Для повышения долговечности ремонтируемых машин, отдельных узлов, соединений, а также деталей путем их восстановления, выбора рационального способа восстановления и материала покрытия, определения расхода запасных частей весьма важно знать и уметь оценивать величины предельных! износов и других показателей долговечности.
Согласно ГОСТ 27.002-83, долговечность - свойство объекта (детали, узла, машины) сохранять работоспособное состояние до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта. В свою очередь, работоспособное состояние - состояние объекта, при котором значение всех параметров, характеризующих способность выполнять заданные функции, соответствует требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской документации; предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или нецелесообразно, либо восстановление его исправного или работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно. При этом следует иметь в виду, что для неремонтируемых объектов предельного состояния может достигнуть не только неработоспособный объект, но и работоспособный, применение которого оказывается недопустимым согласно требованиям безопасности, безвредности, экономичности, эффективности. Переход такого неремонтируемого объекта в предельное состояние происходит раньше возникновения отказа.
С другой стороны, объект может оказаться в неработоспособном состоянии, не достигнув предельного состояния. Работоспособность такого объекта, а также объекта, находящегося в предельном состоянии, восстанавливается с помощью ремонта, при котором происходит восстановление ресурса объекта в целом.
Основными техническими оценочными показателями долговечности являются ресурс и срок службы. При характеристике показателей следует указывать вид действия после наступления предельного состояния объекта (например, средний ресурс до капитального ремонта; гамма-процентный ресурс до среднего ремонта и т. д.). В случае окончательного снятия с эксплуатации объекта, обусловленного предельным состоянием, показатели долговечности называются: полный средний ресурс (срок службы), полный гамма-процентный ресурс (срок службы), полный назначенный ресурс (срок службы). Полный срок службы включает в себя продолжительности всех видов ремонта объекта. Рассмотрим основные показатели долговечности и их разновидности, конкретизирующие этапы или характер эксплуатации.
Технический ресурс - наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
Срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта или ее возобновления после ремонта определенного вида до перехода в предельное состояние.
Наработка - продолжительность или объем работы объекта.
Наработка объекта может быть:
1) наработка до отказа - от начала эксплуатации объекта до возникновения первого отказа;
2) наработка между отказами - от окончания восстановления работоспособного состояния объекта после отказа до возникновения следующего отказа.
Технический ресурс представляет собой запас возможной наработки объекта. Различают следующие виды технического ресурса: доремонтный ресурс -наработка объекта до первого капитального ремонта; межремонтный ресурс - наработка объекта от предыдущего до последующего ремонта (число межремонтных ресурсов зависит от числа капитальных ремонтов); послеремонтный ресурс -наработка от последнего капитального ремонта объекта до его перехода в предельное состояние; полный ресурс - наработка от начала эксплуатации объекта до его перехода в предельное состояние, соответствующее окончательному прекращению эксплуатации. Виды сроков службы подразделяются так же, как и ресурсы.
Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. Показатели «средний ресурс», «средний срок службы», «средняя наработка» определяют по формуле
где - средняя наработка до отказа (средний ресурс, средний срок службы); f(t)-плотность распределения наработки до отказа (ресурса, срока службы); F(t) - функция распределения наработки до отказа (ресурса, срок службы).
Гамма-процентный ресурс - наработка, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах. Гамма-процентный ресурс , гамма-процентный срок службы определяют по следующему уравнению:
где t γ - гамма-процентная наработка до отказа (гамма-процентный ресурс, гамма-процентный срок службы).
При γ = 100% гамма-процентная наработка (ресурс, срок службы) называется установленной безотказной наработкой (установленным ресурсом, установленным сроком службы). При γ=50% гамма-процентная наработка (ресурс, срок службы) называется медианной наработкой (ресурсом, сроком службы).
Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособного состояния объекта.
Назначенный ресурс - суммарная наработка объекта, при достижении которой применение по назначению должно быть прекращено.
