О чем речь?Абразивное изнашивание деталей и узлов автомобилей, сельскохозяйственной техники – неизбежный процесс. Представляет собой повреждение металлических поверхностей при трении и ударах друг о друга твердых частиц.
Как защитить? Эффективными способами защиты от данного вида изнашивания являются окрашивание металлических поверхностей, гальваническое покрытие, анодирование, азотирование. Своевременное обслуживание, замена фильтров способствуют увеличению срока эксплуатации техники.
В этой статье:
Понятие изнашивания автомобиля
В процессе эксплуатации транспортного средства на него действует ряд факторов (нагрузок, вибраций, влаги, воздушных потоков, абразивных частиц, температуры), что вызывает изнашивание и повреждение деталей, изменение их свойств (упругости, пластичности и др.), ухудшение технического состояния автомобиля.
Кроме факторов внешней среды, негативное влияние может быть вызвано работой узлов и механизмов машины, а также случайными факторами, например скрытыми дефектами деталей автомобиля, перегрузками. Условия эксплуатации и хранения ТС тоже имеют значение для его технического состояния.
Понятие изнашивания автомобиля
Изнашивание — процесс разрушения и отделения материала с поверхностей деталей и (или) накопление в них остаточных деформаций, проявляющихся в постепенном изменении размеров и (или) формы деталей.
Причиной изнашивания деталей является трение. Различают два основных вида трения: сухое и жидкостное. При сухом трении (без смазочного материала) соприкасающиеся поверхности напрямую контактируют друг с другом. В результате зона соприкосновения деталей постепенно разрушается. При жидкостном трении твердые трущиеся поверхности деталей полностью отделены друг от друга масляным слоем, толщина которого позволяет скрыть неровности и препятствует непосредственному контакту.В этом случае поверхности защищены от износа.
В современных автомобилях чаще имеет место трение полужидкостное либо полусухое, при которых различные виды трения чередуются. Но наиболее благоприятным для длительного сохранения работоспособности авто является именно жидкостное трение.
Изнашивание бывает трех типов: механическое, молекулярно-механическое и коррозионно-механическое. Отдельно можно выделить и другие виды механического изнашивания: абразивное, усталостное, эрозионное, кавитационное.
Виды абразивного изнашивания
Что называется абразивным изнашиванием? В процессе работы поверхности деталей скользят друг по другу, и между ними оказываются твердые частицы, в основном минерального происхождения (руда при ее добыче, переработке и транспортировке, кварцевый песок, содержащийся в почве при ее сельскохозяйственной обработке, проведении строительно-дорожных и других видов работ). Интересно, что эти частицы со временем истираются и перестают оказывать разрушающее воздействие.
Абразивнымназывают изнашивание поверхности детали в результате деформирующего царапающего и режущего воздействия твердых частиц. В процессе происходит отделение материала с изнашиваемой поверхности в виде мелкой стружки или фрагментов разрушенного материала либо в виде дисперсных частиц.
Абразивное изнашивание– наиболее распространенный вид разрушения. Этому процессу подвержены детали и узлы трения большинства машин и оборудования, применяемых в горнорудной промышленности, сельском хозяйстве, буровое оборудование и инструмент, рабочие механизмы и ходовая часть дорожно-строительной и транспортной спецтехники, дробильно-размольные, смесительные машины и оборудование перерабатывающих производств и т. д.
В зависимости от того, как происходит абразивное изнашивание, каков характер силового воздействия, выделяют следующие подвиды:
- ударно-абразивное изнашивание;
- абразивное изнашивание при трении;
- при воздействии газа или жидкости.
Виды абразивного изнашивания
Гидроабразивное или газоабразивное изнашивание вызвано воздействием жидкостей или газов, содержащих абразив. Его частицы имеют чаще всего минеральное происхождение (пыль с кварцем). Иногда это нагар или микрочастицы поверхностей деталей, отделяющиеся при трении. Эти частицы бывают различной формы и по-разному ориентированы краями относительно поверхности, с которой контактируют.
Основная масса частиц мягко деформирует деталь из более мягкого материала, на текстуре ее поверхности появляются царапины, следы, отпечатки, риски. Но некоторые частицы при определенных условиях могут порезать другую деталь или снять стружку. Вокруг этих пластически выдавленных дефектов будут образовываться навалы, которые в свою очередь тоже деформируются иными абразивными крупицами.
