Износ. Виды износа

При работе любого производственного оборудования происходят процессы, связанные с постепенным снижением его рабочих характеристик и изменением свойств деталей и узлов. Накапливаясь, они могут привести к полной остановке и серьезной поломке. Чтобы избежать негативных экономических последствий, предприятия организуют у себя процесс управления износом и своевременного обновления основных фондов.

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.

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.

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.

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.

Существуют и другие, менее распространенные специфические виды старения.

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 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.

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.

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.

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.

Виды и причины износа деталей.

Износ деталей в ходе эксплуатации — процесс естественный. Сложные условия работы ТПС вызывают ускоренное появление у его деталей износов различного вида, которые приводят к изменению геометрических параметров деталей, увеличению между ними зазоров, появлению местных вырывов металла, изменению его поверхностной или внутренней структуры. Наиболее характерны износ от сил трения (механический), а также термический, электроэрозионный и коррозионный износы. Отдельные детали могут одновременно подвергаться нескольким видам износа.

Механический износ может возникать вследствие молекулярного схватывания, а также проявляться в виде окислительного, теплового, абразивного и осповидного износов.

1. Абразивный износ — это результат срезания металла попавшими на его поверхность твердыми частицами. Он характерен для смазываемых, но не защищенных от внешних воздействий поверхностей.

2. Тепловой износ происходит при трении скольжения с большими скоростями и высоком давлении. При таких условиях в поверхностных слоях трущихся деталей быстро повышается температура, происходят схватывание и отрыв частиц металла с меньшей прочностью.

3. Молекулярное схватывание происходит при трении скольжения с малыми скоростями или при давлении, превышающем предел текучести. Такие условия возникают в опорах кузовов и деталях межтележечного сочленения, хвостовиков автосцепного устройства.

4. Осповидный износ возникает при трении качения и напряжениях, превышающих предел текучести металла и вызывающих усталостные повреждения. Такой износ характерен, например, для поверхностей роликов и колец подшипников.

5. Окислительный износ появляется в результате разрушения окислов металла на поверхностях двух взаимно перемещающихся деталей, особенно в условиях переменных нагрузок.

С увеличением продолжительности работы деталей их износ возрастает непрерывно, но с различной интенсивностью (рис. 1.1). В зоне I происходит приработка поверхностей, и износ растет быстро. После приработки рост износа замедляется (зона II — нормальной эксплуатации). В конце зоны II наступает предельный износ, который при дальнейшей эксплуатации резко возрастает (зона III), что недопустимо. В целях продления срока службы деталей следует максимально облегчать условия их работы в период приработки, применяя качественную смазку и часто ее заменяя.

Рис. 1.1. Зависимость механического износа деталей от продолжительности их работы

Термический износ возникает в результате превышения допустимой для данной детали температуры. При этом снижается механическая прочность токоведущих элементов, отжигается медь, выплавляется олово, обгорает изоляция проводов. Повышение температуры сверх допустимых значений вредно сказывается на диэлектрических свойствах изоляции. Снижение диэлектрических свойств изоляции (ее старение) объясняется изменением молекулярной структуры изоляционного материала в результате часто повторяющихся или длительных воздействий на него высоких температур. Снижение механической прочности токоведущих частей обусловлено тем, что повышение температуры в контактных соединениях ускоряет процесс окисления их рабочих поверхностей. Переходное сопротивление в местах контакта при этом повышается, возрастает проходящий через контакт ток, что, в свою очередь, приводит к более интенсивному возрастанию температуры и, как следствие, к еще большей активности процесса окисления. Кроме того, повышенные температуры могут вызвать появление сколов, трещин и обгорание глазури на поверхностях из керамических материалов.

