипая в другом.

Износ схватыванием первого рода возникает при трении скольжения с малыми скоростями относительного перемещения поверхностей в случае отсутствия между ними смазки или защитной пленки окислов и при наличии удельных усилий, превышающих предел текучести материала.

Наличие только одного какого-либо вида износа в сопряжении горной машины — явление далеко не обязательное. Довольно часто на одной и той же поверхности можно найти следе не скольких видов износа.

Мерой износа детали является уменьшение ее линейных размеров, объема или массы. Ос новной мерой является величина линейного износа. Интенсивность износа характеризуют его ско ростью, т. е. отношением линейного износа детали ко времени, в течение которого определяется износ.

Из изложенного следует, что механический износ, независимо от его вида, наступает в ре зультате возникновения в поверхностном слое металла напряжений, способных вызвать остаточ ные деформации. Износ ускоряется окислительными процессами и силами молекулярной связи.

Закономерности износа могут быть рассмотрены на примере трущейся пары вал – подшипник скольжения (рис. 4).

Рис. 4. Схема износа во времени деталей соединения вал — подшипник скольжения Пусть в начальный период эксплуатации эта пара имеет зазор S1 + S2, зависящий от типа посадки. Изменение зазора по мере износа деталей представлено кривыми 01A1B1C1 (для вала) и О2А2В2С2 (для подшипника). Каждая из кривых имеет три ярко выраженных участка — I, II и III. В период приработки (участок I) наблюдается повышенный износ деталей в связи с большой их ше роховатостью и зазор в соединении увеличивается на величину 1 + 2.

Высокие нагрузки могут вызывать пластические деформации, что создает благоприятные условия для появления наиболее губительных видов износа: теплового или износа схватыванием первого рода. Поэтому следует стремиться, чтобы процесс приработки протекал при легком ре жиме работы машины. Окончание периода приработки характеризуется снижением интенсивности износа. При этом устанавливается оптимальная с точки зрения износостойкости шероховатость контактирующих поверхностей.

Значение периода приработки особенно велико для узлов, от состояния которых зависит надежность машины, и для сопряжений, работающих в условиях высоких удельных Нагрузок и температур, в агрессивных средах, при неблагоприятном изменении скоростей скольжения и не достаточном подводе смазки.

Участок II соответствует периоду, когда приработка закончилась и изнашивание протекает с установившейся скоростью. Этот период длится до тех пор, пока образовавшийся в соединении зазор S1 + S2 (на, рисунке слева) не превысит величину, допустимую для нормальной работы ма шины. Далее это приведет к вибрациям, ударам, вытеканию масла и другим явлениям, нарушаю щим работу узла. Скорость изнашивания деталей при этом начинает интенсивно возрастать, пере ходя в недопустимо быстрое, подчас аварийное изнашивание (участок III). Точки В1 и В2 перехода пологих кривых в кривые аварийного изнашивания называются критическими.

С целью снижения износа для подвижных сопряжений должны устанавливаться вполне оп ределенные зазоры, предусмотренные допусками и посадками. Эти зазоры обычно несколько меньше тех, которые необходимы для нормальной эксплуатации. Величина эксплуатационных за зоров устанавливается в процессе приработки. Предельные колебания зазоров от заводских до максимально допустимых должны, очевидно, задаваться так, чтобы механизм практически не из менял своих рабочих качеств, а его сопряжения не получали заметных повреждений.

К о р р о з и о н н ы й и з н о с. Коррозией называется разрушение металлических частей ма шин и сооружений под действием окружающей среды. Коррозионное разрушение протекает мод воздействием воды, воздуха или химических веществ. Оно начинается с поверхности и постепен но распространяется в глубь металла. Наиболее распространенным видом коррозии является ржа вение, т. е. соединение металла с кислородом воздуха.

