3.2 Трение качения.
Если бы колесо, катящееся по основанию, не испытывало проскальзывания, то такое движение было бы чистым качением и путь, проходимый любой точкой поверхности колеса по основанию за один оборот, составлял бы 2(r. Однако качения без проскальзывания не бывает. Колесо и основание испытывают упругие деформации. При этом колесо в зоне контакта сжимается, а основание - растягивается (стрелки на рис. а).
[pic] [pic] а) б)
Взаимодействия колеса с опорой.
Поэтому на контакте постоянно происходит проскальзывание колесаотносительно основания. Это один из источников рассеяния энергии. Другим источником является вязкоупругое поведение материалов основания колеса.
Если к оси колеса не приложено тяговое усилие, то дуга контакта симметрична
(см. рис. а), и реакция опоры соосна с нормальной нагрузкой. Если приложитьтяговое усилие и колесо приходит в движение, то зона контакта искажается
(см. рис.б). Материал сзади колеса не успевает восстановить форму. Прималых скоростях коэффициент трения качения увеличивается с повышениемскорости, а при больших - уменьшается.
Также существует гидродинамическое трение как один из основных видовтрения.
Гидродинамическое (жидкостное) трение характеризуется тем, что трущиесяповерхности разделены слоем масла. Минимальная толщина слоя должна бытьбольше, чем суммарная высота наиболее высоких микронеровностей обеихповерхностей: hmin( (Rmax1+Rmax2(.
4Изнашивание, износ
Изнашивание – процесс разрушения и отделения материала с поверхности твердого тела и (или) накопления его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела.
Износ – результат изнашивания, определяемый в установленных единицах.
5Износостойкость;
Износостойкость – свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания.
6Пути повышения износостойкости поверхностей деталей машин;
6Масла, смазки и присадки к ним.
Смазка – действие смазочного материала, в результате которого между двумя поверхностями уменьшается сила трения и (или) интенсивность изнашивания.
Присадка – вещество, добавляемое к смазочному материалу для придания ему новых свойств или усиления существующих.
Конец XIX века ознаменовался замечательными достижениями в исследовании вязкости, то есть трения в жидкостях. Наверное, с доисторических времён известно, что смазанные жиром или даже просто смоченные водой поверхности скользят значительно легче. Смазка трущихся поверхностей применялась с момента зарождения техники. В 1886 году О. Рейнольдс разработал первую и принципиально на то время новую теорию смазки.
Она заключалась в том, что
1) при наличии достаточно толстого слоя смазки, обеспечивающего отсутствие непосредственного контакта трущихся поверхностей, сила трения определяется только свойствами (гидродинамикой) смазочного слоя. Сила статического страгивания равна нулю, а с ростом скорости сила сопротивления движению увеличивается.
2) если же смазки недостаточно, то действуют все три механизма: сила статического сопротивления страгиванию с места; Кулонова сила и сила вязкого сопротивления.
Итак, к концу XIX века выяснилась картина зависимости силы трения от скорости. Но уже на пороге XX века возникло сомнение в правильности этой картины при очень малых скоростях. В 1902 году Штрибек опубликовал данные, свидетельствующие о том, что при отсутствии смазки сила сопротивления не падает сразу с уровня силы страгивания до кулоновой силы, а возникает постепенное падение силы с ростом скорости - эффект, противоположный гидродинамической вязкости. Этот факт был многократно перепроверен в дальнейшем и теперь обычно именуется Штрибек-эффектом. Картина зависимости силы трения от скорости приобрела форму, использующуюся до сегодняшнего дня.
Б. Техническая эксплуатация оборудования
1Техническая эксплуатация как производственный процесс.
2Техническое обслуживание и ремонт машин.
3Системы планово-предупредительная система ремонтов (ППР) и планово-предупредительная система осмотров (ППО).
4Оценка нормативов ремонта машин по надежности их элементов
5Техническая диагностика. Основные понятия.
6Основные понятия о надежности машин. Свойства.
7Процессы и состояния элементов машин.
8Отказы и повреждения. Классификация.
Надежность – это свойство объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.
Техническая эксплуатация как производственный процесс.
Техническая эксплуатация ПО представляет собой производственный процесс, который является неотъемлемой частью коммерческой эксплуатации объекта конечного применения. И на него распространяются экономические законы любых процессов производства. В соответствии с этими законами для возникновения производственного процесса необходимо иметь три элемента:
труд как целесообразная деятельность человека;
предмет труда, на который направлен эта деятельность;
средства труда с помощью которых человек воздействует на предмет труда.
