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礦山機(jī)械中摩擦磨損分析
【摘要】對(duì)礦山機(jī)械的摩擦磨損進(jìn)行了分析。礦山機(jī)械工作環(huán)境惡劣,液壓泵的磨損主要是由于油液污染造成的,內(nèi)燃機(jī)的磨損主要是由于加工工藝和潤(rùn)滑油造成。 【關(guān)鍵詞】礦山機(jī)械;液壓泵;內(nèi)燃機(jī);摩擦磨損 Analysis on wear of the ore machine YAN Sheng 。–ollege of Mechanical and Electrical Engineering, China University of Mining & TechnologyXuzhou221116China) 【Abstract】This paper analyses wear of the ore machine.Due to working in the harsh environment,oil pollution causes the wear of the hydraulic pumps, woring technique and oil pollution causes the wear of the internal-combustion engine. 【Key words】Ore machine;Hydraulic pumps;Internal-combustion engine;Wear by friction 0.前言 機(jī)械設(shè)備3種主要失效形式是磨蝕、磨損和斷裂,其中磨損造成的經(jīng)濟(jì)損失時(shí)巨大的。據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),全球約有1/3~1/2的能源被消耗在摩擦上,轉(zhuǎn)化為熱能,由于摩擦導(dǎo)致的磨損失效占設(shè)備損壞的70%~80%,每年損失都在上千億美元。在工況復(fù)雜且苛刻的條件下,特別是在高速、高溫、高壓等條件下工作的零件,往往會(huì)因其表面磨損而造成零件報(bào)廢,導(dǎo)致設(shè)備停用,影響人類的生產(chǎn)活動(dòng)。因此進(jìn)行材料摩擦磨損的研究意義十分重大。 礦山機(jī)械中的提升機(jī)、破碎機(jī)、穿孔機(jī)、洗選和礦山專用起重設(shè)備及其一些輔助裝置,應(yīng)用液壓傳動(dòng)的較多,且多在井下作業(yè),周圍環(huán)境惡劣,設(shè)備收沖擊和振動(dòng)大,液壓元件磨損較為嚴(yán)重。內(nèi)燃機(jī)也是礦山機(jī)械中常用的一種動(dòng)力機(jī)構(gòu),它可以在高溫、高壓和受力比較復(fù)雜、還受各種振動(dòng)的條件下工作。數(shù)據(jù)顯示,內(nèi)燃機(jī)摩擦有50%~60%消耗在缸套-活塞的摩擦副中。改善摩擦磨損,有利于提高系統(tǒng)的使用壽命,本文對(duì)礦山機(jī)械液壓泵和內(nèi)燃機(jī)的摩擦磨損進(jìn)行了分析和探討。 1.液壓泵的摩擦磨損分析 1.1磨粒磨損 液壓元件兩相互摩擦表面中,微小硬質(zhì)點(diǎn)不斷滑磨較軟材料表面,劃出溝紋,使得液壓泵泄露增大,減小液壓泵的容積效率,造成流量及壓力減小。 在污染的油液中,金屬顆粒約占75%,塵埃約占15%,其他雜質(zhì)約占10%?梢,固體顆粒危害最大。顆粒污染物的硬度、破碎強(qiáng)度、形狀、尺寸大小及分布等特性對(duì)元件的污染磨損有直接的影響,實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[3],泵的磨損與顆粒污染物的磨損性有很大關(guān)系,在試驗(yàn)污染物中煤粉的磨損性最小,淬火鋼粉的磨損性最大。這與摩擦磨損理論是相符合的,材料抵抗磨損主要取決于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。 1.2粘著磨損 根據(jù)鮑頓和泰伯提出的粘著-犁溝摩擦理論,在液壓泵的兩表面接觸時(shí),在載荷作用下,某些接觸點(diǎn)的單位壓力很大,發(fā)生塑性變形,這些點(diǎn)將牢固的粘著,使兩表面形成一體,稱為粘著或冷焊。當(dāng)一表面相對(duì)另一表面硬一些,則硬表面的粗糙微凹體頂端將會(huì)在較軟表面上產(chǎn)生犁溝。 礦山機(jī)械液壓泵往往工作于壓力高、流量大、溫度高,表面形成的潤(rùn)滑油膜,特別是物理吸附膜和化學(xué)反應(yīng)膜,會(huì)在高溫下解附。并且在重載下,將潤(rùn)滑油膜擠破,使得摩擦表面直接接觸即干摩擦。