Электроэрозионный износ обусловлен уносом металла с рабочей поверхности электрической дугой, возникающей в момент разрыва находящихся под током контактов. Мощность и продолжительность этой дуги зависят в первую очередь от значений разрываемого тока, разности потенциалов между контактами в начале и в конце процесса, типа и состояния дугогасительных устройств. Этому виду износа подвержены коллекторы электрических машин, контактные провода и полозы токоприемников, контакты ряда аппаратов защиты силовых цепей и др.

Коррозионный износ возникает в результате коррозии металлических (в основном стальных) деталей. Этот процесс ускоряется с увеличением влажности и агрессивности внешней среды. У таких металлов как медь и алюминий образующаяся пленка окислов хотя непосредственно не вызывает износа, но приводит к снижению электрической проводимости, что активизирует окислительный процесс и развитие электроэрозии.

Методы снижения износов. Износ деталей и узлов может быть снижен конструкторскими, технологическими и эксплуатационными методами.

Конструкторские методы снижения износов имеют два основных направления. Первое из них — замена быстроизнашивающихся узлов или деталей узлами или деталями иной конструкции, обеспечивающей их работу с меньшим износом, например, внедрение новых опор кузова или буксовых поводков с резиновыми шарнирными узлами, не требующими смазки, замена подшипников скольжения в буксах колесных пар на подшипники качения, внедрение резинокордовых муфт тягового привода электропоездов, применение в силовых аппаратах двух пар контактов или шунтирование их высокоомным резистором для снижения плотности тока и т.д. Второе направление характеризуется применением материалов, снижающих механические усилия, например, резиновых прокладок, прокладок и втулок из полимерных материалов. Снизить износ можно также повышением прочности деталей путем дополнительной обработки их поверхностей (накатка, закаливание и др.), применением износостойких материалов (например, марганцовистой стали, коллекторной меди с присадками кадмия и серебра), покрытием металлов полимерными пленками, а изоляционных материалов — термореактивными пленками.

Технологические методы снижения износа сводятся к повышению точности обработки поверхностей деталей, применению накатки поверхностей роликами, наклепа дробью, цементации, нитроцементации и др., внедрению более жестких норм допусков на основные размеры и на отклонения характеристик машин и аппаратов от паспортных данных, совершенствованию системы контроля за состоянием деталей и узлов.

Эксплуатационные методы, как и конструкторские, имеют два направления. Первое — обеспечение рациональных режимов вождения поездов, снижающих вероятность возникновения повышенных износов. При ведении поезда следует избегать резких изменений тяговых и тормозных усилий, не допускать боксования, резких бросков тока или длительного протекания тока, близкого к предельному.

Второе направление — улучшение качества смазочных материалов, правильное их применение и хранение. Смазку следует наносить предварительно очищенными от грязи и протертыми лопаточками, масленками, гидропультами, нагнетателями, протирку выполнять концами, смоченными керосином. Смазываемые поверхности должны быть очищены от грязи, старой краски и ржавчины. Смешивать смазки и масла разных сортов запрещается. Хранить смазочные материалы надо в закрытых сосудах.

Повреждения деталей. В отличие от износа — явления неизбежного, но контролируемого и предсказуемого — повреждение является непредсказуемым, но его можно избежать.

Механические повреждения могут возникать в результате отклонений от установленной технологии изготовления и обработки деталей, неправильного монтажа, слабого их закрепления. Причинами повреждений могут быть наличие на деталях задиров и рисок, попадание в узлы посторонних предметов, скрытые раковины в материале деталей, местные перенапряжения в них.

Повреждения в электрических цепях возникают чаще всего от токовых перегрузок. Они вызывают пересыхание изоляции и чрезмерный нагрев мест со единения, загрязнение или увлажнение поверхности изоляции, нарушение надежности контактного соединения, перенапряжения в отдельных точках электрической цепи и нарушение прочности проводов, кабелей, их наконечников и изоляторов.

Возникновение повреждений предупреждают проведением планово-предупредительного технического обслуживания и ремонта в соответствующие сроки, совершенствованием методов ремонта и эксплуатации ТПС, улучшением конструкций деталей и узлов.