Назначенный ресурс (срок службы) установлен с целью принудительного заблаговременного прекращения применения объекта по назначению, исходя из требований безопасности или: экономического анализа. При этом в зависимости от технического состояния, назначения, особенностей эксплуатации объект после достижения назначенного ресурса может эксплуатироваться дальше, сдан в капитальный ремонт, списан.
Предельный износ - это износ, соответствующий предельному состоянию изнашивающегося изделия. Основными признаками приближения предельного износа являются увеличение расхода топлива, снижение мощности, снижение прочности деталей, т. е. дальнейшая работа изделия становится технически ненадежной и экономически нецелесообразной. При достижении предельных износов деталей и соединений их полный ресурс (Т п) исчерпывается, и необходимо принимать меры для его восстановления.
Допустимый износ - износ, при котором изделие сохраняет работоспособность, т. е. при достижении этого износа детали или соединения могут работать без их восстановления еще целый межремонтный срок. Допустимый износ меньше предельного, и остаточный ресурс деталей не исчерпан.
Объекты и их элементы в теории надёжности делят на восстанавливаемые и невосстанавливаемые . Невосстанавливаемый объект работает до первого отказа, а восстанавливаемый после устранения последствий отказа может использоваться по назначению. Это деление также в определённой мере условно так как, например, течь трубной системы конденсатора является отказом, в результате которого прекращается работа турбины и проводятся восстановительные работы (устранение отказа). Следовательно, при таком отказе конденсатор и турбоагрегат в целом выступают как восстанавливаемые объекты. Но если исследовать безотказность объекта только до наступления первого отказа, то в таком случае течь трубной системы может характеризовать надёжность данного турбоагрегата как невосстанавливаемого объекта.
Средний ресурс - математическое ожидание ресурса. Статистическая оценка среднего ресурса
где T pi - ресурс i-го объекта; N - число объектов, поставленных на испытания или в эксплуатацию.
Гамма-процентный ресурс представляет собой наработку, в течение которой объект не достигает предельного состояния с заданной вероятностью γ, выраженной в процентах.
Значение гамма-процентного ресурса определяют с помощью кривых распределения ресурсов (рис. 1.1).
Рис. 2.1. Определение значения гамма-процентного ресурса:
а и б -кривые соответственно убыли и распределения ресурсов
Вероятность обеспечения ресурса Т р γ , соответствующую значению γ/100, определяют по формуле
где Т Р γ - наработка до предельного состояния (ресурса).
Гамма-процентный ресурс является основным расчетным показателем для подшипников и других элементов. Существенное достоинство этого показателя - возможность его определения до завершения испытаний всех образцов. В большинстве случаев для различных элементов используют 90 %-ный ресурс. Если отказ элемента влияет на безотказность, то гамма-ресурс приближается к 100 %.
Назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.
Под установленным ресурсом понимается технически обоснованная или заданная величина ресурса, обеспечиваемая конструкцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которой объект не должен достигать предельного состояния.
Средний срок службы - математическое ожидание срока службы. Статистическую оценку среднего срока службы определяют по формуле
(2.17)
где Тсл i - срок службы i-го объекта.
Гамма-процентный срок службы представляет собой календарную продолжительность эксплуатации, в течение которой объект не достигает предельного состояния с вероятностью γ, выраженной в процентах. Для его расчета используют соотношение
Назначенный срок службы - суммарная календарная продолжительность эксплуатации, при достижении которой применение объекта по назначению должно быть прекращено независимо от его технического состояния.
Под установленным сроком службы понимают технико-экономически обоснованный или заданный срок службы, обеспечиваемый конструкцией, технологией и эксплуатацией, в пределах которого объект не должен достигать предельного состояния.
Надежность как комплексное свойство. Составляющие надежности.
Безотказность
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при необходимом обслуживании. Предельное состояние – такое состояние объекта, при котором невозможна (или нецелесообразна) его дальнейшая эксплуатация.
Ремонтопригодность
Сохраняемость – свойство объекта сохранять значения показателей безотказности, долговечности и ремонтопригодности в течение и после хранения и (или) транспортировки.
