Износ — результат изнашивания, проявляющегося в виде отделения или остаточной деформации материала детали.

Продуктами изнашивания являются частицы материала, отде­ляющиеся в процессе изнашивания деталей.

Скорость изнашивания —отношение величины износа ко времени, в течение которого он возник.

Интенсивность изнашивания — отношение величины износа к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, или к объему выполненной работы машиной за период наблю­дения.

Под износостойкостью понимается свойство материала оказы­вать сопротивление изнашиванию в определенных условиях тре­ния, оцениваемое величиной, обратной скорости или интенсив­ности изнашивания.

Приработкой называется процесс изменения геометрии по­верхностей трения и физико-механических свойств поверхностных слоев материала в начальный период трения, обычно проявля­ющийся при постоянных внешних условиях в уменьшении работы трения, температуры и интенсивности изнашивания.

Изнашивание деталей в погрузочно-разгрузочных машинах можно подразделить на естественное и аварийное.

Естественное изнашивание деталей имеет место при правиль­ной эксплуатации машин и в конкретных условиях определяется многими факторами: величинами сил трения, конструкций и назна­чением детали, климатическими условиями и режимами работы машин. Скорость изнашивания одних и тех же деталей, устано­вленных на однотипных машинах, различна в зависимости от квалификации обслуживающего персонала, интенсивности ис­пользования машины и рода перерабатываемого груза. Например, при использовании автопогрузчиков при переработке насыпных и навалочных грузов наблюдается более быстрое изнашивание деталей гидросистемы, ходового оборудования, коробки передачи, грузоподъемной рамы по сравнению со скоростью изнашивания этих узлов и деталей при эксплуатации автопогрузчиков на кон­тейнерных или тяжеловесных площадках.

Аварийное изнашивание деталей машины проявляется в резуль­тате неправильного выполнения операций по обслуживанию и ремонту или нарушения нормальных условий эксплуатации. Так, при ремонте или монтаже козловых кранов иногда допу­скается незначительное отклонение ходовых колес от нормального положения в результате смещения оси колеса, т. е. ось колеса неперпендикулярна продольной оси рельса. По этой причине одна из реборд ходового колеса изнашивается быстрее. Характер аварийного износа ходового колеса козлового крана показан на рис. 4.

Помимо классификации изнашивания на естественное и аварийное, различают три вида изнашивания: механическое, молекулярно- механическое и коррозионно-механическое.

Механическое изнашивание — процесс из­менения размеров деталей в результате меха­нических воздействий. Этот вид изнашивания происходит при истирании поверхностей кон­такта деталей машин или при многократном приложении нагрузок, вызывающих потерю поверхностными слоями металла упругих свойств и приводящих к послойному повре­ждению и удалению из зоны взаимодействия продуктов изнашивания.

К группе механического изнашивания от­носятся также абразивное, гидроабразивное, эрозионное, усталостное и кавитационное из­нашивание.
Молекулярно-механическое — это изнашивание в результате одновременного механического воздействия и молекулярных или атомарных сил. При этом виде изнашивания на трущихся поверх­ностях образуются мгновенные металлические связи, разрыв которых приводит к уносу частиц металла с поверхностей кон­тактирующих деталей. Обычно молекулярно-механическое изна­шивание наблюдается в тех случаях, если поверхности деталей находятся на очень близком расстоянии —в радиусе действия атомарных сил.

Коррозионно-механическое изнашивание возникает при тре­нии деталей, материал которых вступил в химическое взаимо­действие со средой. Разновидностью коррозионно-механического изнашивания является окислительное изнашивание, возникающее вследствие окисления металла кислородом. В результате на по­верхностях деталей образуются хрупкие и твердые пленки окис­лов, периодически разрушающиеся под действием сил трения. После разрушения пленок новые, более глубокие слои металла вступают в реакцию с кислородом. Продукты изнашивания в виде измельченных окислов удаляются при взаимодействии рабочих поверхностей деталей.

Процесс изнашивания деталей машины в период эксплуатации можно представить кривой, показанной на рис. 5, выражающей изменение величины износа (зазора) в функции времени или объема выполненной работы.

Анализ процесса изнашивания отдельных деталей на основа­нии кривых изнашивания даеъ возможность назначать наиболее рациональную периодичность проведения технического обслужи­вания и ремонтов.

