Абразивный износ. Скорость абразивного износа.

Задание 1

Абразивный износ. Скорость абразивного износа.

Износ – это серьезная и дорогостоящая проблема во многих областях промышленности. Для того чтобы уменьшить ущерб, наносимый абразивом промышленному оборудованию, очень важно ясно понимать механизмы абразивного износа и знать поведение материала, используемого в деталях и компонентах в условиях абразивного износа с точки зрения:- обработки (возможности изготовления износостойких изделий сложной формы);- относительного рабочего ресурса (увеличение срока службы оборудования).

Обычно износ определяют как механическое повреждение твердой поверхности, приводящее, в общем, к прогрессивной потере материала, и происходящее из-за относительного движения контактирующих поверхностей. Износ металлических деталей обычно классифицируется в зависимости от механизма уноса материала с поверхности: это износ, вызываемый движением твердых частиц под действием силы по поверхности твердого тела.

Трение: износ металла при трении о металл, этот термин используется для описания износа в результате скольжения двух металлических деталей без присутствия абразивных частиц.

Усталость: усталостный износ вызывается периодическим нагрузками (поверхностная усталость), механизмом износа является подповерхностные микротрещины.

Эрозия: эрозионный износ вызывается режущим действием движущихся частиц, несомых потоком жидкости или газа, который уносит фрагменты материала с твердой поверхности

 Абразивный износ

Абразивный износ является наиболее распространенным и наиболее быстрым механизмом износа, встречающимся в различных областях промышленности. Это явление может развиваться в любой среде, в почве, на воздухе, в жидкости в присутствии абразивных частиц, и в более общем случае при погрузке-разгрузке и переработке сырьевых материалов (руд, минералов, металлических материалов).В зависимости от степени повреждения поверхности, абразивный износ различают трех типов – царапающий, истирающий и истирающий с ударными нагрузками.

Царапающий износ

Этот вид также называют износом при свободном скольжении, и он является наименее тяжелым, так как частицы абразива не ломаются и не сжимаются. Он происходит под действием повторяющихся царапаний твердыми, острыми и мелкими частицами, движущимися по твердой поверхности с разными скоростями.

Истирающий износ

Это один из наиболее тяжелых видов абразивного износа, он происходит, когда мелкие абразивные частицы прижимаются к поверхности металла с силой достаточной для разрушения и дробления металла. В результате образуются свежие острые режущие кромки. Это приводит к увеличению скорости износа по сравнению с округлыми абразивными частицами.

Ударно-истирающий износ

Из указанных трех видов износа этот механизм приводит к наиболее тяжелым повреждениям. Он происходит в том случае, когда абразивный износ сочетается с сильным воздействием крупных и тяжелых тел, которые с силой давят на твердую поверхность, оставляя на ней заметные выемки и вмятины. 

right0В общем, износ является результатом действия более чем одного механизма. Механизмы действуют одновременно, поэтому выделить действие каждого механизма затруднительно. 

right0С другой стороны, износ может происходить одновременно с действием различных физических и химических процессов, происходящих во время эксплуатации. Эти процессы могут усиливать абразивный износ, увеличивая скорость последнего. К наиболее известным процессам относятся:- коррозия (в основном ржавление во влажных условиях эксплуатации или в присутствии влаги)

right0right0- высокие рабочие температуры (эффект разупрочнения).

 

 

Наиболее общие механизмы абразивного износа

Рис. X01

Для лучшего понимания поведения при износе в наиболее тяжелых условиях работы необходимо сделать краткий обзор явлений, случающихся при ударно-абразивном износе и износе при скольжении под действием высокого напряжения. Какой бы тип износа не рассматривался, его механизм сильно зависит от угла наклона и формы абразивных частиц (округлые или острые) 

