Условия эксплуатации машин в строительстве, их влияние на техническое состояние и эффективность работы строительного парка машин.
На условия эксплуатации строительных машин оказывает влияние ряд внешних и внутренних факторов, связанных с воздействием на них различных видов энергии, что может привести к изменению параметров отдельных элементов, механизмов и машины в целом. При этом имеется три основных источника воздействий:
*действие энергии окружающей среды, включая человека, исполняющего функции оператора или ремонтника;
*внутренние источники энергии, связанные как с рабочими процессами, протекающими в машине, так и с работой отдельных механизмов машины;
*потенциальная энергия, которая накоплена в материалах и деталях машины в процессе их изготовления (внутренние напряжения в отливке, монтажные напряжения).
При работе машины наблюдаются следующие основные виды энергии, влияющие на ее работоспособность.
Механическая энергия, которая не только передается по всем звеньям машин в процессе работы, но и воздействует на нее в виде статических или динамических нагрузок от взаимодействия с внешней средой.
Силы, возникающие в машине, определяются характером рабочего процесса, инерцией перемещающихся частей трением в кинематических парах. Эти силы являются случайными функциями времени. Природа их возникновения, как правило, связана со сложными физическими явлениями.
Механическая энергия в машине может возникнуть и как следствие тех затрат энергии, которые имели место при изготовлении частей машины и сохранились в них в потенциальной форме, Например, деформация частей при перераспределении внутренних напряжений, изменение объема детали после ее термической обработки происходят без всяких внешних воздействий.
Тепловая энергия действует на машину и ее части при колебаниях температуры окружающей среды, при осуществлении рабочего процесса (особенно сильные тепловые воздействия имеют место при работе двигателей и ряда технологических машин), при работе приводных механизмов, электротехнических и гидравлических устройств.
Химическая энергия также оказывает влияние на работу машины. Даже воздух, который содержит влагу и агрессивные составляющие, может вызвать коррозию отдельных узлов машины,
Если же машина работает в условиях агрессивных сред, то химические воздействия вызывают процессы, приводящие к разрушению отдельных элементов и узлов машины.
Ядерная (атомная) энергия, выделяющаяся в процессе превращения атомных ядер, может воздействовать на материалы, изменяя их свойства.
Электромагнитная энергия в виде радиоволн (электромагнитных колебаний) пронизывает все пространство вокруг машины и может оказать влияние на работу электронной аппаратуры.
Биологические факторы также могут влиять на работоспособность машины. Например, в ряде стран имеются микроорганизмы, которые не только разрушают некоторые виды пластмасс, но даже могут воздействовать на металл.
Таким образом, все виды энергии действуют на машину и ее механизмы, вызывают в ней целый ряд нежелательных процессов, создают условия для ухудшения ее технических характеристик.
Эти процессы связаны, как правило, со сложными физико-химическими явлениями и приводят к деформации, износу, поломке, коррозии и другим видам повреждений.
Это, в свою очередь, влечет за собой изменение выходных параметров изделия, что может привести к отказу.
Эти взаимосвязи упрощенно можно выразить следующей схемой:
|
Следует подчеркнуть, что процессы, приводящие к изменению начальных свойств изделия, протекают в материалах, из которых создано изделие, включая не только детали машины, но и смазку, топливо и все то, что участвует в рабочем процессе машины.
Из схемы, приведенной выше, видно, что между воздействием энергии на изделие и возникновением отказа имеет место последовательная цепочка взаимосвязей. Следует иметь в виду, что часть процессов, происходящих в машине и влияющих на ее технические характеристики, являются обратимыми. Обратимые процессы временно изменяют параметры деталей, узлов и всей системы в некоторых пределах, без тенденции прогрессивного ухудшения. Наиболее характерный пример таких процессов — упругая деформация узлов и деталей машин.
Необратимые процессы приводят к прогрессивному ухудшению технических характеристик машины с течением времени. Наиболее характерными необратимыми процессами в машинах являются изнашивание, коррозия, усталость, перераспределение внутренних напряжений и коробление деталей с течением времени.
Различные вредные процессы, воздействующие на машину, приводят к повреждению ее деталей, что, в свою очередь, может явиться причиной отказа.
При работе машины отказ деталей может возникнуть в результате их поломки, деформации, износа, пластической деформации поверхностных слоев, тепловых трещин, коррозии и т. д.
Однако не все виды повреждений являются неизбежным следствием работы машины. Некоторые из них возникают из-за неправильного расчета и подбора материала или недопустимых методов эксплуатации.
Ряд процессов в машине может привести к отказам, которые связаны не с выходом из строя отдельных деталей и сопряжений, а с ухудшением характеристик машины и выходом их за допустимые пределы.
Параметры, характеризующие качественные показатели машины, специфичны для данного типа машины и определяются ее функциональным назначением. Для строительных и других машин наряду с качеством работы основным показателем является их производительность.