Устойчивоспособность – свойство системы непрерывно сохранять устойчивость в течение некоторого интервала времени. Устойчивость – способность системы переходить от одного устойчивого режима к другому при различных возмущениях.
Живучесть – свойство системы противостоять крупным возмущениям режима, не допуская каскадного (цепочечного) развития аварий и массового отключения потребителей, не предусмотренного алгоритмом работы противоаварийной автоматики.
Безопасность – свойство объекта не создавать ситуаций, опасных для людей и окружающей среды во всех возможных режимах работы и аварийных ситуациях.
3. Основные показатели надежности. - количественная характеристика одного или нескольких свойств, определяющих надежность объекта.
Их подразделяют на единичные , характеризующие одно свойство, и комплексные , характеризующие несколько свойств. Единичные показатели применяются в основном для характеристики отдельных конструктивных элементов, комплексные - для узлов нагрузки и систем в целом.
Единичные показатели надежности.
Их можно подразделить на показатели безотказности и восстанавливаемости.
Основной количественной характеристикой безотказности является вероятность безотказной работы P(t) , т. е. вероятность того, что в заданном интервале времени (или в пределах заданной наработки) при заданных условиях работы не произойдет отказа . Функцией, характеризующей противоположное событие, является вероятность отказа, или ненадежность . Очевидно, что
Плотность распределения случайной величины. Это есть производная от функции распределения:
4. Безотказность – свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течение заданного времени. Работоспособность элемента – состояние элемента, при котором он способен выполнять заданные функции с параметрами, установленными соответствующими требованиями технической документации.
5. Ремонтопригодность – свойство объекта, заключающееся в его приспособленности к предупреждению, обнаружению и устранению отказов и неисправностей, к поддержанию и восстановлению работоспособности путем проведения технического обслуживания и ремонтов.
Понятие долговечности. Показатели долговечности.
Долговечность – свойство объекта сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при необходимом обслуживании. Предельное состояние – такое состояние объекта, при котором невозможна (или нецелесообразна) его дальнейшая эксплуатация.
Показатели долговечности:
ресурс, технический ресурс - суммарная наработка объекта от начала его эксплуатации или ее возобновления после ремонта до перехода в предельное состояние;
назначенный ресурс - суммарная наработка, при достижении которой эксплуатация объекта должна быть прекращена независимо от его технического состояния;
срок службы - календарная продолжительность от начала эксплуатации объекта до перехода в предельное состояние, при котором объект подлежит списанию.
Согласно ГОСТ 13377-75 ресурсом называют наработку объекта от начала или возобновления эксплуатации до наступления предельного состояния.
В зависимости от того, как выбирают начальный момент времени, в каких единицах измеряют продолжительность эксплуатации и что понимают под предельным состоянием — понятие ресурса получает различное истолкование.
В качестве меры продолжительности может быть выбран любой неубывающий параметр, характеризующий продолжительность эксплуатации объекта. Единицы для измерения ресурса выбирают применительно к каждой отрасли и к каждому классу машин, агрегатов и конструкций отдельно. С точки зрения общей методологии наилучшей и универсальной единицей остается единица времени.
Во-первых, время эксплуатации технического объекта в общем случае включает не только время его полезного функционирования, но и перерывы, в течение которых суммарная наработка не возрастает, НО! в эти перерывы объект подвергается воздействию окружающей среды, нагрузкам и т.д. Процесс старения материалов вызывает уменьшение общего ресурса.
Во-вторых, назначенный ресурс тесно связан с назначенным сроком службы, определяемым как календарная продолжительность эксплуатации объекта до его списания и измеряемым в единицах календарного времени. Назначенный срок службы в значительной степени связан с темпами научно-технического прогресса в данной отрасли. Применение экономико-математических моделей для обоснования назначенного ресурса требует измерения ресурса не только в единицах наработки, но и в единицах календарного времени.
В-третьих, в задачах прогнозирования остаточного ресурса функционирование объекта на отрезке прогнозирования представляет собой случайный процесс аргументом которого является время.
