Характеристика факторов, вызывающих вредные процессыв подъемно-транспортных машинах

Машина выполняет определенную полезную работу, используя комплекс явлений и процессов, предусмотренных ее конструкцией: вращающееся магнитное поле — в асинхронных электродвигателях, взаимодействие сил трения — в фрикционных муфтах и тормозах, тепловые процессы — в двигателях внутреннего сгорания, действие моментов и сил— в механизмах и др. Однако в процессе работы машины неизбежно возникает и ряд нежелательных, вредных процессов, вызывающих снижение ресурсов машины или ее отказ, например действие сил трения в опорах скольжения и др. Кроме того, в процессе эксплуатации на работоспособность машин отрицательно действуют и факторы внешней среды: температура воздуха, солнечная радиация, влага, пыль, газы.

Из общей схемы возникновения вредных процессов в подъемно-транспортных машинах в зависимости от воздействия факторов внешней среды (рис. 1) видно, что низкая температура воздуха при эксплуатации подъемно-транспортных машин в условиях умеренного и холодного климата вызывает резкое уменьшение ударной вязкости нехладостойких сталей, застывание смазочных материалов и технических жидкостей и замерзание конденсата в пневматических системах управления стреловых кранов.

Снижение ударной вязкости с понижением температуры наблюдается практически у всех металлов с объемно-центрированной кристаллической решеткой, вследствие чего возникает их повышенная хрупкость или хладноломкость. При пониженных температурах такие стали становятся особенно чувствительными к ударным нагрузкам и концентраторам напряжений в конструктивных элементах. Вследствие этого число отказов (поломок) элементов машин, изготовленных из нехладостойких сталей, в зимний период увеличивается в 3—4 раза. Чтобы избежать такого положения, несущие элементы металлоконструкций и детали машин, предназначенных для работы в условиях низких температур, изготавливаются из хладостойких сталей.

Низкая температура вызывает также повышение хрупкости неморозостойких прорезиненных лент конвейеров, что снижает сроки их службы.

Одновременное понижение температуры и увеличение влажности воздуха приводит к обледенению рельсов козловых кранов, мостовых перегружателей, конвейерных лент и др. Застывание жидких смазочных масел и технических жидкостей резко увеличивает их вязкость и снижает жидкотекучесть, вследствие чего поступление масел и жидкостей к смазочным точкам или в трубопроводы становится затруднительным или невозможным. Все это вместе с замерзанием влаги, находящейся в смазочных материалах, ухудшает работу узлов трения и увеличивает скорость изнашивания контактирующих поверхностей.

Высокие температуры воздействуют на металлургические краны и краны, работающие в условиях жаркого климата. На элементы металлургических кранов воздействует тепловая энергия горячего воздуха в мартеновских и других цехах. Тепловая энергия оказывает неблагоприятное воздействие на полимерные материалы: пластмассы, резину, изоляцию, вызывая их тепловое старение, а также на масляные краски, покрывающие машину. Особенно неблагоприятно высокие температуры действуют на изоляцию обмоток электрических машин и аппаратов: с повышением температуры электрическая прочность изоляции резко падает.

Солнечная радиация (прямая и рассеянная) воздействует на машины, работающие на открытом воздухе. Под действием солнечной радиации ускоряется процесс естественного старения пластмасс, резины, изоляции обмоток электрических машин и аппаратов. Они становятся более хрупкими, в них образуются трещины, снижается механическая прочность деталей и электрическая прочность изоляции. Все это приводит к снижению сроков службы элементов и может вызвать внезапные отказы (например, витковое замыкание обмоток электрических машин и аппаратов).

Влага всегда содержится в воздухе. Наибольшие значения относительной влажности воздуха приходятся на северные районы и на зимние месяцы. В условиях повышенной влажности работают козловые краны гидростанций, портальные и другие краны морских и речных портов, плавучие краны.

Повышенное (выше 70%) содержание влаги в воздухе вызывает атмосферную коррозию металлов. Образование пленок окислов интенсифицирует процесс механического изнашивания. Возникает так называемое коррозионно-механическое изнашивание. Влага ускоряет старение полимерных материалов.

Попадая в трещины изоляции, влага снижает ее электрическую прочность (пробивное напряжение), а попадая в невлагостойкие консистентные смазки, она образует с ними эмульсии, что резко снижает смазывающие свойства этих смазок. Обводнение жидких масел также снижает их смазывающие свойства.

Значительная часть кранов и конвейеров на металлургических и химических заводах работает в условиях повышенной загазованности. Промышленные газы ускоряют процесс коррозионного изнашивания металлических элементов машин и старения полимерных материалов.

Кислород воздуха, попадая в зоны пластического деформирования металла контактирующих поверхностей деталей, окисляет микрообъемы металла и ускоряет процесс их механического изнашивания, вызывает старение полимерных материалов («озонное старение» полимеров).

