Работоспособностью машин называется их состояние, при котором они способны выполнять заданные функции и сохранять параметры в пределах, установленных нормативно-технической документацией.

Важным параметром машин является их долговечность, т. е. свойство сохранять работоспособность до наступления предельного состояния при установленной системе технического обслуживания и ремонта.

Приспособленность машин к предупреждению и обнаружению причин возникновения отказов, повреждений и устранению их последствий путем проведения ремонтов и технических обслуживании называется ремонтопригодностью.

Надежность машин тесно связана с процессом изнашивания их деталей, выход из строя которых вызывает появление отказов, приводящих к потере машиной работоспособного состояния.

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.

При эксплуатации средств механизации их детали постепенно теряют работоспособность из-за появления износа, явления усталости, старения, коррозии и ползучести металла. Одновременно нарушается взаимное расположение деталей. Все это постепенно приводит к утрате машиной ее первоначальных технических характеристик и эксплуатационных качеств.

Для строительных машин наиболее характерно абразивное изнашивание, под которым понимается механическое изнашивание материала в результате в основном режущего или царапающего действия на него твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии.

Механическое изнашивание в результате усталостного разрушения при повторном деформировании микрообъемов материала поверхностного слоя называется усталостным.

Результат изнашивания, определяемый в установленных единицах массы и объема, называется износом. Износ может быть предельным, т. е. соответствующим предельному состоянию изнашивающегося изделия или его составной части, и допустимым, при котором изделие сохраняет работоспособность. Изнашивание на отдельном участке поверхности трения называется местным.

Изнашивание характеризуется скоростью и интенсивностью, определяемыми соответственно как отношение износа к интервалу времени, в течение которого он возник, и к обусловленному пути, на котором происходит изнашивание, или к объему выполненной работы.

На процесс изнашивания влияет смазывание поверхностей трения. Различают следующие виды смазки.

При жидкостной смазке поверхности трения деталей разделяются жидким смазочным материалом. Во время твердой смазки поверхности трения деталей, находящиеся в относительном движении, разделены твердым смазочным материалом. При граничной смазке трение и износ поверхностей, находящихся в относительном движении, определяются свойствами как поверхностей, так и смазочного материала, отличными от объемных. В случае полужидкостной смазки частично осуществляется жидкостная смазка.

Рис. 57. Образование жидкостной смазки в подшипнике: а — вал не вращается, б — вал вращается; 1 — вал, 2 — подшипник, 3 — смазочный материал

При жидкостной смазке образуется разделительный смазочный слой толщиной более суммы высот микронеровностей обеих поверхностей трения.

Возникновение такой смазки хорошо прослеживается на примере сопряженной пары вал — подшипник скольжения. В неподвижном состоянии вал под действием силы тяжести прижимается к нижней части подшипника скольжения, как это показано на рис. 57, а. С начала вращения вала жидкий смазочный материал из серповидного пространства над валом начинает засасываться между его цапфой и подшипником и смещает нижнюю часть вала несколько вверх, заставляя как бы всплывать над образовавшимся под цапфой жидким клином (рис. 57, б).

Скорость изнашивания деталей зависит от вида смазки. В средствах механизации целесообразно применять жидкостную и полужидкостную смазки.

Для оценки сопротивляемости материалов изнашиванию пользуются понятием износостойкость, которую оценивают величиной, обратной скорости или интенсивности изнашивания.

По мере увеличения износа деталей между ними растут зазоры, что приводит к резкому ухудшению условий работы в связи с растущей динамичностью взаимных контактов и ухудшением условий смазывания, определяющих вид трения между деталями.

Изнашивание деталей — это следствие их трения между собой. Различают трение покоя и трение движения, которое, в свою очередь, подразделяется на трение скольжения и трение качения. Последнее меньше первого приблизительно в 10 раз. Различают следующие основные виды трения скольжения: трение без смазочного материала и трение со смазочным материалом.

Процесс изнашивания, который происходит постепенно и является следствием длительного воздействия различных факторов при соблюдении всех необходимых правил обслуживания машин, называется естественным. Результат подобного изнашивания называется естественным износом. Бурно протекающий процесс изнашивания, являющийся результатом некачественного обслуживания, дефектов производства, а также нарушения посадок, что резко изменяет режим смазывания, называется аварийным. Результат аварийного изнашивания называется аварийным износом.

На рис. 58 показана кривая, характеризующая нарастание износа S детали. На кривой можно различить три фазы: I фаза характеризует повышенный износ, происходящий в результате приработки детали, II фаза относится к периоду нормальной работы и III фаза — к аварийному износу. Последний возникает на этапе, когда постепенное нарастание естественного износа детали приводит к тому, что условия ее работы резко меняются. Например, в результате увеличения зазора в сопряжении смазочный материал больше не удерживается и деталь работает не в режиме жидкостной смазки, а в режиме трения без смазочного материала.

Сложность организации ремонта заключается в своевременном обнаружении момента перехода детали из фазы II в фазу III.

Изнашивание деталей сопровождается уменьшением КПД машины и соответственно снижением ее производительности.

Для определения долговечности работы деталей необходимо правильно установить предельный износ детали, так как выработка до наступления предельного износа приводит к недостаточному использованию ресурса ее работоспособности. Работа детали по достижении ею предельного износа вызывает рост сопротивлений, повышает динамичность процесса и скорость изнашивания сопряженных деталей.

Рис. 58. Кривая нарастания износа детали