mecanic utilaje si instalatii in industrie - uzarea masinilor si utilajelor

 

MECANIC UTILAJE SI INSTALATII IN INDUSTRIE

UZAREA MASINILOR SI UTILAJELOR

Cuprins

Argument

1.Uzarea si influenta ei asupra duratei de functionare masinilor . utilajelor si instalatiilor

1.1.Uzarea de adeziune (de contact)

1.2.Uzarea de abraziune

1.3.Uzarea de oboseala

1.4.Uzarea de impact

1.5.Uzarea de coroziune

1.6.Alte forme de uzare

2.Etapele uzari (etape de uzare)

3.Controlul uzarii

4.Metode de ameliorare a fenomenului de uzare

Bibliografie

ARGUMENT

1.Uzarea si influenta ei asupra duratei de functionare a masinilor,utilajelor si instalatiilor

Procesul de frecare dintre suprafetele de contact ale pieselor componente ale masinilor , utilajelor si instalatiilor are ca efect pierderea de energie manifestata prin caldura produsa si uzarea fizica,rezultat al desprinderi de material si al modificarii starii initiale a acestor suprafete .

Pierderea de material conduce la modificarea dimensiunilor si a formei geometrice a suprafetelor pieselor in contact .In anumite conditii de temperatura pot interveni simultan si modificari structurale ale straturilor superficiale .

Toate acestea influenteaza direct sau indirect,capacitatea potentiala a organelor de masini (de exemplu la lagare) , precizia de lucru a masinilor,a utilajelor si instalatiilor (exemplu la masinile-unelte cinematica functionala (de exemplu,floncurile rotiilor dintate ) facand totodata sa apara forte dinamice daunatoare si o functionare necorespunzatoare,ducand in final la scoaterea din uz a masini,utilajului sau a instalatiei.

Uzare fizica este un proces progresiv care poate si trebuie sa fie combatut pentru a se evita scoaterea prematura din functionare a masinii,utilajului sau a instalatiei respective.rezultatul fenomenului de uzare il constitue uzura.

In afara de uzarea fizica ,masinile utilajele si instalatiile sunt supuse in timp si uzarii morale.

Uzarea morala este o consecinta a deprecierii unei masini sau utilaj caurmare a aparitiei in exploatare a unor masini siutilaje de aceasi categorie,dar de un tip mai perfectionat,cu indici tehnici si economici superiori celor din dotare .

De asemenea,tot in cadrul uzarii morale intra si deprecierea unaor masini,utilaje sau instalatii aflate inca in exploatare,dar ale caror costuri au fost reduse.

Pentru ca uzarea morala sa nu manifeste influenta economica negativa,este necesar ca exploatarea masinilor,utilajelorsi instalatiilor sa se efectueze intensiv,astfelca amortizarea lor sa se realizeze intr-un timp cit mai scurt.

Luand in considerare factorii care contribuie la deteriorarea suprafetelor si aspectul acestora,uzarile fizice s-au clasificatin urmatoarele tipuri: de adeziune,de abraziune,de oboseala de impact,de coroziune etc

Uzarea de adeziune (de contact)

Uzarea de adeziune se produce prin sudarea si ruperea puntilor de sudare intre microzonele de contact,caracterizandu-se printr-un coeficient de frecare ridicat si o valoare mare a intesitatii uzarii.

La sudarea unor asperitati in contact (fig.1.1,a), notand cu t1 si t2 tensiunile de forfecare ale materialelor celor douo suprafete 1 si 2 su cu t3 al microsudarilor.pot avea loc urmatoarele situatii:

--daca t2 si t3 < t1 (fig.1.1 b) ruperea va avea loc in interiorul corpului 2,mai moale.

Fiecare deplasare relative produce un transport de material de pe corpul iar dupa un anumit timp frecarea se produce intre materiale corpului mai moale.

Acest tip de frecare este denumit frecare prin sudare.