В сложных системах и машинах требования к выходным параметрам устанавливаются как для машины в целом, так и для отдельных ее элементов, узлов и агрегатов. При этом значения выходных параметров машины зависят от параметров, характеризующих состояние ее отдельных элементов и узлов, и от роли, которую они играют в обеспечении требуемых показателей качества машины в целом. Следует подчеркнуть, что выход параметров узла за допустимые пределы означает необходимость его ремонта или регулировки, т. е. остановки всей машины. Поэтому параметрический отказ элемента или части машины означает отказ функционирования для всей машины или сложной системы машин.
В процессе эксплуатации строительных машин они теряют работоспособность: изменяются технические характеристики, одни детали сборочных единиц изнашиваются, в других происходят необратимые
процессы усталостного и коррозионного разрушения. Работоспособность машин определяется техническим уровнем изделий, системой технического обслуживания и ремонтов ,а также условиями эксплуатации.
Условия эксплуатации строительных машин характеризуются переменными режимами работы, высокой запыленностью и колебаниями температуры окружающего воздуха, изменением дорожных и грунтовых условий и др.
Например, режим работы двигателя характеризуется мощностью, частотой вращения, температурой масла и охлаждающей жидкости. В зависимости от конструкции двигателя существуют оптимальные значения этих показателей, определяющие эффективное использование машины по назначению.
Резко отличаются от оптимальных значений показатели при пуске, прогреве и остановке двигателя, что приводит к увеличению скорости изнашивания его элементов. В начале пуска износ значительно превышает значения на установившихся режимах. Существенно влияет на изнашивание двигателя выбор топлива. Применение не соответствующего двигателю топлива приводит к нагарообразованию, перегреву двигателя и интенсивному старению масла, что вызывает ухудшение качества смазки всех трущихся деталей двигателя. Снижение износа деталей двигателя достигается оптимальной степенью форсирования по частоте вращения и эффективному давлению.
Сборочные единицы трансмиссии строительных машин работают в условиях высоких ударных, вибрационных и контактных нагрузок в широком диапазоне температур, влажности и запыленности воздуха. В зависимости от конструктивных особенностей и различных условий эксплуатации доля отказов сборочных единиц трансмиссии составляет от 30 до 67 % общего количества отказов.
Повышенный износ деталей коробок передач и редуктора ведущего моста связан с наличием абразива и усталостными явлениями. Интенсивность изнашивания элементов гусеничного движителя (траков, пальцев, осей и втулок колес и катков и др.) зависит от абразивной среды и качества регулировки гусеничного полотна. Интенсивность и равномерность изнашивания колесного движителя зависит от давления воздуха в шинах, схождения и развала колес. Пониженное давление вызывает большие деформации шины, что уменьшает ее ресурс. Избыточное давление отрицательно сказывается на работоспособности каркаса и подвески машины, особенно при перемещении по неровной поверхности. Отклонение установленных значений схождения колес и угла их развала приводит, соответственно, к усиленному проскальзыванию элементов протектора с увеличением изнашивания и неравномерному износу наружной и внутренней кромок.
Работоспособность систем управления определяется, как правило, статической и динамической нагрузками, герметичностью системы и наличием абразивных частиц в окружающей среде.
В конструкции строительных машин наиболее широко применяются механические, гидравлические, пневматические и комбинированные системы управления. Долговечность механических систем зависит от количества абразивных частиц в сопряжениях и характера нагрузок. Работоспособность гидропривода в значительной степени определяется состоянием рабочей жидкости и герметичностью системы. Основной причиной снижения работоспособности элементов гидропривода является загрязнение рабочей жидкости. Нарушение герметичности в элементах гидропривода, особенно всасывающего трубопровода, приводит к вспениванию и загрязнению рабочей жидкости. Повышенная температура рабочей жидкости ускоряет образование смолистых веществ, которые загрязняют гидросистему и в отдельных случаях приводят к заклиниванию деталей.
Работоспособность тормозных устройств зависит от удельных нагрузок, скорости относительного перемещения деталей, температуры их поверхностей, частоты и продолжительности включения. При повышении температуры фрикционных накладок снижается коэффициент трения и значительно увеличивается скорость изнашивания.
К внешним эксплуатационным факторам, оказывающим влияние на техническое состояние машин, относят также уровень их технического обслуживания и ремонта. Несвоевременное или неправильное регулирование соединений, несвоевременная замена смазочного материала или изношенных деталей, недостаточный крепеж составных частей и т. д. значительно увеличивают динамические и температурные нагрузки на составные части, что повышает их износ, вибрацию, дисбаланс вращающихся деталей и т. п. Это, в свою очередь, интенсифицирует процесс изнашивания деталей, интенсифицирует процесс изнашивания деталей, изменяет выходные параметры и ухудшает технико-эксплуатационные показатели строительных машин.