Привести примеры для конкретной машины.
Цель ТЭ - обеспечение экономичной и надежной работы ПО при его коммерческой эксплуатации с минимальными затратами. Для достижения этой цели в ТЭФ входят следующие три элемента:
Техническое использование
Техническое обслуживание
Ремонт
Техническое использование – это комплекс мероприятий по управлению техникой, включая ввод в эксплуатацию, работу по выполнению основных функций и вывод из эксплуатации. При работе необходимо выполнять операции по контролю по выбору оптимальных режимов.
Техническое обслуживание – это комплекс мероприятий и средств по поддержанию ПО в нормальном техническом состоянии.
Ремонт - это комплекс мероприятий и средств по восстановлению работоспособности ПО после отработки назначенного ресурса или отказа.
Техническое обслуживание и ремонт машин.
Процессы ТО и ремонта представляют собой совокупность операций по поддержанию и восстановлению утрачиваемой со временем исправности или работоспособности судов и их элементов.
Общая цель ТО и ремонта состоит в предотвращении отказов и сохранении в течении заданного времени высокого уровня технического состояния ПО путем выполнения ремонтно - профилактических операций с минимальными затратами времени с средств.
С технологической точки зрения ТО и ремонт мало отличаются друг от друга.
Главные различия состоят в стадии выполнения и объеме работ, а так же - в организации и исполнителях этих технологических процессов, а при плановой экономике - еще и в источниках финансирования.
Техническое обслуживание (ТО) - это комплекс операций по поддержанию исправного состояния объектов, выполняемых, как правило, силами владельцев без вывода их из эксплуатации
Ремонт - это комплекс операций по восстановлению работоспособного состояния объектов, выполняемых, как правило, ремонтными или другими специализированными предприятиями с выводом их из эксплуатации.
Известно несколько организационных направлений проведения (стратегий) технических обслуживаний и ремонтов ПО. К ним, в частности, относятся:
ремонт по мере возникновения отказов ПО,
ремонт на основании без разборного контроля технического состояния (мониторинга) элементов ПО,
ремонт по результатам плановых осмотров ПО (система ППО),
планово-предупредительная система ремонтов (ППР).
Выбор стратегии ремонтов зависит от назначения и режима работы ПО. Наиболее простая система по отказу ПО обычно применяется для бытовой техники, которая ремонтируется в случае возникновения отказов.
Для ответственных машин промышленного назначения такая система не пригодна и опасна. Для нее чаще всего применяют систему ППР на основе нормативов периодичности и объемов ремонта основных видов, которые учитывают долговечность соответствующих деталей и узлов.
Для некоторых машин применяют систему ППО, при которой вопрос о необходимости ремонта решают по результатам планового освидетельствования.
Ремонт на основании безразборного контроля технического состояния элементов ПО требует оснащения их специальными средствами диагностики наиболее опасных процессов деградации элементов машин. Эта система дает наибольший эффект в сочетании с системой ППР.
На практике возможны и смешанные системы ТОР, когда ремонты выполняются на основе системы ППР, а часть работ по ТО - по потребности.
Системы ППР и ППО.
Система ППР представляет собой совокупность ремонтов нескольких видов, которые выполняются по графику с заданной последовательностью и периодичностью.
Система ППО состоит из операций по оценке технического состояния ПО через заданные промежутки времени, например ежемесячные ежеквартальные, полугодовые, годовые и т.п. осмотры. При этом объем и глубина разборки контрольных операций увеличивается при увеличении номера ППО. нескольких видов, которые выполняются по графику с заданной последовательностью и периодичностью.
Система ППР представляет собой совокупность ремонтов нескольких видов, которые выполняются по графику с заданной последовательностью и периодичностью.
В общем случае в систему ППР входят три вида ремонта:
текущий,
средний,
капитальный.
Основными характеристиками каждого y-го вида ремонта являются:
назначенный ресурс до ремонта Ry, тыс.ч
номенклатура работ по технологическому процессу
трудоемкость ремонта Wy, тыс. нормо-час.
продолжительность ремонта y, тыс. час .
Соотношения между видами ремонта можно выразить следующим образом
Rт < Rс < Rк ,
Wт < Wс < Wк ,
т < с < к .
При этом величины ресурсов должны быть кратны друг другу, что позволяет составить схему (график) ремонтов (см. рис).