Рис. 4. Реборды хо­дового колеса коз­лового крана

С началом эксплуатации машины на по­верхностях трения деталей на­чинается разрушение микроне­ровностей (следов механиче­ской обработки), т. е. проис­ходит приработка деталей. Дли­тельность периода приработки соответствует отрезку времени, причем продолжительность вре­мени приработки различных деталей одной и той же машины, как правило, неодинакова.

Работа машины в период приработки деталей сопровождается образованием значительного количества продуктов изнашива­ния, приводящего к быстрому загрязнению смазки. Одновременно с этим температура деталей, особенно на поверхностях трения, повышается. Снижение температуры деталей и удаление частиц металла может быть достигнуто обильным смазыванием контак­тирующих поверхностей. Однако для эффективной смазки деталей необходимо чистое охлажденное масло. По этой причине при приработке деталей машины следует чаще менять смазочный материал, постоянно удалять продукты изнашивания, значи­тельно снижать нагрузки по сравнению с номинальными.

После окончания приработки деталей, соответствующей моменту вре­мени а, и достижения износа Snp начинается период нормальной работы машины.

В период нормальной работы детали, когда приработка пол­ностью завершена, скорость изнашивания понижается и остается относительно одинаковой в течение отрезка времени II. Условно можно считать, что величина износа в этот период строго пропор­циональна времени эксплуатации машины. Графически скорость изнашивания определяется углом наклона прямой АВ к горизон­тальной оси. Чем меньше скорость изнашивания, тем меньше угол а и тем более длительным будет период эксплуатации детали между ремонтами, необходимость в которых возникает через отрезок времени II.

Рис. 5. Кривая изнашивания деталей машины

После достижения износа до ^пред качественно изменяется характер изнашивания детали, который становится форсирован­ным. При этом в местах сопряжения деталей возникают ударные нагрузки, приводящие нередко к изменению вида изнашивания и быстрому разрушению поверхностей контакта, появлению остаточных и повышенных упругих деформаций. В подшипниках скольжения, например, зазоры достигают такой величины, что смазочный материал не удерживается между втулкой и валом. Для восстановления нормальной работы машины требуется умень­шение зазора, которое обеспечивается только проведением ре­монта, т. е. восстановлением первоначальных размеров или за­меной изношенных деталей.

В зависимости от скорости изнашивание детали в течение отрезка времени между точками А и В может быть естествен­ным или аварийным. Если угол а близок к наименьшему значе­нию, что достигается при качественном выполнении технического обслуживания, то изнашивание носит естественный характер. Большие значения угла а соответствуют условиям плохого об­служивания машины (наблюдается аварийное изнашивание де­тали).

Содержать машины в технически исправном состоянии в течение отрезка времени можно за счет постоянного техни­ческого обслуживания, а поддерживать работоспособность машины после периода времени только путем проведения ремонтных работ.

Факторы, влияющие на изнашивание. При эксплуатации погрузочно-разгрузочных машин отдельные их детали в зави­симости от многих факторов подвергаются различной интенсив­ности изнашивания. Определенная часть факторов оценивается конструктивными особенностями узла или сопряжения, а также условиями работы машины и эффективностью мер по техническому обслуживанию и ремонту.

Существенное влияние на характер сил трения и процесс изнашивания оказывает состояние поверхностей трения, опре­деляемое качеством их механической и термической обработки (твердостью, наличием смазочных материалов, окислов, пленок и др.). Важное значение имеет абсолютная величина нагрузки, воспринимаемая или передаваемая узлом или деталью.

Качество механической обработки оценивается шероховатостью поверхности и остаточными напряжениями в поверхностных слоях деталей. Чем выше класс шероховатости поверхности, тем менее интенсивно протекает износ, особенно в начальные периоды использования машин. Приработка деталей с относительно высо­ким классом шероховатости поверхностей трения сопровождается незначительным образованием продуктов износа, умеренным по­вышением температуры и заканчивается в течение короткого вре­мени. Однако не для всех сопряжений необходимо иметь детали, поверхности трения которых обработаны по очень высокому классу шероховатости. Наблюдениями установлено, что для кон-кретных условий работы деталей наиболее оптимальной считается определенная шероховатость поверхностей трения, снижение ко­торой приводит к изменению характера и интенсивности изнаши­вания. Поэтому может иметь место сначала повышенная интен­сивность изнашивания деталей, обработанных по требованиям достаточно высокого класса шероховатости поверхностей, с по­степенным понижением интенсивности изнашивания до величины, соответствующей оптимальному классу шероховатости поверх­ности. В этой связи не следует обрабатывать детали по необосно­ванно высокому классу шероховатости, приводящему к повыше­нию затрат на их изготовление и не оказывающему существенного влияния на уменьшение интенсивности изнашивания.

