作者:鄧廣勇,龐智勇,劉學(xué)忱
摘 要:文章針對使用潤滑劑的運(yùn)行機(jī)械部件間存在的磨損類型及其產(chǎn)生原因進(jìn)行了討論,根據(jù)磨損的起因、磨損程度等將磨損分為12種類型,輕微粘著磨損、嚴(yán)重粘著磨損、磨粒磨損、腐蝕磨損、接觸疲勞磨損、拋光磨損、氣蝕損傷磨損、微振磨損、侵蝕磨損、電腐蝕磨損、放電磨損及熔蝕磨損,并根據(jù)磨損的起因從機(jī)械加工和潤滑兩方面提出了改進(jìn)方法。
關(guān)鍵詞:機(jī)器;磨損;類型;起因
0 前言
磨損不僅僅增加能耗,降低經(jīng)濟(jì)效益,而且降低機(jī)器精度,使其性能變差甚至報廢。對不同磨損形式進(jìn)行研究,了解不同形式磨損產(chǎn)生原因及相應(yīng)解決方法將有助于更好地解決磨損問題,提高機(jī)器使用壽命,降低運(yùn)行及維護(hù)成本,增加經(jīng)濟(jì)效益。
在機(jī)器實際運(yùn)行過程中,磨損情況是錯綜復(fù)雜的,而且往往是幾種類型磨損同時發(fā)生,或相繼出現(xiàn)。如嚴(yán)重粘著磨損產(chǎn)生的磨屑會進(jìn)一步引起磨粒磨損;微振磨損和接觸疲勞磨損可能同時發(fā)生;油中的硬磨屑壓入滾動軸承會引起疲勞磨損;有的磨損情況更加復(fù)雜,如,船舶大型二沖程柴油發(fā)動機(jī)的活塞環(huán)與氣缸套之間,含硫重油的燃燒會對其造成腐蝕磨損,而活塞環(huán)上的積炭或漆膜會對氣缸套造成拋光磨損,活塞環(huán)上的積炭會產(chǎn)生滲碳作用,使活塞環(huán)變脆,易折斷,折斷的活塞環(huán)會與氣缸套之間產(chǎn)生嚴(yán)重粘著磨損,粘接、劃傷,俗稱拉缸。
總之,對磨損不加區(qū)分或是僅借助于三四種基本磨損形式很難有效解決磨損問題,借助于詳細(xì)合理的磨損形式分類,能夠有針對性地在機(jī)器方面或潤滑方面進(jìn)行改進(jìn),實現(xiàn)有效地控制磨損,提高設(shè)備管理水平和生產(chǎn)效率。
根據(jù)磨損的起因、磨損程度等將磨損分為12種類型,以下分別討論了各類磨損產(chǎn)生原因、導(dǎo)致結(jié)果、易損部件、改進(jìn)辦法。
1 輕微粘著磨損
(1)產(chǎn)生原因
使用中的機(jī)器如具有良好的表面光潔度,負(fù)荷、速度和溫度都適中并使用優(yōu)質(zhì)、清潔、干燥的潤滑劑,則會產(chǎn)生輕微粘著磨損。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
由于輕微粘著,材料會從摩擦副的一個表面轉(zhuǎn)移到摩擦副的另一個表面,并隨著機(jī)件的相對運(yùn)動而脫落。輕微粘著磨損僅涉及機(jī)件表面膜的轉(zhuǎn)移和脫落。輕微粘著磨損的磨損率很低,能夠看到機(jī)件上較深的原始磨痕,對機(jī)器無損害。
(3)易損部件
所有產(chǎn)生相對運(yùn)動互為摩擦副的部件。
(4)改進(jìn)方法
此類磨損為正常磨損,是理想的磨損狀態(tài),對機(jī)器進(jìn)行正常的維護(hù)保養(yǎng)即可。
2 嚴(yán)重粘著磨損
(1)產(chǎn)生原因
機(jī)器未經(jīng)磨合或磨合不當(dāng);高溫、高速、高負(fù)荷下運(yùn)行;不適當(dāng)?shù)牟捎昧瞬讳P鋼或鋁等材質(zhì);潤滑劑性能滿足不了使用要求,粘度太低或抗磨添加劑含量不足均會造成嚴(yán)重粘著磨損。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