Исчисление ресурса в единицах времени позволяет поставить задачи прогнозирования в наиболее общей форме. Здесь возможно применение единиц времени как непрерывных независимых переменных, так и дискретных, например, число циклов.
Начальный момент времени при исчислении ресурса и срока службы на стадии проектирования и на стадии эксплуатации определяется по-разному.
На стадии проектирования за начальный момент времени обычно принимают момент ввода объекта в эксплуатацию или, точнее, начало его полезного функционирования.
Для объектов находящихся в эксплуатации, в качестве начального можно выбрать момент последней инспекции или профилактического мероприятия, либо момент возобновления эксплуатации после капитального ремонта. Это может быть также произвольный момент, в который поставлен вопрос о его дальнейшей эксплуатации.
Понятие предельного состояния, соответствующего исчерпанию ресурса, также допускает различное толкование. В одних случаях причиной прекращения эксплуатации служит моральный износ, в других – чрезмерное снижение эффективности, которое делает дальнейшую эксплуатацию экономически нецелесообразной, в-третьих — снижение показателей безопасности ниже предельно допустимого уровня.
Не всегда удается установить точные признаки и значения параметров, при которых состояние объекта следует квалифицировать как предельное. Применительно к котельному оборудованию основанием для его списания служит резкое увеличение интенсивности отказов, продолжительности простоев и расходов на ремонт, что делает дальнейшую эксплуатацию оборудования экономически нецелесообразной.
Выбор назначенного ресурса и назначенного (планового) срока службы – технико-экономическая задача, решаемая на этапе разработки проектного задания. При этом учитывается современное техническое состояние и темпы научно-технического прогресса в данной отрасли, принятые в данное время нормативные значения коэффициентов эффективности капитальных вложений и др.
На стадии проектирования назначенные ресурс и срок службы являются заданными величинами. Задача конструктора и разработчиков подобрать материалы, конструктивные формы, размеры и технологические процессы так, чтобы обеспечить плановые значения показателей для проектируемого объекта. На стадии проектирования, когда объект еще не создан, его расчет, в том числе оценку ресурса, производят на основании нормативных документов, которые в свою очередь основаны (явно или неявно) на статистических данных о материалах, воздействиях и условиях эксплуатации аналогичных объектов. Таким образом, прогнозирование ресурса на стадии проектирования должно быть основано на вероятностных моделях.
Применительно к эксплуатируемым объектам понятие ресурса также можно толковать по-разному. Основным понятием здесь является индивидуальный остаточный ресурс – продолжительность эксплуатации от данного момента времени до достижения предельного состояния. В условиях эксплуатации по техническому состоянию межремонтные периоды также назначаются индивидуально. Поэтому вводят понятие индивидуального ресурса до ближайшего среднего или капитального ремонта. Аналогично вводят индивидуальные сроки для других профилактических мероприятий.
В то же время индивидуальное прогнозирование требует дополнительных расходов на средства технической диагностики, на встроенные и внешние приборы, регистрирующие уровень нагрузок и состояние объекта, на создание микропроцессоров для первичной переработки информации, на разработку математических методов и программного обеспечения, позволяющих получать обоснованные выводы на основании собранной информации.
В настоящее время эта проблема является первоочередной для двух групп объектов.
К первой относятся самолеты гражданской авиации. Именно здесь впервые применены датчики для регистрации нагрузок, действующих на самолет в процессе эксплуатации, а также датчики ресурса, позволяющие судить о накопленных в конструкции повреждениях, а, следовательно, об остаточном ресурсе.
Вторую группу объектов, для которых проблема прогнозирования индивидуального остаточного ресурса стала актуальной, составляют крупные энергетические установки. Это тепловые, гидравлические и атомные электростанции, большие системы для передачи и распределения энергии и топлива. Будучи сложными и ответственными техническими объектами они содержат напряженные узлы и агрегаты, которые при аварии могут стать источником повышенной опасности для людей и окружающей среды.