В некоторых узлах и механизмах особенно интенсивно происходит абразивное изнашивание, пример – тормозные колодки. Накладка колодки и тормозной диск образуют пару трения. В процессе трения накладка колодки стирается – уменьшается ее толщина.
Профилактика такого вида износа входит в список главных научно-технических проблем. Расходы производства на ремонт и замену транспорта, подверженного различным видам изнашивания, превышают 10 % от общего национального дохода развитых стран. Примерно 50 % этих затрат связаны с абразивным изнашиванием.
Изучению закономерностей сопротивления металлов, разрушению при трении посвящена наука трибология и ее подраздел триботехника. Триболо́гия — раздел физики, исследующий и описывающий контактное взаимодействие твердых деформируемых тел при их относительном перемещении.
Виды абразивного изнашивания
Абразивное изнашивание деталей может быть двух видов в зависимости от специфики взаимодействия поверхности детали с абразивом:
- при статических прижимных нагрузках, возникающее при продольном перемещении поверхности детали и абразива;
- при динамическом воздействии, возникающем при соударении деталей.
По типу силового воздействия абразивных частиц на трущиеся поверхности детали различают:
- скольжение поверхности по монолитному образцу;
- соударение с частицами абразива;
- соударение с монолитным абразивом;
- скольжение детали в массе абразивных частиц;
- взаимодействие сопряженных деталей в контакте с абразивными частицами;
- влияние потока абразива на поверхность детали;
- качение детали по абразиву.
Главной особенностью поверхности, подвергающейся абразивному воздействию при статической нагрузке, будет наличие на ней видимых царапин и вмятин, разнообразных по форме и размеру, всегда направленных в сторону движения абразива.
Устойчивость материалов к подобному износу будет определяться условиями и интенсивностью эксплуатации. Мотор техники, работающей в песчаных районах, требует капитального ремонта при пробеге в 15 тыс. км, в то же время в обычных условиях срок эксплуатации до следующего капремонта доходит до 150 тыс. км.
В случаях, когда абразивная крошка попадает в зону силового контакта механизмов со смазочным материалом, износ существенно возрастает. Такой эффект характерен для подшипников скольжения двигателей, цилиндро-поршневой группы, трансмиссий и т. д. Также интенсивность повреждений будет зависеть от концентрации частиц: чем она выше, тем более выражен износ. Существуют разные способы снизить попадание абразива в зону трения. Для этого используют, например, разнообразные фильтры и уплотнения.
Износ деталей в результате соприкосновения с твердыми частицами и в потоках жидкости или газа имеют общие черты. Если урон от движения частицы сопряжен с ударом, на месте остается выемка, а при скольжении – царапина. Примеры абразивного изнашивания вследствие воздействия газа с абразивом – деформация стенок котлов, которые работают на пылевидном топливе, а также деталей пневмотранспортных устройств. Гидроабразивное изнашивание встречается в деталях насосов, гидросистем, распределителей, заслонок, вентилей, различных трубопроводов и т. д.
Способы защиты от абразивного изнашивания
Абразивная деформация представляет главную проблему для долговечности механизмов автомобиля. Для профилактики аварийных ситуаций на предприятиях выделяются средства на замену и ремонт техники в положенный срок. Для этого разработаны и внедрены соответствующие отраслевые стандарты:
- ГОСТ 23.225-99 «Обеспечение износостойкости изделий».
- ГОСТ 17367-71 «Методы испытаний на абразивное изнашивание металлов».
Способы защиты от абразивного изнашивания
Существуют рекомендации для оптимизации эксплуатации автотранспорта. Например, известно, что износ снижается, если твердость рабочих поверхностей в 1,3 раза выше твердости абразивных частиц. Такая пропорция эффективна с экономической и технической точки зрения. Дальнейшее повышение прочности материала не даст значимого результата.
Методы повышения прочности металлов и сплавов:
- гальваническое покрытие: хром, никель;
- анодирование: образование твердой окиси;
- азотирование: насыщение поверхностных слоев азотом;
- гуммирование: обработка полиуретаном.