Рис. X02

В случае ударно-абразивного износа, характеризуемого большими углами наклона (Рис. X01), накопление повреждений в поверхностных слоях выражается в присутствии глубоких вмятин, которые возникают в результате повторяющихся ударов или сжимающих нагрузок, оказываемыми тяжелыми и крупными абразивными частицами (рис. X02). На микроуровне такой механизм износа контролируется пластической деформацией контактной поверхности. Заметьте, что новая вмятина, появляющаяся при ударе, не приводит к отрыву материала с поверхности износа, так как в зоне повреждения материал деформируется упруго-пластически, растекаясь вниз и навстречу частице абразива. Однако потери объема будут происходить при повторных ударах из-за отрыва осколков от поверхностных слоев. Таким образом, в условиях высоких напряжений и ударных нагрузок для увеличения стойкости к абразивному износу при эксплуатации износостойкие материалы должны иметь высокую вязкость в сочетании со способностью к пластической деформации. В противном случае хрупкий материал будет растрескиваться в подповерхностной зоне, окружающей вмятину, что может приводить к значительному ускорению износа при эксплуатации.

   

В случае абразивного износа в условиях скольжения под высоким напряжением, которые определяются малыми углами падения (рис. Y01), накопление повреждений на микроуровне в поверхностных слоях реализуется по одному из следующих механизмов:

Образование борозд. Этот механизм износа в основном контролируется пластической деформацией. Действительно, скольжение сжатой частицы абразива происходит без удаления материала с поверхности износа, так как он смещается к краям борозды.

Резание. И в этом случае износ частично управляется пластической деформацией. Фактически, частица абразива действует как режущий инструмент и перед режущей кромкой частицы образуется стружка. В этом случае потери материала на изнашиваемой поверхности по объему равны объему следа (канавки).

Растрескивание (хрупкое разрушение). Всегда происходит под действием высокой концентрации напряжений, создаваемой абразивной частицей. Вследствие низкой деформационной способности рассматриваемого материала большие фрагменты отделяются от поверхности износа путем образования микротрещин и их распространения. Объем теряемого материала при износе больше, чем теряется при образовании канавок. В заключение, образование борозд и резание являются основными механизмами износа, встречающимися в пластичных материалах, а растрескивание становится важным в хрупких материалах, в которых твердость считается адекватным способом противостоять износу в процессе работы.

Изнашиванием называется процесс отделения материала с поверхности твердого тела и (или) увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющийся в постепенном изменении размеров и (или) формы тела. Износ является результатом изнашивания и определяется в установленных единицах (толщины слоя, объема, массы).Процесс изнашивания обычно происходит в три стадии . На стадии / идет приработка сопряженных поверхностей деталей, занимающая небольшой отрезок времени. При этом износ А изменяется нелинейно, скорость изнашивания высокая, но постепенно убывает. Стадия // является наиболее продолжительной и характеризуется стабильностью процесса. Скорость изнашивания в этом случае небольшая и постоянная. Стадия /// ускоренное изнашивание, характеризующееся резко возрастающей скоростью изнашивания. Причиной этого является изменение условий трения из-за изменения размеров и формы трущихся поверхностей.

Задание 2

Рассчитать показатели надежности сложной невосстанавливаемой системы при последовательном (задание 2.1) и параллельном (задание 2.2) соединении элементов.

2.1 Подсистема управления включает в себя К последовательно соединенных электронных блоков. Эти блоки имеют одинаковую интенсивность отказов, численно равную λБ,, причем интенсивность не меняется в течение всего срока службы. Значения числа блоков К и интенсивности λБ принять по таблице 1.

Рассчитать интенсивность отказов заданной подсистемы λП. Построить зависимости вероятности безотказной работы одного блока РБ(t) и подсистемы РП(t) от наработки и определить вероятности безотказной работы блока РБ(t) и подсистемы РП(t) при наработке t, приведенной в таблице 2 .