Ряд тепловых электростанций, рассчитанных на срок службы 25-30 лет, к настоящему моменту выработали свой ресурс. Поскольку оборудование этих электростанций находится в удовлетворительном техническом состоянии, и они продолжают вносить существенный вклад в энергетику страны, возникает вопрос о возможности дальнейшей эксплуатации без перерывов на реконструкцию основных блоков и агрегатов. Для вынесения обоснованных решений необходимо иметь достаточную информацию о нагруженности основных и наиболее напряженных элементов в течение всего предыдущего периода эксплуатации, а также об эволюции технического состояния этих элементов.
При создании новых энергетических установок, среди которых особое значение имеют атомные электростанции, необходимо предусматривать их оснащение не только системами раннего предупреждения отказов, но и более основательными средствами для диагностики и идентификации состояния их основных компонентов, регистрации нагрузок, переработки информации и установления прогноза относительно изменения технического состояния.
Прогнозирование ресурса – составная часть теории надежности. Понятие надежности носит комплексный характер, в него входит ряд свойств объекта.
Долговечность - это способность материала в течение заданного времени сохранять работоспособность. Критерий долговечности зависит от условий эксплуатации.
При циклическом нагружении долговечность определяется числом циклов до разрушения УУ Р азр и зависит от принятого предела ограниченной выносливости. Ее можно определить по выражению
N
Пред о 2 о 2
Кст° а) А? а-1
где п" уст - коэффициент концентрации напряжений в зоне усталостной трещины;
^пред _ характеризует величину остаточной макродеформации, накопленной в теле к моменту его разрушения при механических (растяжение, кручение, и т.д.), технологических или промышленных испытаниях заготовки;
Д?" сг _ 1 - величина неупругой деформации за один цикл нагружения напряжением, равным пределу выносливости;
о а - амплитудное напряжение;
о_! - предел выносливости гладкого образца;
о т - предел текучести гладкого образца.
= к м к,
- *ч а -1 У
- (2.3)
Выражение (2.2) выведено с учетом закономерностей линейного суммирования повреждений; действия эффективных концентраторов напряжений, к которым можно отнести дислокационные сплетения при условии, что источник Франка-Рида действует от достаточно высокого напряжения. Для пластичных материалов такая возможность возникает, когда в зоне действия концентратора напряжений от ближайшего скопления дислокаций оказывается он сам. Резкое повышение напряжений в зоне концентратора приводит к тому, что при разгрузке образца дислокации не возвращаются в исходное положение и пластическая деформация сосредотачивается в отдельных небольших объемах, которые деформируются при этом до исчерпания ресурса пластичности, и с них начинается процесс разрушения.
Величину микрообъема можно оценить по выражению
1/Уст _ (2 А)
у разр 5 V
где Е - модуль нормальной упругости.
Тогда длину пластической зоны, в которой накапливается предельная деформация, можно оценить по выражению
При этом критическая плотность дислокаций
где в - вектор Бюргерса;
Ь - размер полосы скольжения.
Относительное изменение плотности в разрушаемом элементе:
Ар ^разрА
V.
где р - плотность материала в исходном состоянии;
100% - относительное изменение плотности в%; Р
АЕ - относительное изменение модуля нормальной упругости до и после разрушения;
К р ст - разрушаемый объем при статическом нагружении.
?’/ 1ред а /
Е
Для большинства деталей машин (более 80%) долговечность определяется сопротивлением материала усталостным разрушениям (циклической долговечностью) или сопротивлением изнашиванию (износостойкостью).
Циклическая долговечность характеризует работоспособность материала в условиях многократно повторяющихся циклов напряжений. Цикл напряжения - совокупность изменения напряжения между двумя его предельными значениями о тах и о т1п в течение периода Т.
Процессы постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящие к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью, а свойство противостоять усталости - выносливостью (ГОСТ 23207-78).
Разрушение от усталости по сравнению с разрушением от статической нагрузки имеет ряд особенностей.
- 1. Оно происходит при напряжениях, меньших, чем при статической нагрузке, и меньшем пределе текучести или временном сопротивлении.
- 2. Разрушение начинается на поверхности, в местах концентрации напряжений (деформации). Локальную концентрацию напряжений создают повреждения поверхности в результате циклического нагружения либо надрезы в виде следов обработки, воздействия среды.