嚴(yán)重粘著磨損會使金屬與金屬直接接觸,表面發(fā)生冷燒結(jié),產(chǎn)生粗糙的、熔融的或塑性變形的金屬條紋。造成高溫氧化、高磨損率,有的還會發(fā)生卡咬,或稱咬合、膠合。如有磨粒存在將會引起擦傷或劃傷及深溝。
(3)易損部件
各種齒輪,活塞環(huán)和氣缸套,閥片組,滾動和滑動軸承,金屬密封件,切削刀具,傳動鏈。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)科學(xué)合理的磨合機(jī)器;
(b)降低機(jī)器負(fù)荷、速度或溫度;
(c)提高設(shè)備冷卻效果;
(d)使用合適的金屬材質(zhì)。
②油品方面
(a)使用性能更好的潤滑油;
(b)提高潤滑油的粘度;
(c)使用足夠的抗磨添加劑;
(d)如有必要應(yīng)在潤滑油中添加極壓添加劑。
3 磨粒磨損
(1)產(chǎn)生原因
機(jī)器未經(jīng)磨合或磨合不當(dāng);機(jī)件的硬度不高,滿足不了使用要求;具有粗糙表面的硬金屬與軟金屬對磨;用于機(jī)器潤滑的油品含有硬顆粒物。磨粒磨損俗稱劃痕、劃傷、起毛、切削,是Z常見的磨損形式。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
這種磨損會導(dǎo)致機(jī)件的切削或變形,機(jī)件表面出現(xiàn)清晰的溝槽、毛刺或碎屑,硬顆粒物會被壓入金屬表面或軟涂層中改變材質(zhì)性質(zhì),會造成更大損傷。
(3)易損部件
所有相對運(yùn)動的摩擦副金屬表面。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)科學(xué)合理的磨合機(jī)器;
(b)提高空氣和油過濾器的效果;
(c)對油采取凈化處理;
(d)改善密封;
(e)提高金屬表面的硬度。
②油品方面
(a)使用高粘度潤滑油;
(b)提高潤滑油清潔度。
4 腐蝕磨損
(1)產(chǎn)生原因
機(jī)器在高溫、高濕環(huán)境下運(yùn)行或機(jī)器使用的潤滑油防銹能力差或含有腐蝕性物質(zhì)造成與機(jī)件發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),形成氧化、腐蝕的松軟表層,極易磨損脫落。腐蝕磨損又稱腐蝕膜磨損,在實際中較常見。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
腐蝕磨損使機(jī)件表層被氧化,腐蝕物磨掉、脫落。
(3)易損部件
所有齒輪,軸承,氣缸套內(nèi)壁,閥片組,金屬密封件和傳動鏈。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)使用抗腐蝕能力強(qiáng)的材質(zhì);
(b)改善腐蝕性環(huán)境;
(c)降低操作溫度。
②油品方面
(a)使用防銹能力強(qiáng)的潤滑油;
(b)避免使用腐蝕性強(qiáng)的極壓添加劑;
(c)避免使用過度氧化的油品,及時換油。
5 接觸疲勞磨損
(1)產(chǎn)生原因
部件在滾動和滑動過程中,如果機(jī)器使用的潤滑油中含水和污垢,部件材質(zhì)中有夾雜物而且部件受到長期的周期性應(yīng)力的作用則會產(chǎn)生接觸疲勞磨損。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
由于長期的周期性應(yīng)力的作用使部件開裂和起點(diǎn)蝕坑(起麻點(diǎn))使金屬脫落,形成裂紋,凹坑和剝落碎屑。因此接觸疲勞磨損,又稱疲勞、起麻點(diǎn)、表面疲勞、剝落磨損。當(dāng)有潤滑油擠進(jìn)裂紋時,如果裂紋隨運(yùn)動閉合,將促使裂紋中的油壓增高,從而又加速了裂紋的擴(kuò)展和蔓延。如此反復(fù)作用,Z終使接觸表面金屬一小塊一小塊地剝落下來。