FIG.1 Schita formarii unor microjonctiuni si a forfecarii acestora

Microjonctiunile ce raman prinse de suprafata corpului 1 pot provoca rizuri pe suprafata mai moale,iar dupa in anumit timp se vor rupe,provocand particule de uzare:

--daca t1<t3> sau = t2,pentru a se produce miscarea,se presupune,de asemenea,ruperea corpului mai moale;si in acest caz se considera ca apare un tip de frecare prin sudare;

--daca t3<t1 si t2 (fig,1.1 c),vor ceda microsudurile fara smulgere de material de pe suprafetele in frecare si fara transport de material. Acest tip de frecare se numeste frecare prin forfecare.

O consecinta a uzarii de adeziune este griparea , careapare la sarcini mari in lipsa de lubrifiant sau la strapungerea peliculei in urma unor temperaturi locale ridicate ( de exemplu , in perioada de rodaj Sub actiunea sarcinii,suprafetele se apropie la o distanta de interactiune atomica.

Adeziunile,microjonctiunile puternice ce se creaza,nu mai pot fi forfecate si deplasarea relantiva intre suprafete inceteaza.

Gripajul poate avea douo forme diferite,in functie de temperatura la care se produce.

Astfel,griparea la temperaturi joase (griparea termica)este caracteristica unor viteze reduse de deplasare;apar deformatii plastice ale stratuluisuperficial al suprafetei de frecare.

Aceasta forma se caracterizeaza prin valori mari ale coeficientilor de frecare si fenomenul are o evolutie rapida.

Griparea la temperaturi inalte (griparea termica) este caracteristicaunor viteze mari si apar ca urmare a energiei termice acumulate in zona de contact;coeficientul de frecare este mai mic (0,20,5),iar viteza uzarii mai redusa

.Aparitia gripajului poate fi inlesnita de un rodaj necorespunzator,jocuri prea mici intre suprafete sau de suprafete superfinisate,lipsite de posibilitatea crearii micropungilor de ulei,utilizarea unui lubrifiant indicat,depasirea unorparametri functionali (sarcina,viteza,etc),prezenta unei perechi de materiale antagonistice etc

Uzarea de abraziune.

Uzarea de abraziune este provocata de prezenta particulelor dure intre suprafetele de contactsau de asperitatile mai dure ale uneia din suprafetele de contact.

Aceasta uzare este usor de recunoscut prin urmele lasate de microaschiere,ea accelerand uzarea prin coroziune.

Particulele dure pot preveni de la forfecarea prealabila a unor contacte (uzare de adeziune),desprinderi de portiuni din stratul de suprafata mai dur,prin desprinderea si evacuarea materialului unor ciupituri etc..,precumsi prin produsele metalice ale altor uzari.

Rezultatele cantitative ale altor uzari abrazuve sunt dependenta de : natura cuplului de material,in sensul ca o duritate mai mare a suprafetei opune o rezistenta sporita actiunii de rodare si, dinpotriva,materialele plostice permit fixarea particuleleor dure in ele;de natura abrazivului,dimensiunile si forma lor; de conditiile functionale . prin rodarea varfurilor asperitatilor se mareste continuu suprafata de sustinere

.Deoarece presiunea de contact scade invers proportional cu cresterea suprafetei , la un moment dat,intervine un echilibru de durata mai indelungata,determinat in principal de incarcare, viteza, temperatura;aceasta cu atat mai mult cu cat particuleleabrazive,prin tocire sau sfarimare, isi pierd capacitatea distructiva.

1.3 Uzarea de oboseala

Acest tip de uzare se produce in urma unor solicitari ciclice a suprafetelor in contact ,urmate de deformarii plastice in reteaua atomica a stratului superficial,de fisuri,ciupituri sau sau exfolieri.In general aceste uzari apar sub forma de desprinderi de particule din material,lasand urme caracteristice fiecarui gen de asemenea uzare.Uzarile de oboseala sint;pittingul,uzarea prin exfoliere si uzarea prin cavitatie.

Pittingul este o forma a uzarii la oboseala a suprafetelor cu contacte punctiforme (de exemplu ,caile de rulare a lagarelor de rostogolire)sau liniare(de exemplu,flancurile rotilor dintate)si se recunoaste sub forma carcteristica de gropite sau ciupituri (diferite de cele de adeziune provocate prin smulgeri).In aceste situati,isusi modul de functionare da nastere unor tensiuni in punctele de contact ,cu caracter pulsator.