- 3. Разрушение протекает в несколько стадий, характеризующих процессы накопления повреждений в материале, образования трещин усталости.
- 4. Разрушение имеет характерное строение излома, отражающее последовательность процессов усталости. Излом состоит из очага разрушения (места образования микротрещин) и двух зон - усталости и долома (рис. 2.2).
Долговечность материала в условиях трения определяется износостойкостью - сопротивлением изнашиванию. Износ оценивается по изменению веса или размеров детали, а долговечность - скоростью изнашивания и допустимой величиной износа.
Изнашивание - процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и (или) в его остаточной деформации:
- износ - результат изнашивания, проявляющийся в виде отделения или остаточной деформации материала;
- линейный износ - износ, определяемый по уменьшению размера образца (тела) по нормали к поверхности трения;
- скорость изнашивания - отношение величины износа к времени, в течение которого он возник;
- интенсивность изнашивания - отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или объему выполненной работы.
Виды изнашивания:
- 1. Абразивное изнашивание в результате режущего или механического действия твердых тел или частиц. Механизм этого вида изнашивания заключается в удалении материала с изнашиваемой поверхности либо в виде очень мелкой стружки, либо целых участков материала, находящихся в «предразрушенном» (сильно наклепанном) состоянии.
- 2. Изнашивание вследствие пластического деформирования. Такому изнашиванию подвержены пластичные сплавы, работающие при значительных нагрузках и повышенных температурах.
Рис. 22.
- 1 - очаг зарождения трещины; 2 - зона усталости;
- 3 - зона долома (схема)
Происходит постепенное перемещение поверхностных слоев в направлении скольжения, приводящее к изменению размеров изделия. В данном случае износ не сопровождается потерей массы.
- 3. Изнашивание при хрупком разрушении. Это изнашивание происходит, когда поверхностный слой одного из трущихся металлов претерпевает большую пластическую деформацию, интенсивно наклепывается, становится хрупким и затем разрушается, обнажая лежащий под ним менее хрупкий материал, после чего явление повторяется, т.е. носит циклический характер.
- 4. Усталостное разрушение, или контактная усталость, представляет собой процесс накопления и развития разрушения поверхностных слоев материала под действием переменных контактных нагрузок, вызывающих образование ямок выкрашивания (питтинга) или трещин. Этот вид разрушения, связанный с локальным разрушением поверхности, проявляется только через некоторое время работы деталей, особенно при трении качения или качения с проскальзыванием, когда контакт деталей является сосредоточенным (шарико-и роликоподшипники, зубья шестерен И Т.Д.).
- 5. Адгезивное изнашивание. Это изнашивание связано с различными видами «схватывания» металла при трении: перенос (диффузионный) металла с одной поверхности на другую; вырывания частиц одной поверхности и налипание или наволакивание их на другую, что обычно ведет к появлению на поверхности рисок и задиров; заедание сопряженных деталей, сопровождаемое резким повреждением поверхностей и повышением сопротивления трения.
- 6. Тепловое изнашивание - это когда чистые (от пленок или адсорбированного вещества) поверхностные слои трущихся металлов разогреваются до высоких температур, что наблюдается при трении скольжения с большими скоростями и значительными удельными давлениями и происходит тепловое изнашивание. При нагреве и охлаждении с большими скоростями структурные изменения в стали распространяются на глубину от 5 до 80 мкм.
В интервале температур, мало снижающих прочность трущихся поверхностей металлов (для стали - до 600 °С), тепловой износ характеризуется контактным схватыванием и разрушением мест схватывания с малыми пластическими деформациями; поверхность трения на этой стадии износа покрыта надрывами, чередующимися через правильные промежутки. В интервале температур (для стали выше 600 °С) тепловой износ характеризуется контактным схватыванием и пластическим разрушением точек схватывания с налипанием и размазываем металла на трущихся поверхностях. В интервале температур плавления разрушение контактирующих поверхностей в процессе износа происходит путем уноса пленок расплавленного металла.