Различают два вида коррозии: химическую и электрохимическую. Химическая коррозия проявляется при воздействии на металл агрессивных газов (кислород, сернистый и углекислый га зы) или жидкостей, не проводящих электрический ток (бензин, масла, смолы и др.). Электрохими ческая коррозия происходит в средах, проводящих электрический ток (электролит, шахтные ки слотные воды и др.). Примерами электрохимической коррозии являются разрушения металлов и сплавов во влажной почве, содержащей растворы кислот, щелочей и солей.

Коррозия может проявляться в равномерном разъедании всей поверхности детали, в обра зовании глубоких пороков отдельных ее мест, имеющих узкие щели, где возникают неподвижные участки жидкости или газа, ив межкристаллическом разъедании металла по всему сечению.

В результате коррозионных процессов детали теряют металлический блеск, покрываются слоем ржавчины. Главной же опасностью является потеря чистоты обработки полированных дета лей, для нормальной работы которых необходима зеркальная их поверхность (гидро- и пневмоци линдры и др.). На деталях, изготовленных из малоуглеродистых сталей, поверхность может при обрести губчатую структуру, теряя первоначальную прочность.

Коррозионный износ является чаще всего медленным процессом. Однако при работе ма шин в средах высокой агрессивности некоторые детали их могут выходить из строя достаточно быстро. Например, при откачке рудничной воды высокой кислотности ротор обычного центро бежного насоса из-за коррозии приходит в негодность уже после 30—40 ч работы.

Методы уменьшения износа.

В вопросах надежности машин основную роль играет износостойкость их элементов. Ос новными методами уменьшения износа являются:

выбор материала необходимого качества;

получение требуемой чистоты поверхности деталей при изготовлении;

улучшение механических свойств материала деталей;

соблюдение режимов смазки;

защита деталей от коррозии.

В ы б о р м а т е р и а л а. При выборе материала учитывают в первую очередь необходимую прочность и характер работы детали. Так, из двух совместно работающих деталей деталь, находя щуюся в более тяжелых условиях работы, изготовляют из материала более высокого качества. На пример, для шестерни зубчатой передачи выбирают материал более износостойкий, чем для зуб чатого колеса. Если основным видом износа двух находящихся в зацеплении деталей является из нос трением, то материал для их изготовления подбирают таким образом, чтобы коэффициент трения был минимальным. Только поэтому винт червячного редуктора изготовляют из стали, а червячное колесо или его венец — из бронзы.

Определенное влияние на выбор материала оказывает также вид нагрузок, действующих на деталь. При статическом характере нагрузок деталь может быть изготовлена из хрупкого материа ла. Наличие динамических нагрузок приводит к необходимости изготовления детали из более вяз ких материалов. В связи с этим корпус зубчатого редуктора изготовляют из чугуна или стального литья, а валы и шестерни — из качественных сталей.

Ч и с т о т а м е ха н и ч е с к о й о б р а б о т к и тоже оказывает большое влияние на износостой кость детали. Незначительные царапины, следы механической обработки приводят к концентра ции напряжений, появлению усталостных трещин и быстрому износу трением. Но создавать по верхности трения с чистотой высокого класса довольно трудоемко и не всегда есть необходимость в связи с тем, что на гладких поверхностях плохо удерживается смазка. Поэтому их необходимо обрабатывать до экономически обоснованной чистоты, регламентированной ГОСТ 2789—73.

У л у ч ш е н и е м е х а н и ч е с к и х с в о й с т в м а т е р и а л а. Для повышения сопротивляемо сти деталей нагрузкам улучшают механические свойства материалов и повышают твердость тру щихся поверхностей. Достигается это химико-термическими методами, термической обработкой и механическими способами. Получили распространение и другие виды упрочнения деталей: по верхностная закалка, наплавка твердыми сплавами, электролитическое покрытие и другие.

Термическая и химико-термическая обработка придает поверхности материала высокое со противление износу, высокую коррозионную стойкость, жаростойкость и другие качества.

В настоящее время нашли широкое применение термические (закалка, отпуск), а также хи мико-термические процессы (цементация, азотирование, цианирование) и процессы диффузного насыщения сплавов — алитирование, диффузионное хромирование, барирование, силицирование, сульфацианирование, насыщение несколькими элементами и другие.