Oboseala stratului se exetriorizeaza prin fisuri foarte fine in locurile slabite dintre cristale si anume ,la suprafata in punctele de concentrare a tensiunilor,sau la o anumita adancime,in stricta apropiere a suprafetei,in loculin care exista tensiunea maxima de forfecare.Sub actiunea unor presiuni mari de contact,in prezenta unui ulei cu vascozitate insuficienta,acesta patrunde in cele mai fine fisuri,contribuind la dislocarea unor particulede material printr-o puternica actiune de pana.

Astfel,la inceput apar mici ciupituri care,prin cumulare,se tranforma in cratere de dimensiunile unei gamalii de ac si mai mari.

Uzarea prin exfoliere (cojire)este caracterizata prin desprinderea de mici particule metalice,de ordinul a 1 qm ,sau de oxizi de ordinul 0,01 qm,care se produc la la materialele plastice,cand este depasita rezistenta la forfecare,in zonele de contact cu frecari concentrate.

Exfolierea este activata de tensiunile interne ramase in urma tratamentelor defectuase de calire,camentare sau nitrurare ,prin micsorarea mobilitatii atomilor in retea .

Conditiile initiale care provoaca aceasta uzare sunt diferite de cele din cazul pittingului.

Uzarea prin cavitatie este difinita ca fiind un proces de distrugere a suprafetei (si deplasare de material sub forma de mici particule) produsa de mediul lichid sau gazos in contact cu metalul,fara preenta celei de a doua suprafete de frecare ca in celelalte forme de uzare.

Se mai numeste si eroziune de cavitatie sau coroziune de cavitatie si se produce,de regula,pe suprafetele paletelor rotoarelor de pompa,cilindrii motoarelor Diesel etc,care sunt in contact cu fluide la viteze mari.

Uzarea prin cavitatie se explica astfel:la miscarile relativ marisau la schimbari de viteza dintre un lichid si metal,presiunile locale devin reduse,in fluid se produce transformarea de energie,temperatura lichidului depaseste punctul de fierbere si se formeaza mici pungi de vapori si gaze(bule de cavitatie).

Cand presiunea revine la normal (sau creste)se produce o implozie (spargerea bulelor)cu forte mari de impact pe microzonele suprafetei metalice ,producandu-se oboseala stratului si aparitia de ciupituri de cavitatie.

1.4.Uzarea la impact

La unele tipuri de masini, utilaje si instalatii , ca de exemplu;concasorul cu ciocane articulate,moara cu bile,masina de scris sau de perforat etc,datorata unor lovituri locale repetate se produc un tip specific de uzare mecanica denumita uzare de impct.

Uzarea de impact se poate produce si i functionarea unor organe de masini;came,roti dintate etcatunci cand,impreuna cu alunecarea sau rostogolirea (de exemplu,pe flancurilerotilor dintate),are loc si un impact compus.

Uzarea de impact poate fi clasificata in douo categorii uzare prin percutie si uzare prin eroziune.In general ,uzarea de impact contine mecanismele de baza ale uzarii; adeziune,abraziune,obosealade suprafata,uzare chimica si termica.

1.5 Uzarea de coroziune.

Uzarea de coroziune constitue deteriorarea suprafetei de frecare si deci pierderea de material,de masa,datorita actiuni simultane sau succesive a factorilor chimici agresivi din componenta mediului respectiv si a solicitarilor mecanice .

Mecanismul uzarii de coroyiune presupune corelarea a douo efecte de coroyiune: coroziunea chimica si coroziunea mecanochimica.

Coroziunea chimica este o actiune chimica continua a mediului ambiant asupra suprafetelor elementelor componente ale masinii,utilajului sau instalatiei.Coroziunea chimica poate evolua diferit,in functie de parametrii fizicochimici ai materialului respectiv.In perioada de repus,aceasta coroziune actioneaza ca proces pur chimic numai asupra suprafetelor deschise ,care nu trec prin zona de contact.Ca forme ale coroziuni chimice se disting:

Ruginirea,care este o coroziune electrochimica a fierului care se datoreaza actiunii combinatiei a oxigenului si a apei si poate sa apara in aer la temperatura normala.