Таблица 1 - Значения числа блоков К и интенсивности λБ

Последняя цифра номера

зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

К

3

4

5

6

2

3

4

5

3

4

λБ, ч-1

0,3

10-3

0,2

10-3

0,1

10-3

0,3

10-3

0,4

10-3

0,2

10-3

0,3

10-3

0,1

10-3

0,5

10-3

0,3

10-3

Таблица 2 - Значения наработки t

Предпоследняя цифра номера

зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Наработка t, ч

1000

900

1100

1200

600

800

1300

1400

500

1500

Решение:

Если интенсивность отказов не меняется в течение всего срока службы объекта, т.е. λ(t) = λ = const, то наработка до отказа распределена по экспоненциальному (показательному) закону:

=2*0,4*10-3час-1=0,8*10-3час-1

РБ(t)=i=12PБi(t)= e-0.8*10-3*t

PБ(t)=PБi(t)=eБ*t=e-0.4*10-3*t

Разобьем интервалы на части:

t, ч

0

100

200

300

400

500

600

Б*t

0

0,04

0,08

0,12

0,16

0,2

0,24

РБ(t)

1

0,96

0,92

0,88

0,84

0,8

0,76

*t

0

0.8

0.16

0.24

0.32

0.4

0.48

РП(t)

1

0,92

0,84

0,76

0,68

0,6

0,52

Задание 2.1

Для наработки t, заданной в таблице 4 требуется рассчитать вероятность безотказной работы РС(t) системы (рисунок 6), состоящей из двух подсистем с одинаковой безотказностью, подчиняющейся нормальному закону распределения, одна из которых является резервной. Отказы каждой из двух подсистем независимы. Средняя наработка на отказ каждой системы автомобиля Тср и среднее квадратическое отклонение ресурса до отказа приведены в таблице 5.

Таблица 4- Значения наработки t

Последняя цифра номера

зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

t

900

1000

1000

1300

700

600

1100

1500

400

1600

Таблица 5 - Средняя наработка на отказ каждой системы автомобиля Тср и среднее квадратическое отклонение ресурса до отказа

Предпоследняя цифра номера

зачетной книжки

0

1

2

3

4

5

6

7

8

9

Тср ч

1000

900

1100

1200

600

800

1300

1400

500

1500

250

200

300

300

150

200

350

400

150

400

Рисунок 6 – Схема системы с резервированием

Решение:

Распределение функции надежности при нормальном законе распределения вычисляется по формуле:

,

где Тср — математическое ожидание случайной величины (в нашем случае -средняя наработка на отказ);

— среднее квадратическое отклонение;

F(z) – функция, определяющая вероятность отказа.

Данная функция, представленная формулой, не имеет аналитического выражения, поэтому для ее построения пользуются табличными значениями функции F(z), где z = (t Tcp)/ — квантиль (условный аргумент, позволяющий определять значения вероятностей для любых совокупностей нормально распределенных случайных величин).

В нашем случае величина квантили, соответствующей наработке t = 700 ч

Вероятность отказа F(700) при полученном значении квантили, найденная по таблице приложения 1 равна 0,75

Для системы вероятность отказа при наработке 700 ч, формула (19)

FC(700) = FC(700)FC(700) = F2C(700) = 0,752 = 0,56.

Вероятность безотказной работы автомобиля (20):

P(700) = 1- F(700) = 1 – 0,56 = 0,44.

← Предыдущая
Страница 1
Следующая →

Износ – это серьезная и дорогостоящая проблема во многих областях промышленности. Общие механизмы абразивного износа

У нас самая большая информационная база в рунете, поэтому Вы всегда можете найти походите запросы

Искать ещё по теме...

Похожие материалы:

Изучение необходимости, сущности и роли реформирования и модернизации жилищно-коммунального хозяйства в Российской Федерации

Вопросы для государственного экзамена по курсу «Машины для строительства и содержания автодорог».

Отчет по лабораторной работе. Численные методы

Кафедра физики и методики обучения физике Отчет по лабораторной работе №7 ЧИСЛЕННЫЕ МЕТОДЫ Вариант №6

Культурология

Функции, цели и задачи культурологии. Культурология является совокупность вопросов происхождения, функционирования и развития культуры. Язык и письменность.

Конституційне право України

Наука конституційного права є системою ідей, концепцій, теорій, вчень про конституційне право як галузь національного права. виявлення і дослідження конституційно-правового життя. Наука конституційного права

Сохранить?

Пропустить...

Введите код

Ok