Термические процессы — процессы придания изделиям, изготовленным из высокоуглеро дистых или легированных сталей, твердости путем нагрева их до высокой температуры и быстро го охлаждения в различных жидкостях (закалка) или понижении этого качества путем нагрева и медленного остывания (отпуск, нормализация, отжиг).

Режимы нагрева и охлаждения зависят от марки стали и требуемой твердости детали.

Цементация — процесс насыщения углеродом поверхностного слоя деталей, изготовлен ных из малоуглеродистой стали. Глубина диффузии углерода для разных деталей находится в пре делах от 0,5 до 2 мм. Цементированные детали подвергают закалке. Поверхностный насыщенный углеродом слой при этом приобретает твердость, а сердцевина остается вязкой, чем достигается прочность детали.

Цианирование — процесс насыщения поверхности деталей машин азотом и углеродом.

Цианированием обычно упрочняют детали из среднеуглеродистой стали и режущий инструмент из быстрорежущей стали и ее заменителей.

В процессе насыщения поверхности деталей азотом и углеродом происходят структурные превращения, увеличивается твердость поверхностных слоев с образованием в них остаточных напряжений сжатия, что приводит к повышению изношенности, коррозионной стойкости и уста лостной прочности талей машин.

Азотирование — процесс насыщения азотом поверхностного слоя деталей, который приво дит к изменению структуры и создает в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия. Азот диффундирует в глубь металла очень медленно. Поэтому для получения азотированного слоя глу биной 0,6—0,7 мм обычно требуется 60—70 ч.

Азотирование применяют к деталям, изготовленным не только из стали, но также из чугу нов, легированных алюминием: коленчатым валам, поршневым кольцам, зубчатым колесам и рей кам, седлам клапанов, эксцентрикам, кулачкам, зубчатым муфтам, звездочкам и т. п.

Сульфидирование — процесс насыщения поверхностного слоя деталей серой для придания материалу антифрикционных свойств. Сульфидированию подвергают рабочие поверхности дета лей после окончательной механической обработки и обезжиривания. Его производят в жидкой, твердой и газообразной среде, содержащей серу. В результате сульфидирования на поверхности детали появляется менее прочная пленка, чем основной металл, которая разрушается при трении и отделяется от основания без пластического деформирования, предотвращая схватывание трущих ся поверхностей.

В процессе износа сера диффундирует в глубь металла с большей интенсивностью, чем удельное давление. Поэтому антифрикционные свойства сульфидированного слоя сохраняются при величине износа, превышающей первоначальную толщину слоя. Положительный результат дает сульфидирование одной, более дешевой из двух трущихся между собой деталей.

П о в ы ш е н и е и з н о с о с т о й к о с т и м е ха н и ч е с к о й о б р а б о т к о й. Из механических способов упрочнения деталей наиболее широко используются обработка давлением и наклеп.

Обработка давлением заключается в протягивании деталей через специальные фильеры.

Это повышает точность изготовления детали, чистоту и износостойкость.

Поверхностный наклеп является эффективным средством повышения износостойкости из делий при воздействии как механических, так и молекулярных сил трения. Но особенно благо приятен он в тех случаях, когда работоспособность детали определяется ее усталостной прочно стью и она имеет концентраторы напряжений. Наклеп иногда в 5—6 раз повышает долговечность деталей. Кроме того, положительное влияние на износостойкость трущихся поверхностей, полу ченных наклепом, оказывает отсутствие на них абразивных зерен, которые имеются при шлифов ке, притирке и т. п. Однако поверхностный наклеп недопустим для деталей, работающих в услови ях высоких температур, для магнитных сплавов и малоэффективен в тех случаях, когда от детали требуется высокая коррозионная стойкость.

Поверхностный наклеп деталей получают путем дробеструйной обработки, ударами шари ков и обкаткой жесткими роликами. Наклепывание шариками и роликами по сравнению с дробе струйным имеет тот недостаток, что его нельзя применять для обработки деталей сложной формы.