Coroziunea in mediu lubrifiant,de natura electrochimica ,aparein cazul prezentei in lubrifiant a unor mici cantitati de apa care,in contact cu suprafata,formeaza microcelulele elecrolitice.Corosivitatea lubrifiantilor se poate datora si sulventului provenit din uleiul de baza sau din combustibil.

Coroziunea mecanochimica se refera la modificarile suferite de suprafata de frecare in timpul functionarii.Dupa natura solicitarilor mecanice sunt acceptate urmatoarele subclase:

--coroziunea de tensionare,ce apare datorita solicitarilor mecanice statice prin care se distruge stratul protector,producandu-se o intensitate a efectului corosiv;

--coroziunea de oboseala,care apare datorita solicitarilor periodice , fenomenului de obodeala propriu-zis fiind activat de prezenta unui anumit mediu ambiant.Prin actiunea combinata a factorilor mecanic si chimic are loc cresterea uzarii si scaderea accentuata a rezistentei la oboseala;

--coroziunea mecano-chimica propriu-zisa,consecinta a solicitarilor de frecare.

1.6 Alte forme de uzare

Din aceasta categorie,se pot aminti;

--imprimarea sferica (brinellarea),specifica lagarelor cu bile supuse unor sarcini mari,unde apare deformarea cailor de rulare in perioadele indelungate de repaus;

--zgarierea,o forma de uzare de abraziune regulata,mai intensa(microaschiere) in directia miscarii,datorita asperitatilor sau a unor particule dure;

--uzarea provocata de folosirea unei anumite zone din cursa masini,utilajului sau instalatiei , se datoreaza faptul ca la productia in serie mare si in masa se executa acelasi operatii.Din aceasta cauza,se vor uza numai anumite zonedin suprafetele pe care se fac deplasarile.O marime a duratei de exploatare se obtine prin schimbarea cat mai deasa a zonelor de deplasare; prin aschierea diferita a sculelor , prin modificarea pozitiei opritorilor etc;

--suprasarcinile provoaca solicitari ale organelor de nasinii,putand depasi limitele de rezistenta.

Chiar daca se respecta intocmai prescriptiile de lucru (de exemplu,regimul de aschiere),se pot ivi suprasarcini,in cazul cand masina,utilajul sau instalatia sunt uzate.In aceasta situatie frecarile cresc atat de mult incat prin aceasta se depaseste incarcarea admisa.Suprasarcinile ,prin actiunea lor brusca ,maresc bataile,grabesc uzarea si pot duce chiar la distrugerea unora dintre organele masinii sau ale motorului.

2. Etape de uzare

In desfasurarea procesului global de uzare abraziva se deosebesc trei etape(fig.2)

Fig.2 Variatia uzarii elementelor mecanice in timp

--etapa I ,corespunzatoare perioadei de rodaj,in care uzarea creste cu viteza relativ mare;spre sfarsitul perioadei de rodaj,viteza de uzare devine constanta;

- -etapa II ,corespunzatoare perioadei de functionare normala , in care ele se uzeaza lent aproape uniform,in limite care inca asigura respectarea conditiilor impuse;

--etapa III -cu panta foarte mare,in care uzarea creste aproape instantaneu si care corespunde perioadei uzarii totale sau catrastofale;abaterile de la dimensiuni,de forma si jocurile devenind atat de mici,incat cuplul de piese sau chiar masina sunt puse in pericol.

3.Controlul uzarii.

La determinarea uzarii trebuie tinut seama de modul cum s-a format .

De exemplu,cand pierderea de material s-a facut pe directia fortei se poate admite ca uzarea a fost provocata:de ulei insuficient sau prea fluid.

-cand  uzarea este foarte mica ,prin prezenta unui agent abraziv in ulei-cand uzare este mai pronuntata si are un aspect mat si rizat si de prezenta unui agent corosiv in ulei -daca uzarea este apreciabila si suprafata uzata are aspect neted si lucios.