Повышенная и высокая запыленность воздуха часто возникает в зонах пустынь и полупустынь (песчаные бури), а также в закрытых помещениях складов сыпучих материалов, формовочных и очистных участков литейных цехов. Наиболее опасна пыль для двигателей внутреннего сгорания автомобильных и других стреловых кранов: попадая вместе с засасываемым в цилиндры двигателя воздухом, твердые частицы пыли вызывают износ поверхностей цилиндров и поршней. Осаждаясь на обмотках электрических машин, пыль ухудшает их теплоотдачу, вызывает перегрев, снижая тем самым срок службы обмоток.

Пыль проникает в смазочные системы (редукторы, подшипники), загрязняет смазку; твердые частицы пыли, попадая вместе со смазкой на трущиеся поверхности, царапают их, вызывая механическое (абразивное) изнашивание. Пыль, осаждаясь на сухих, несмазываемых поверхностях (тормозах и др.), также приводит к их абразивному изнашиванию.

Вредное воздействие на элементы машины оказывает также биологическая среда: плесень, микроорганизмы и насекомые. Наиболее активно эти факторы действуют в условиях тропического и субтропического влажного климата. Плесень (различные грибки) разрушает текстильные материалы, наполнители пластмасс, пеньковые канаты, дерево, кожу, резину, лаки, вызывает изменения в структуре материалов, снижает их механические и электрические свойства.

В жарком климате водятся насекомые (термиты, красные муравьи), поедающие конструкционные и изоляционные материалы машин: резину, лаки, пластмассу, дерево, свинцовую изоляцию кабелей и др.

С целью предохранения материалов и элементов машин от воздействия биологической среды их покрывают специальными смазками и эмалями (с примесью оксидифенила, хлордана).

К внешним факторам, вызывающим вредные процессы в машинах, относятся перегрузки, появляющиеся при неправильной эксплуатации или неумелом управлении машиной. Перегрузки элементов машин приводят к их поломкам или пластическим деформациям (скручиванию и изгибу).

Устранить эти дефекты можно только в процессе ремонта. Перегрузки отдельных элементов машин могут возникать также в результате заедания и заклинивания трущихся пар (подшипников), которые происходят из-за их загрязнения, нерегулярной или неправильной смазки и по другим причинам.

Циклические нагрузки и усталость металлов определяются характером нагружения элементов (валов, зубьев зубчатых колес). С увеличением числа циклов нагружения снижается разрушающее напряжение материала. Это приводит к поломкам элементов при напряжениях, ниже разрушающих, полуденных при статическом нагружении.

Расчет элементов на усталостную прочность и выбор соответствующих запасов прочности при конструировании машины позволяют снизить опасность усталостного (внезапного) разрушения элементов. Однако, в результате неправильной эксплуатации на трущихся поверхностях деталей могут появляться грубые риски и царапины, создающие концентрации напряжений и снижающие предел усталости материала деталей.

Усталость поверхностных слоев металла деталей (особенно закаленных зубьев колес) приводит к образованию поверхностных трещин, блокированию отдельных участков и последующему их выкрашиванию.

Силы трения в машинах используются для создания полезных процессов (тормозных и крутящих моментов, тяговых усилий в механизмах передвижения и др.). В то же время действие сил трения является основной причиной возникновения такого вредного процесса, как механическое изнашивание деталей.

Молекулярные силы также вызывают некоторые виды механического изнашивания деталей машин (молекулярное схватывание или заедание).

Изнашивание деталей является одной из главных причин, определяющих необходимость технического обслуживания и плановых ремонтов машин.

Резервирование — применение дополнительных (избыточных) средств и (или) возможностей с целью сохранения работоспособного состояния объекта при отказе одного или нескольких его элементов.

Различают следующие виды резервирования:

· общее, при котором резервируют объект в целом, например, вместо требующейся одной машины устанавливают две, три и более;

· временное — с использованием резервов времени, например, второй и третьей смены;

· функциональное — с использованием способности элементов выполнять дополнительные функции, например, способность канатоведущего шкива лифта предохранять канаты от обрыва;

· нагрузочное — с использованием способности объекта воспринимать дополнительные нагрузки, обеспечивать повышенную производительность и др.;

· замещением — с выполнением другим объектом функций отказавшего объекта (например, установка аварийного тормоза);

· смешанное — с совмещением различных видов резервирования;

· постоянное — с функционированием резервных элементов (объектов) наравне с основными и др.

Наиболее распространенным является общее резервирование: при минимально необходимом одном лифте в жилом доме устанавливают два, при двух необходимых эскалаторах устанавливают три или четыре и т. д.

Отношение числа резервных элементов (объектов) к числу резервируемых называется кратностью резерва. Резервирование с кратностью, равной единице, называется дублированием. Дублирование — наиболее экономичный вид общего резервирования.

Дата добавления: 2015-07-17