(3)易損部件
齒輪,滾動和滑動軸承,閥片組。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)降低接觸壓力;
(b)降低周期性應(yīng)力的頻率;
(c)采用高質(zhì)量的部件材質(zhì)。
②油品方面
(a)提高油品的清潔度;
(b)提高油品的粘度及粘度指數(shù)。
6 拋光磨損
(1)產(chǎn)生原因
細(xì)顆粒物和油中腐蝕性物質(zhì)是其產(chǎn)生的原因。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
由于細(xì)顆粒物的作用使機(jī)件表面膜被不斷磨掉,機(jī)件表面嚴(yán)重磨損但呈光亮的鏡面狀,有的出現(xiàn)波紋狀。由于磨損的結(jié)果使機(jī)件表面潤滑油附著變差,因此會使磨損加速。
(3)易損部件
閥門挺桿,齒輪輪齒,特別是柴油機(jī)氣缸套。因此這種磨損常被稱為氣缸套拋光,柴油機(jī)氣缸套之所以極易產(chǎn)生這種磨損是由于柴油燃燒易產(chǎn)生顆粒物。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)調(diào)整機(jī)器避免產(chǎn)生過多顆粒物;
(b)提高空氣、燃油的過濾效果;
(c)提高潤滑油的凈化效果。
②油品方面
(a)使用高質(zhì)量的潤滑油;
(b)選擇活性較低的抗磨劑;
(c)提高油品的清潔度。
7 氣蝕損傷磨損
(1)產(chǎn)生原因
由于液體中存在氣泡,當(dāng)液體流速或機(jī)件形狀發(fā)生變化,使其中的氣泡破裂,導(dǎo)致機(jī)件表面液體壓力突然改變并強(qiáng)烈沖擊機(jī)件表面。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
存在氣穴的液體中氣泡破裂使液體沖擊機(jī)件表面致使金屬脫落,使機(jī)件露出無光澤、粗糙的凹坑或溝槽。油中的腐蝕物和磨粒會增加氣蝕損傷磨損。
(3)易損部件
液壓泵,液壓閥,齒輪輪齒,氣缸套,活塞環(huán),滑動軸承。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)液壓系統(tǒng)裝油后穩(wěn)定足夠的時間;
(b)減少震動,避免流速和壓力波動;
(c)避免對液體節(jié)流和干擾;
(d)機(jī)件采用堅韌的材質(zhì)。
②油品方面
(a)提高油品的空氣釋放性能;
(b)避免油中含水;
(c)提高油品的防腐蝕性能。
8 微振磨損
(1)產(chǎn)生原因
機(jī)件振動引起的相對運(yùn)動。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
低振幅振動產(chǎn)生相對運(yùn)動的兩個機(jī)件表面會產(chǎn)生磨損,這種磨損會導(dǎo)致機(jī)件表面銹蝕,周圍有明顯的磨屑,這種情況一般兩機(jī)件都會受到損傷。
(3)易損部件
振動的機(jī)械,軸承座接觸處,花鍵,銷,聯(lián)軸器,緊固件。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)完善靜配合,減輕振動;
(b)提高載荷,減輕或抑制振動;
(c)提高加工精度,改善機(jī)件表面。
②油品方面
(a)降低潤滑油的粘度;
(b)及時更換潤滑油;
(c)提高油品的抗氧、防銹性能。
9 侵蝕磨損
(1)產(chǎn)生原因
含固體顆粒的高速流體沖擊機(jī)件表面。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