Cele mai frecvente metode de masurare a uzurii sunt:

-metodele micrometrice care permit masurarea dimensiunilor pieselor cu instrumente curente (sublere de exterior micrometre,etc..) ,dupa un anumit timp de functionare.Aceasta metoda impune demontarea pieselor

-metodele cu amprente care creaza posibilitatea de a cunoaste evolutia uzurii prin intermediul masurarii periodice a reduceri dimensiunilor unor amprente imprimate initial pe suprafata de frecare cu un anumit ponson(bila ,piramida,etc..).Din aceasta categorie face parte si amprenta in forma de semiluna(fig .3) produsa prin zgarierea suprafetei 1 cu un corp 2 din carbura wolfram sau de titan ,in forma de piramida triunghiulara .Metoda are avantajul de a nu deforma suprafata prin denivelari create de deformarea plasrica a materialului in jurul urmei dupa extragerea penetratorului .Aceste metode necesita aparatura optica de citire;

--metodele chimice ,de determinare a continutului de metal in lubrifiant ,care pot fi completate cu analize spectroscopice .

4.Metode de ameliorare a fenomenului de uzare

Dupa

Fig.3. Metoda obtinerii unei amprente sub forma de semiluna

Argument

Intre doua suprafete ale unor organe de masini, aflate in contact si in miscare relativa una fata de alta , apare deci o forta de frecare , care este tangenta la suprafete in locul de contact si actioneaza in sens contrar sensului de miscare.

In functie de felul miscarii in cursul carea se produce frecarea , aceasta poate fi:

--frecare cu alunecare, ce apare atunci cind cele douo suprafete aluneca una fata de cealalta,ca, de exemplu, la deplasarea unei sanii pe ghidajele sau a osiei pe cuzineti;

--frecarea cu rostogolire ,ce se intalneste la rostogolirea unor suprafete peste cealalta ,ca ,de exemplu la angrenarea dintilor rotilor dintate sau la deplasarea bilelor de rulment fata de caile de rulare .

Sub aspectul existentei ungerii, frecarea poate fi:

--uscata, cind intre cele douo suprafete in miscare relativa nu exista nici un strat intermediar strain (oxizi,umiditate,aer,ulei. etc..)

--fluida,cand intre suprafetele in miscare relativa exista o pelicula continua de fluid (ulei,apa,diferite gaze,chiar si aer);

--semifluida,caracterizata de existenta unei pelicule de fluid foarte subtire si in unele locuri intrerupta,existand in contact direct intre piesele care se freaca.

In unele cazuri, frecarea este folositoare ,contribuind la buna functionare a masinii;face posibila deplasarea rotilor pe sine sau pe alte suprafete, asigura transmiterea miscarii prin curelele sau bloacarea unor piese fata de altele(piulite pe suruburi,roti pe arbori),etc..

Exista insa siutuatii in care frecarea are un efect daunator asupra suprafetelor aflate in contact si in miscare relativa, contribuind la distrugerea lor prin uzare.

Ca urmare a uzarii se produce o modificare a dimensiunilor,a formei geometrice , a jocurilor si a netezimii suprafetelor pieselor.

Toate acestea ceea ce are ca rezultat modificarea preciziei de lucru a masinilor ,aparitia vibratiilor si a fortelor dinamice daunatoare, ducand la o functionare anormala a agregatului, pana la accidentarea si scoaterea lui din functiune.

Practic, realizarea frecarii fluide depinde:

-de forma constructiva a pieselor in contact, care sa permita formarea unor pelicule de fluid, cu uniformitate si grosime cat mai mari;

-de viteza de deplasare a suprafetelor in contact, care sa fie atat de mare incat sa asigure distantarea lor;

-de metoda de alimentare cu fluid ,astfel incat sa se asigure debitul necesar formarii peliculei de fluid;
-de temperetura suprafetelor in contact, deoarece aceasta influenteaza proprietatile fluidului.

Frecarea semifluida intervine la apasari specifice mari si in cazul folosirii unor dispozitive de ungere, care nu asigura o repartitie uniforma a fluidului .In general, frecarea semifluida apare in urmatoarele cazuri:

-la pornirea masinilor;

-in perioada de franare in vederea opririi;

la organele de masini cu miscari alternative, cand au loc schimbari periodice ale sensului de miscare;

la aparitia variatiilor bruste de viteza si incarcare(socuri);

cand se utilizeaza fluide cu vascozitate prea mica;

-cand alimentarea cu fluid este insuficienta.

BIBLIOGRAFIE