Продолжительность эксплуатации от ее начала до капитального ремонта называется ремонтом циклом, который повторяется после каждого капитального ремонта. Ремонтный цикл характеризуются следующими параметрами:
продолжительность ремонтного цикла, равная назначенному ресурсу до капитального ремонта Rк ,
количество ремонтов каждого вида в цикле ny,
суммарное число ремонтов в цикле ny .
Комплексным показателем ремонтного цикла можно считать коэффициент технического использования, формула которого может быть представлена в следующем виде.
 ,
где m - число видов ремонта (m=3).
Оценка нормативов ремонта машин по надежности их элементов
Система ППР основных машин и механизмов ПО включает в себя стандартные виды ремонтов: текущий, средний и капитальный. Параметры этих ремонтов определяются по данным Руководств по эксплуатации, ТУ на ремонт или нормативам (графикам) ремонта, составленных применительно рассматриваемому элементу судна при эксплуатации судов данного типа с учетом режима их эксплуатации.
Кроме того в систему ППР включаются плановые технические обслуживания, периодичность и объем работ у которых меньше, чем у текущего ремонта.
В зависимости от содержания и объема работ технические обслуживания так же могут иметь несколько видов и обозначаться ТО-1, ТО-2, ТО-3 и т.д., или просто характеризоваться периодичностью их выполнения,
Располагая параметрами ремонтного цикла можно изобразить его схему примерно так как это показано на рисунке.
Параметры каждого вида ремонта и ТО определяются по перечню работ по обнаружению и устранению наиболее вероятных неисправностей соответствующих деталей и узлов. Иначе говоря, каждый виды ремонта и ТО, лимитируемые долговечностью конкретных элементов изделия.
Как правило, чем выше уровень ремонта (по возрастанию назначенного ресурса Ry), тем более массивные и дорогие детали лимитируют необходимость этих видов ремонта.
В дизелестроении принято, что капитальный ремонт - это ремонт связанный с подъемом коленчатого вала и ремонтом блока цилиндров. При среднем ремонте ремонтируются цилиндровые крышки и цилиндровые втулки, при текущем ремонте - поршневые кольца и клапана и т.д.
Учитывая принцип кратности ремонтов, работы по ремонту или ТО меньшего ранга, как правило, входят в состав ремонта более высокого ранга.
Техническая диагностика. Основные понятия.
Техническая диагностика (ТД) - это комплекс операций по оценке технического состояния и выявлению дефектов деталей без разборки или с минимальной разборкой машины с целью прогнозирования их остаточного ресурса и перечня работ по предстоящему плановому ремонту.
Диагностический параметр - это физическая величина, непосредственно замеряемая. СТД и функционально зависимая от степени повреждения исследуемого элемента СТС. Диагностические параметры могут быть обобщенными и частными.
Обобщенные диагностические параметры отражают интегральное влияние изнашивания различных деталей на работоспособность машины. Частный диагностирующий параметр более точно указывает на степень износа конкретной детали.
Для прогнозирования технического состояния и остаточного ресурса необходимо определять диагностические параметры через некоторые промежутки времени, строить по ним характеристику диагностического параметра и рассчитывать остаточный ресурс по моменту достижения допустимого диагностического параметра.
Диагностический параметр - это физическая величина, непосредственно замеряемая. прибором и функционально зависимая от степени повреждения исследуемого элемента машины. Диагностические параметры могут быть обобщенными и частными.
Обобщенные диагностические параметры отражают интегральное влияние изнашивания различных деталей на работоспособность машины. Частный диагностирующий параметр более точно указывает на степень износа конкретной детали.
Величина диагностического параметра зависит от прибора и градуировки его регистрирующего органа. К таким величинам относятся сила тока в А, напряжение тока в В, линейные величины в мм, давление или вакуум в МПа, температура в °С, сопротивление в ОМ, уровень вибрации в дБ и др. Корреляционная зависимость этих параметров от исследуемой физической величины, характеризирующей степень повреждения элемента машины, определяется путем специальных научных исследований, что позволяет формировать шкалу прибора в размерности исследуемой физической величины (например высота столбика ртути может быть совмещена со шкалой температуры в 0С.)
Основные понятия о надежности машин. Свойства.
Надежность относится к важнейшим элементам качества продукции, т.е. совокупности свойств продукции, обуславливающая ее пригодность удовлетворять определенные потребности в соответствии с ее назначением.