Для защиты зоны контакта используются материалы, устойчивые к абразивному изнашиванию. Покрытия из полимеров предпочтительнее, чем каучук, резина и различные сплавы, по многим параметрам. Полиуретановая футеровка хорошо подходит для деталей, работа которых сопряжена с высокой механической нагрузкой: валы прокатки и гибки, ролики, колеса, шаровые мельницы.
Основные плюсы гуммирования:
- Возможность варьировать твердость: используется для покрытия трубопрокатных валов и тянущих роликов.
- Рабочие диапазоны температур – от +70 до +120 °C.
- Устойчивость к воздействию абразива.
- Твердость в совокупности с высокой эластичностью.
- Устойчивость к химическому воздействию.
Способы защиты от абразивного изнашивания
Футеровка полиуретаном применяется в производстве лотков, баков, резервуаров, трубопроводов. Исходя из особенностей функционирования детали, можно добавлять в состав вещества, придающие особые свойства: устойчивость к высоким температурам, к ударам и вибрации, истиранию, химическим веществам, радиации. Полимерное покрытие не нуждается в частом осмотре, что сокращает простои в связи с уходом за техникой. Такой метод наиболее экономически эффективен и интересен с точки зрения антикоррозийной защиты, соблюдения санитарных норм и безопасности труда.
Еще одна глобальная задача в области продления работоспособности техники — это выбор антикоррозийной защиты. На сегодняшний день главный метод защиты от атмосферной коррозии – нанесение на детали специальных покрытий. Существуют разные виды покрытий от коррозии:
- лакокрасочные на органической основе;
- металлические (покрытие цинком, алюминием, кадмием);
- комбинированные (металлизация в сочетании с лакокрасочными);
- специальные способы защиты (электрохимические, протекторные, катодные, анодные).
Чаще других используют лакокрасочные покрытия на органической основе. Характеристики, на которые обращают внимание при выборе состава: хорошее сцепление с поверхностью, устойчивость к агрессивным средам, долгий срок службы, технологичность проведения повторной окраски, экономичность с учетом срока использования.
При широком ассортименте и доступной цене у лакокрасочных покрытий есть свои минусы. Они недолговечны, требуют периодического возобновления. Это ведет к дополнительным финансовым издержкам и простоям.
Оценить эффект такой защиты от коррозии можно, выполнив полный анализ проводимых мероприятий с учетом уровня агрессивности среды, влажности воздуха, различия в стойкости самих сталей, применения коррозионностойких конструктивных форм, технологии производства антикоррозионных работ, объемно-планировочных решений зданий, обеспечивающих долгий срок службы. Рассмотрение всех факторов, влияющих на работу механизма, позволяет обоснованно выбрать самый подходящий вариант защитной облицовки с учетом технологических, технико-экономических и эксплуатационных запросов.
Часто задаваемые вопросы об абразивном изнашивании
Что влияет на интенсивность изнашивания деталей автомобиля?
На уровень износа влияют следующие факторы:
- характеристики смазочного материала;
- концентрация абразива в окружающей среде (запыленность);
- влажность окружающей среды;
- регулярность и качество проведения техобслуживания и ремонта.
Почему возникает абразивное изнашивание?
Абразивное изнашивание появляется из-за пластической деформации, царапания и резания поверхности соприкосновения деталей твердыми частицами при наличии относительной скорости. Частицы абразива бывают минерального происхождения или металлические, которые появляются в результате удаления неровностей при трении, или отделения микрочастиц, образовавшихся вследствие усталостного выкрашивания.
От чего зависит скорость абразивного изнашивания?
Огромную роль при абразивном изнашивании играют характеристики почв и грунтов, степень закрепленности частиц абразива. Часто механизмы и детали авто изнашиваются в результате трения о свободный абразив в коррозионно-активной среде (пресная или морская вода). В результате окисления и трибохимических процессов на контактной поверхности выделяется водород, который частично проникает в сталь, что усиливает износ.
Абразивное изнашивание деталей – основная проблема при эксплуатации автомобилей и спецтехники. Практически все элементы сельскохозяйственных, горнодобывающих, транспортных, дорожных и других видов техники подвержены абразивному изнашиванию, поэтому ведется постоянная работа над усовершенствованием технологий защиты деталей и узлов, разрабатываются воздушные, топливные и масляные фильтры, уплотнители.