- 7. Окислительное изнашивание. Такое изнашивание возможно, когда кислород воздуха или кислород, находящийся в смазке, вступая во взаимодействие с трущейся поверхностью металла, образуют на ней окисную пленку. Изнашивание в этом случае определяется механическим удалением окисных пленок при трении, их уносом вместе со смазкой и новым образованием свежих пленок.
- 8. Изнашивание в условиях агрессивного действия жидкой среды. Такой средой может быть неудачно выбранная смазка, либо какая-то активная жидкость, присутствие которой обусловлено конкретными
условиями эксплуатации. Частным видом данного вида изнашивания является фреттинг-коррозия, т.е. изнашивание мест сопряжения деталей, находящихся под нагрузкой, при продольных вибрациях). Фреттинг-коррозия возникает под действием промышленной атмосферы или просто влаги.
9. Особые виды изнашивания. Кавитационное изнашивание деталей появляется в потоке жидкости, движущейся с переменной скоростью в закрытом канале, например, в потоке воды, несущей песок.
Эрозионное изнашивание состоит в отделении частиц поверхности тела в результате соприкосновения с ним движущейся жидкой или газовой среды или увлекаемых ею твердых частиц, либо в результате ударов потока твердых частиц.
Износостойкость - свойство материала оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию.
Износостойкость материала оценивают величиной, обратной скорости V или интенсивности J h изнашивания.
Скорость и интенсивность изнашивания представляют собой отношение износа соответственно к времени или пути трения. Чем меньше значение скорости изнашивания при заданном износе АИ, тем выше ресурс работы / узла трения
t = Ah/v h . (2.9)
Работоспособность материала детали в условиях эксплуатации характеризуют следующие критерии конструкционной прочности:
- 1) критерии прочности а в, а 0 2 , а_ 1? которые при заданном запасе прочности определяют допустимые рабочие напряжения, массу и размеры деталей;
- 2) модуль упругости Е, который при заданной геометрии детали определяет величину упругих деформаций, т.е. ее жесткость;
- 3) пластичность 5, ф, ударная вязкость КСТ, КСУ, КС1), вязкость разрушения К 1с, температурный порог хладноломкости / 50 , которые оценивают надежность материала в эксплуатации;
- 4) циклическая долговечность, скорости изнашивания, ползучести, коррозии, определяющие долговечность материала.
При проектировании металлических конструкций также должны учитываться следующие основные требования.
Условия эксплуатации. Удовлетворение заданным при проектировании условиям эксплуатации является основным требованием для проектировщика. Оно в основном определяет систему, конструктивную форму сооружения и выбор материала для него.
Экономия металла. Требование экономии металла определяется большой его потребностью во всех отраслях промышленности (машиностроение, транспорт и т.д.) и относительно высокой стоимостью. В строительных конструкциях металл следует применять лишь в тех случаях, когда замена его другими видами материалов (в первую очередь, железобетоном) нерациональна.
Транспортабельность. Металлические конструкции изготавливаются на заводах и впоследствии перевозятся на место строительства, поэтому в проекте должна быть предусмотрена возможность перевозки их целиком или по частям (отправочными элементами) с применением соответствующих транспортных средств.
Технологичность. Конструкции должны проектироваться с учетом требований технологии изготовления и монтажа с ориентацией на наиболее современные и производительные технологические приемы, обеспечивающие максимальное снижение трудоемкости.
Скоростной монтаж. Конструкция должна соответствовать возможностям сборки ее в наименьшие сроки с учетом имеющегося монтажного оборудования. Ведущим принципом скоростного монтажа является сборка конструкций в крупные блоки на земле с последующим подъемом их в проектное положение с минимальным количеством монтажных работ наверху.
Долговечность конструкции определяется сроками ее физического и морального износа. Физический износ металлических конструкций связан главным образом с процессами коррозии. Моральный износ связан с изменением условий эксплуатации.
Эстетичность. Конструкции, независимо от их назначения, должны обладать гармоничными формами. Особенно существенно это требование для общественных зданий и сооружений.