含固體顆粒的高速流體沖擊機(jī)件表面使材料脫離,因此這種磨損又稱固體顆粒沖擊侵蝕磨損。磨損會造成機(jī)件表面沿流體方向形成溝槽,使機(jī)件表面露出清潔無光澤的金屬,類似噴砂處理過的表面。
(3)易損部件
靠近油孔的軸頸,軸承,閥片,油嘴。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)提高油過濾器的效果;
(b)對油采取凈化處理;
(c)提高金屬表面硬度;
(d)改變流體噴射角。
②油品方面
(a)提高油品清潔度;
(b)及時更換油品。
10 電腐蝕磨損
(1)產(chǎn)生原因
設(shè)備系統(tǒng)內(nèi)存在泄漏電流;高速流動的液體引起流動電動勢;能產(chǎn)生電流的金屬對。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
導(dǎo)電液體中存在小電流對機(jī)件產(chǎn)生電解,產(chǎn)生腐蝕。
(3)易損部件
電腐蝕磨損產(chǎn)生于液壓系統(tǒng)中,易損件為液壓閥、泵和電機(jī)。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)消除泄漏電流;
(b)降低液體流速和速度梯度;
(c)使用抗腐蝕金屬;
(d)使用不產(chǎn)生電流的金屬對。
②油品方面
改用與產(chǎn)生腐蝕的液壓液具有不同導(dǎo)電性的液壓液,即降低或提高系統(tǒng)使用液壓液的導(dǎo)電性。
11 放電磨損
(1)產(chǎn)生原因
高速轉(zhuǎn)動,高速流動的兩相液體混合物,高電位接觸產(chǎn)生電火花放電。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
強(qiáng)電流放電或電火花放電使兩表面材質(zhì)性質(zhì)發(fā)生改變甚至引起金屬脫落,使部件表面出現(xiàn)刻蝕或凸凹不平。
(3)易損部件
高速運(yùn)轉(zhuǎn)并易產(chǎn)生靜電的壓縮機(jī)及粉碎機(jī)的軸承。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
(a)改善軸承的電絕緣性;
(b)將磁性旋轉(zhuǎn)部件退磁;
(c)在軸上安裝電刷;
(d)改善機(jī)器接地。
②油品方面
使用導(dǎo)電性能良好的油品。
12 熔蝕磨損
(1)產(chǎn)生原因
使用重質(zhì)燃料油的船舶發(fā)動機(jī)由于所用燃料中含有金屬釩元素,而燃燒生成的V2O5為中強(qiáng)氧化劑且熔點(diǎn)較低,極易同含鐵部件反應(yīng)造成熔蝕,特別是當(dāng)燃料中含有鈉元素時會加劇高溫熔蝕。
(2)導(dǎo)致結(jié)果
在部件表面形成類似腐蝕的磨損,但這種熔蝕一般發(fā)生在高溫區(qū)。
(3)易損部件
使用重質(zhì)燃料油船舶發(fā)動機(jī)的氣缸套內(nèi)壁,閥片組及活塞環(huán)。
(4)改進(jìn)方法
①機(jī)械方面
控制合適的發(fā)動機(jī)溫度。
②油品方面
(a)避免使用釩含量過高的燃料油;
(b)使用能形成有效保護(hù)膜的潤滑油。
13 結(jié)束語
針對使用潤滑劑的運(yùn)行機(jī)械部件間存在的磨損類型及其產(chǎn)生原因進(jìn)行了討論,并從機(jī)械加工和潤滑兩方面提出了改進(jìn)方法。但在機(jī)器的實際運(yùn)行過程中情況可能更為復(fù)雜,可能還有其他磨損類型沒有分析總結(jié)到,本文提到的幾種磨損類型即使是與其他文獻(xiàn)中相同類型的磨損形式叫法也可能不相同,因此在實際分析機(jī)器磨損情況時應(yīng)特別注意,只有找出造成磨損的真正原因,才能找出解決問題的方法,提出合理的解決方案。