Под понятием «надежность» следует понимать свойство объекта выполнять и сохранять во времени требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, обслуживания, ремонтов, хранения и транспортирования.
В свою очередь надежность состоит из таких групп свойств как безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.
Безотказность - свойство объекта непрерывно сохранять работоспособность в течении некоторого времени или некоторой наработки.
Долговечность - свойство объекта сохранять работоспособность до перехода в предельное состояние при установленной системе технического обслуживания и ремонтов.
Ремонтопригодность - свойство объекта, заключающееся в приспособленности к предупреждению и обнаружению причин возникновения его отказов, повреждений и устранению их последствий путем приведения ремонтов и технических обслуживаний.
Сохраняемость - свойство объекта непрерывно сохранять исправное и работоспособное состояние в течении и после режима ожидания, хранения и (или) транспортирования.
При нормировании ремонтов и технических обслуживаний техники основное внимание уделяется показателям долговечности и ремонтопригодности с целью обеспечения безотказной работы.
Процессы и состояния элементов машин.
При изучении долговечности и безотказности элементов машин (деталей и узлов) необходимо исследовать различные процессы ухудшения (деградации) их состояния, которые называются деградационными процессами.
Деградационный процесс - процесс изменения (ухудшения) технического состояния объекта под воздействием конкретных внешних и внутренних факторов. Например можно отметить такие характерные процессы деградации как изнашивание и коррозия.
Изнашивание - деградиционный процесс изменения размеров, формы, массы объекта или состояния его поверхности вследствие остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок, либо из-за разрушения поверхностного слоя при трении. Коррозия - химический или электро-химический процесс разрушения поверхности тела при его взаимодействии с внешней средой. Существуют и другие процессы – усталостные разрушения, питтинг, эрозия, кавитация и др.
Количественная оценка изнашивания и др. процессов выполняется путем измерений износов через определенные промежутки времени, что позволяет определить количественные характеристики изменения технического состояния элемента. Это - зависимость параметра, характеризующего техническое состояние элемента при рассматриваемом деградационном процессе, от наработки или продолжительности эксплуатации.
Это позволяет осуществлять контроль уровня состояния элементов с учетом вероятности входа их из строя.
Критический уровень предельного состояния - величина, достижение которой соответствует неработоспособному состоянию и возникновению отказа элемента объекта.
Назначенный уровень предельного состояния - установленная нормативно-технической документацией величина, достижение которой соответствует неисправному состоянию и возникновению повреждения элемента объекта.
Номинальное (начальное) состояние - состояние объекта после изготовления или ремонта, характеризующее его пригодность к длительной эксплуатации.
Предельное состояние - состояние объекта, при котором его дальнейшее применение по назначению недопустимо или невозможно. (см. сл. Пункт).
Отказы и повреждения. Классификация.
Ключевое место в теории надежности занимают понятия о таких событиях как отказ и повреждение. Отказ - событие, заключающееся в нарушении работоспособности объекта. Повреждение - событие, заключавшееся в нарушении исправности объекта при сохранении его работоспособности.
При определении причин отказов и повреждений с целью определения виновников и разработки мер по их устранению эти события можно классифицировать следующим образом.
Допустимое повреждение - повреждение, который возникает в результате действия естественных деградационных процессов элемента объекта и учитываемая в первую очередь при установлении назначенного ресурса до ремонта.
Недопустимое повреждение- повреждение, возникновение которого в период отработки назначенного ресурса связано с допущенными нарушениями правил проектирования, эксплуатации, ремонта, технического обслуживания, хранения или транспортирования объекта.
Внезапный отказ - отказ, возникновение которого характеризуется постоянной во времени интенсивностью отказов и скачкообразным изменением технического состояния.
Зависимый отказ - отказ элемента объекта, обусловленный повреждениями или отказами других элементов.
Конструкционный отказ - отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) норм конструирования.
Независимый отказ - отказ элемента объекта, не обусловленный повреждениями или отказами других элементов.
Постепенный отказ (повреждение) - отказ (повреждение), возникновение которого характеризуется постепенным увеличением интенсивности отказов под воздействием одного или нескольких деградационных процессов.
Производственный отказ - отказ, возникший в результате нарушения установленного процесса изготовления или ремонта объекта.
Эксплуатационный отказ - отказ, возникший в результате нарушения установленных правил и (или) условий эксплуатации объекта.
В. |