С о б л ю д е н и е р е ж и м о в с м а з к и. Качественное смазывание машин является важней шим фактором уменьшения износа. При выборе вида и сорта смазки, замене или добавлении сма зочных материалов в узлы смазывания необходимо руководствоваться картами смазки или инст рукциями по эксплуатации.

Кроме того, необходимо содержать в исправности уплотнительные устройства, служащие для предотвращения попадания из окружающей среды в узлы смазывания пыли, грязи, воды и других вредных примесей, а также вытекания смазки. Неисправные уплотнения вызывают быст рый абразивный или окислительный износ. Они, как правило, подлежат замене.

З а щ и т а д е т а л е й о т к о р р о з и и. Коррозия ежегодно разрушает огромное количество металла. Так, в результате действия агрессивной среды срок службы металлоконструкций на угле обогатительных фабриках, как правило, снижается на 20—30%, а усталостная прочность — на 75—80%, от воздействия шахтной воды ежегодные потери металла составляют 10—12% от массы машин. Поэтому борьба с коррозией имеет громадное значение. Для защиты от коррозии сущест вуют самые различные методы.

1. Окраска стальных конструкций и машин, подвергающихся атмосферному воздействию.

Преимуществом окраски являются низкая стоимость и невысокая трудоемкость, а недостатком — способность растрескиваться и пропускать влагу. Перед покраской детали очищают, обезжирива ют и грунтуют винновым или железным суриком на олифе. После полного высыхания грунта на носят наружный слой краски.

2. Изготовление изделий из материалов, состоящих из сплавов повышенной сопротивляе мости коррозии, например, легированных сталей, содержащих хром, никель, медь и др.

3. Полировка деталей. При этом уменьшается поверхность соприкосновения детали с воз духом, снижается возможность задержки влаги на поверхности, чем замедляется действие корро зии.

4. Покрытие металла защитной окисной пленкой, получаемой травлением изделия в силь ных окислительных средах (оксидирование), или анодная обработка (анодирование). Эти способы защиты широко применяются для изделий из стали, алюминиевых и магниевых сплавов. При ок сидировании деталь приобретает синий или черный цвет, отсюда его другое название — вороне ние. Для деталей, изготовленных из углеродистых и легированных сталей и чугунов и подвергаю щихся в условиях эксплуатации разрушениям от коррозионной усталости, применяют антикорро зионное азотирование. К таким деталям относятся валы насосов, спиральные и полосовые пружи ны, некоторые детали буровых станков и др.

5. Покрытие слоем металла, более стойкого в отношении коррозии. В настоящее время су ществует несколько способов нанесения металлических покрытий:

покрытие погружением в расплавленный металл — цинк (оцинковка), олово (лужение), свинец, алюминий. Этот способ применяется как для готовых изделий, так и для материалов (лис ты, трубы, проволока);

электролитические покрытия цинком, кадмием, никелем, хромом, железом;

диффузионное покрытие изделий цинком, алюминием, хромом, осуществляемое нагре ванием изделий в порошке металла (или в газообразных его соединениях), из которого желательно получить покрытие. Диффузионное покрытие цинком (шерардизация) применяется главным обра зом для мелких стальных изделий, покрытие алюминием (алитирование) используется для сталь ных изделий, требующих повышенной жаростойкости, диффузионное хромирование значительно повышает коррозионную стойкость обычной стали;

покрытие методом распыления металлов (металлизация), применяемое для больших конструкций или аппаратов в собранном виде, когда другие методы неприменимы.

Для повышения теплостойкости деталей применяют биматериалы, полученные плазмен ным напылением одного материала на другой при температурах в несколько тысяч градусов, когда соединение их происходит в результате молекулярной диффузии. В качестве напылителей приме няют вольфрам, керамические и некоторые другие материалы. При этом иногда повышается и ус талостная прочность деталей.