由表面膜效應(yīng)知,表面膜的剪切強(qiáng)度小于金屬剪切強(qiáng)度,當(dāng)表面膜消失時(shí),摩擦系數(shù)迅速增大,使液壓元件表面溫度進(jìn)一步升高,當(dāng)溫度很高使材料軟化,導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。例如,柱塞泵體中的柱塞與缸孔正常工作處于液體潤(rùn)滑狀態(tài),當(dāng)存在制造誤差與安裝誤差時(shí),造成摩擦表面直接接觸,導(dǎo)致粘著磨損的發(fā)生。 1.3氣穴氣屑 油液中的空氣也會(huì)引起液壓元件的侵蝕磨損。氣體在油液中的存在形式有兩種:一、氣體溶解在油液中,氣體的溶解度也油液的壓力有關(guān),氣體隨著油壓增大,溶解增強(qiáng)。二、氣體混雜在液體中。在液壓泵工作過程中,油液壓力發(fā)生不斷地波動(dòng),當(dāng)壓力降低到一定程度,油液中溶解的氣體將會(huì)釋放,并在元件壁上形成氣泡,而當(dāng)壓力增大到大于氣泡內(nèi)的壓力時(shí),氣泡爆破,產(chǎn)生瞬間壓力沖擊,沖擊壓力可以達(dá)到幾百兆帕,使液壓元件產(chǎn)生金屬疲勞,金屬表面剝落或出現(xiàn)孔洞。從金屬表面掉下的金屬磨粒進(jìn)入油液中,造成進(jìn)一步的磨損。 2.內(nèi)燃機(jī)的摩擦磨損分析 2.1磨粒磨損 內(nèi)燃機(jī)在井下作業(yè),由于工況復(fù)雜,條件苛刻,加工工藝較差,表面粗糙度較大,在元件回轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生大量的磨粒和磨屑,加之,井下灰塵濃度高,進(jìn)入氣缸內(nèi),從而加劇內(nèi)燃機(jī)的磨損;燃燒后的殘?jiān)头e碳,對(duì)缸套內(nèi)壁和活塞環(huán)表面,產(chǎn)生的微切削、刮傷、壓傷和疲勞破壞,都是材料磨損的主要形式。 工作時(shí),隨著顆粒速度和濃度增加,當(dāng)缸體內(nèi)壓力增加時(shí),材料表面接觸應(yīng)力增加,磨粒在兩表面之間來回摩擦,導(dǎo)致磨損增加。磨粒的形態(tài)有球形狀、層狀等,污染顆粒有塵埃、金屬粉、煤屑、石棉纖維、濾器材料、密封材料等。磨粒的形狀、大小和磨屑的成分及含量可用鐵譜法和光譜法進(jìn)行測(cè)量,但使用鐵譜法主要依賴于個(gè)人經(jīng)驗(yàn)和抽取合適的油樣。 2.2粘著磨損 粘著磨損主要發(fā)生于機(jī)器的跑和階段,由于表面粗糙度大,實(shí)際接觸面積僅有名義接觸面積的0.01%~0.1%,微凸體在強(qiáng)大的壓力下,產(chǎn)生塑性變形并接著產(chǎn)生粘著磨損,磨損率是正常工作的50~100倍,磨去最大峰高度的65%~75%。因此,內(nèi)燃機(jī)在跑和階段若磨合不當(dāng)就會(huì)造成嚴(yán)重的粘著、膠合并發(fā)生拉缸,使內(nèi)燃機(jī)報(bào)廢。 為防止擦傷和疲勞磨損,可以對(duì)缸體表面進(jìn)行各種處理,如滲碳、滲碳、PCD、CVD等,增加表面硬度,增強(qiáng)表面耐磨性;為減少磨粒在材料表面磨出溝槽,降低內(nèi)燃機(jī)的密合性,可減小發(fā)動(dòng)機(jī)的耗油量。 3.結(jié)束語 礦山機(jī)械在實(shí)際工作過程中,上述摩擦磨損往往同時(shí)發(fā)生,或交替產(chǎn)生,不同機(jī)械元件磨損機(jī)理不同,需要對(duì)各元件做具體的綜合分析。分析機(jī)械中的摩擦磨損現(xiàn)象,并有效避免,對(duì)于提高機(jī)械使用壽命有著重要的意義! 【參考文獻(xiàn)】 [1]夏志新.液壓系統(tǒng)污染控制[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1992. [2]陳家靖,李文襲.典型機(jī)械零部件潤(rùn)滑理論與實(shí)踐[M].北京:中國石化出版社,1994. 。郏常菪祠鱼.油膜理論與液壓泵和馬達(dá)的摩擦副設(shè)計(jì)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1984:1-4. 。郏矗葙Z錫印.內(nèi)燃機(jī)的潤(rùn)滑與磨損[M].北京:國防工業(yè)出版社,1988. 。郏担菝戏裁鳎瑥垉(yōu)云.運(yùn)動(dòng)顆粒對(duì)活塞環(huán)潤(rùn)滑的影響[J].內(nèi)燃機(jī)學(xué)報(bào),2004,(3):169-175.
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