Скорость изнашивания деталей также зависит от твердости поверхностей трения, которая, как правило, увеличивается в ре­зультате проведения термохимической обработки. С повышением твердости металла видоизменяется его структура, оказывающая влияние на величину контактной прочности. Установлено, что с увеличением содержания углерода, марганца или других эле­ментов износостойкость деталей повышается. В частности, для снижения интенсивности абразивного изнашивания зубьев ковшей экскаваторов, ножей землеройных и погрузочных машин режу­щие рабочие органы последних выполняются из стали с содержа­нием марганца до 15—17%.

Кроме факторов, обусловленных состоянием поверхностей тре­ния, на изнашивание деталей влияет наличие смазочного матери­ала и различных инородных примесей, которые изменяют харак­тер износа. В зависимости от условий смазки и состояния поверх­ностей трения различают несколько видов внешнего трения.

Трение классифицируется на следующие виды: сухое (трение без смазки), граничное и жидкостное трение.

Трение без смазки — трение двух твердых тел при отсутствии на поверхностях трения введенного смазочного материала всех видов. Обычно этот вид встречается в сопряжениях машин, нор­мальная работа которых связана с использованием фрикционных свойств металлов или неметаллических материалов. Сухое трение встречается при эксплуатации тормозных систем, фрикционных соединительных муфт и других устройств, передающих или гася­щих вращающий момент с использованием сил внешнего трения.

Граничное — трение двух твердых тел при наличии на поверх­ностях трен‘йя слоя жидкости, обладающего свойствами, отлича­ющимися от объё‘мных. Этот вид трёнйя обладает особыми свой­ствами и в основном наблюдается между теми поверхностями, которые изготовлены с очень высоким классом шероховатости. Граничное трение неустойчиво и может переходить в трение без смазки.

Жидкостное трение — явление сопротивления относитель­ному перемещению, возникающее между двумя деталями, разде­ленными слоШ жидкости, в котором проявляются ее объёмные свойства. Этот вид трения встречается в подшипниках скольжения, имеющих номи­нальный радиальный зазор при определенной частоте вращения вала.

Наиболее благоприятные условия для повышения срока службы деталей в сопряжениях машин создаются при жидкост­ном трении. Изнашивание деталей при этом виде трения протекает относительно равномерно с низкими скоростями. Влияние смазки на долговечность работы детали показано на рис. 6. После окон­чания приработки деталей за точкой А начинается участок II, соответствующий нормальному периоду эксплуатации. Если ра­бота сопряжения происходит в средних условиях смазки, то интенсивность изнашивания определяется величиной tg а. При этом период форсированного изнашивания начинается в точке D по истечении времени td (участок III). Если условия смазки неудовлетворительные, то изнашивание протекает с повышенной скоростью tg 04 > tg а. Нормальный период работы сопряжения сокращается на величину td —1.

С улучшением условий смазки сопряжения скорость изнаши­вания деталей уменьшается tg а2 < tg а, а срок службы дости­гает наибольшего значения tc. Форсированный характер изнаши­вание приобретает после точки С, соответствующей окончанию срока службы деталей при наиболее благоприятных условиях смазки. Период работы деталей сопряжения в результате этого удлиняется по сравнению со средним значением на величину to – U.

Условно можно считать, что участку нормального периода эксплуатации детали при правильном режиме смазки соответ­ствует жидкостное трение. Ухудшение смазки приводит к на­рушению условий жидкостного трения, .в результате чего наблю­дается повышенное изнашивание и сокращение сроков- службы деталей.

Большое влияние на интенсивность изнашивания оказывает степень загрязнения поверхностей трения. Особенно сильно этот фактор проявляется при изнашивании деталей погрузочно-раз- грузочных машин, используемых на переработке сыпучих грузов. Вследствие попадания частиц сыпучего груза в сопряжения грей­феров кранов, на грузоподъемные канаты, ходовое и рабочее оборудование тракторных погрузчиков наблюдается быстрый вы­ход из строя деталей этих узлов и агрегатов.

Рис. 6. Влияние смазки на скорость изнашивания детали