§ 4. Определение неисправностей оборудования Незначительный естественный или аварийный износ, если его своевременно не устранить, в конечном счете может привести к серьезным отказам, приводящим к длительному простою до рогого и высокопроизводительного оборудования. Поэтому своевременное обнаружение возни кающих отказов и правильная диагностика имеют важное значение для предупреждения длитель ных простоев машин на ремонтах и способствуют его высокой эффективности.

Методы обнаружения неисправностей машин.

Существует несколько методов обнаружения неполадок в машинах — методов дефекто скопии. Основными из них являются: метод пробного включения и осмотра машины;

акустиче ский метод;

метод путем определения содержания металла в смазке;

метод ра диоактивных изотопов.

М е т о д п р о б н о г о в к л ю ч е н и я и о с м о т р а м а ш и н ы заключается в том, что машину опробуют при работе вхолостую или под нагрузкой с одновременным или последующим осмот ром. Неполадки, могущие вызвать отказ машины, устанавливают ориентировочно по посторонним стукам, повышенному шуму, повышенному расходу смазки и т. д. Этим методом сразу же, уста навливают полный отказ того или иного узла, выявляют течи гидросистем и коммуникаций и дру гие крупные неисправности. В зависимости от размеров дефекта осмотр производят визуально или с помощью простых оптических средств.

Этим методом приблизительно, на ощупь, можно установить величину зазора в вызвавшем подозрение сопряжении. При этом, естественно, надо знать характер сопряжения осматриваемых деталей, т. е. посадку и допустимый для данной посадки зазор. Зазор 0,2—0,3 мм и выше можно определить путем качания деталей относительно друг друга. При зазоре 0,05 0,1 мм смазанные де тали можно свободно перемещать одну относительно другой. Зазор 0,01—0,03 мм для взаимного перемещения деталей требует приложения некоторого усилия.

Невооруженным глазом можно обнаружить поверхностные изъяны. Мелкие механизмы или участки деталей машин осматривают с помощью увеличительного стекла, обнаруживая по верхностные микродефекты.

Метод пробного включения и осмотра является наиболее простым, наименее точным, одна ко наиболее часто применяемым методом. Подавляющее большинство явных и зачастую скрытых неполадок машины устанавливают именно этим метлой. Все другие методы применяются для бо лее точной диагностики элементов машины, выявленных в процессе пробного включения и ос мотра.

А к у с т и ч е с к и й м е т о д определения неисправностей является дополнением к предыду щему методу. Он заключается и том, что наличие некоторых дефектов (например, увеличенных зазоров в подшипниках) можно установить прослушиванием. Для этой цели применяют стетоскоп, представляющий собой трубку с мембраной и наушниками. С его помощью выявляют стук, от личный от шума нормально работающей машины. Существуют электронные стетоскопы, имею щие довольно высокую чувствительность.

Акустическим методом пользуются также для обнаружения в деталях трещин путем про стукивания детали прослушивания звука. Если деталь не имеет трещин, получается чистый, ров ный звук. Детали с трещинами дают дребезжащий звук.

М е т о д и з м е р е н и я позволяет производить проверку величины зазоров и температуры в работающем сопряжении, температуры и давления рабочего тела (пара, газа, масла) и прочее. Он используется и для определения величины износа отдельных деталей. Износ определяют как раз ность между первоначальным (чертежным) размером детали и фактическим. Замер производят линейками, штангенциркулями, микрометрами, а также индикаторами и щупами. При отсутствии щупов пользуются свинцовой проволокой.

Щупы обычно выпускают наборами в виде пластин различной, но вполне определенной толщины, величина которой указана на его плоскости.

Для определения зазора с помощью свинцовой проволоки ее расклепывают в виде клина и забивают в зазор, получая его отпечаток. Толщину отпечатка, соответствующего величине », зазо ра, замеряют штангенциркулем или микрометром.

Величину биения вала определяют индикатором биения. Шток индикатора подводят к по верхности вращающегося вала. Если вал имеет биение, то он ударяет по штоку. Величину биения фиксирует отклоняющаяся стрелка.