矿山机械中摩擦磨损分析

矿山机械中摩擦磨损分析

【摘要】对矿山机械的摩擦磨损进行了分析。矿山机械工作环境恶劣，液压泵的磨损主要是由于油液污染造成的，内燃机的磨损主要是由于加工工艺和润滑油造成。 　　【关键词】矿山机械;液压泵;内燃机;摩擦磨损 　　Analysis on wear of the ore machine 　　YAN Sheng 　　（College 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 　　机械设备3种主要失效形式是磨蚀、磨损和断裂，其中磨损造成的经济损失时巨大的。据有关数据统计，全球约有1/3~1/2的能源被消耗在摩擦上，转化为热能，由于摩擦导致的磨损失效占设备损坏的70%~80%，每年损失都在上千亿美元。在工况复杂且苛刻的条件下，特别是在高速、高温、高压等条件下工作的零件，往往会因其表面磨损而造成零件报废，导致设备停用，影响人类的生产活动。因此进行材料摩擦磨损的研究意义十分重大。 　　矿山机械中的提升机、破碎机、穿孔机、洗选和矿山专用起重设备及其一些辅助装置，应用液压传动的较多，且多在井下作业，周围环境恶劣，设备收冲击和振动大，液压元件磨损较为严重。内燃机也是矿山机械中常用的一种动力机构，它可以在高温、高压和受力比较复杂、还受各种振动的条件下工作。数据显示，内燃机摩擦有50%~60%消耗在缸套-活塞的摩擦副中。改善摩擦磨损，有利于提高系统的使用寿命，本文对矿山机械液压泵和内燃机的摩擦磨损进行了分析和探讨。 　　1.液压泵的摩擦磨损分析 　　1.1磨粒磨损 　　液压元件两相互摩擦表面中，微小硬质点不断滑磨较软材料表面，划出沟纹，使得液压泵泄露增大，减小液压泵的容积效率，造成流量及压力减小。 　　在污染的油液中，金属颗粒约占75%，尘埃约占15%，其他杂质约占10%。可见，固体颗粒危害最大。颗粒污染物的硬度、破碎强度、形状、尺寸大小及分布等特性对元件的污染磨损有直接的影响，实验结果表明[3]，泵的磨损与颗粒污染物的磨损性有很大关系，在试验污染物中煤粉的磨损性最小，淬火钢粉的磨损性最大。这与摩擦磨损理论是相符合的，材料抵抗磨损主要取决于磨粒硬度和材料表面硬度和耐磨性。 　　1.2粘着磨损 　　根据鲍顿和泰伯提出的粘着-犁沟摩擦理论，在液压泵的两表面接触时，在载荷作用下，某些接触点的单位压力很大，发生塑性变形，这些点将牢固的粘着，使两表面形成一体，称为粘着或冷焊。当一表面相对另一表面硬一些，则硬表面的粗糙微凹体顶端将会在较软表面上产生犁沟。 　　矿山机械液压泵往往工作于压力高、流量大、温度高，表面形成的润滑油膜，特别是物理吸附膜和化学反应膜，会在高温下解附。并且在重载下，将润滑油膜挤破，使得摩擦表面直接接触即干摩擦。由表面膜效应知，表面膜的剪切强度小于金属剪切强度，当表面膜消失时，摩擦系数迅速增大，使液压元件表面温度进一步升高，当温度很高使材料软化，导致粘着磨损的发生。例如，柱塞泵体中的柱塞与缸孔正常工作处于液体润滑状态，当存在制造误差与安装误差时，造成摩擦表面直接接触，导致粘着磨损的发生。 　　1.3气穴气屑 　　油液中的空气也会引起液压元件的侵蚀磨损。气体在油液中的存在形式有两种：一、气体溶解在油液中，气体的溶解度也油液的压力有关，气体随着油压增大，溶解增强。二、气体混杂在液体中。在液压泵工作过程中，油液压力发生不断地波动，当压力降低到一定程度，油液中溶解的气体将会释放，并在元件壁上形成气泡，而当压力增大到大于气泡内的压力时，气泡爆破，产生瞬间压力冲击，冲击压力可以达到几百兆帕，使液压元件产生金属疲劳，金属表面剥落或出现孔洞。从金属表面掉下的金属磨粒进入油液中，造成进一步的磨损。 　　2.内燃机的摩擦磨损分析 　　2.1磨粒磨损 　　内燃机在井下作业，由于工况复杂，条件苛刻，加工工艺较差，表面粗糙度较大，在元件回转过程中产生大量的磨粒和磨屑，加之，井下灰尘浓度高，进入气缸内，从而加剧内燃机的磨损；燃烧后的残渣和积碳，对缸套内壁和活塞环表面，产生的微切削、刮伤、压伤和疲劳破坏，都是材料磨损的主要形式。 　　工作时，随着颗粒速度和浓度增加，当缸体内压力增加时，材料表面接触应力增加，磨粒在两表面之间来回摩擦，导致磨损增加。磨粒的形态有球形状、层状等，污染颗粒有尘埃、金属粉、煤屑、石棉纤维、滤器材料、密封材料等。磨粒的形状、大小和磨屑的成分及含量可用铁谱法和光谱法进行测量，但使用铁谱法主要依赖于个人经验和抽取合适的油样。 　　2.2粘着磨损 　　粘着磨损主要发生于机器的跑和阶段，由于表面粗糙度大，实际接触面积仅有名义接触面积的0.01%~0.1%，微凸体在强大的压力下，产生塑性变形并接着产生粘着磨损，磨损率是正常工作的50~100倍，磨去最大峰高度的65%~75%。因此，内燃机在跑和阶段若磨合不当就会造成严重的粘着、胶合并发生拉缸，使内燃机报废。 　　为防止擦伤和疲劳磨损，可以对缸体表面进行各种处理，如渗碳、渗碳、PCD、CVD等，增加表面硬度，增强表面耐磨性；为减少磨粒在材料表面磨出沟槽，降低内燃机的密合性，可减小发动机的耗油量。 　　3.结束语 　　矿山机械在实际工作过程中，上述摩擦磨损往往同时发生，或交替产生，不同机械元件磨损机理不同，需要对各元件做具体的综合分析。分析机械中的摩擦磨损现象，并有效避免，对于提高机械使用寿命有着重要的意义。■ 　　 　　【参考文献】 　　［１］夏志新.液压系统污染控制[M].北京：机械工业出版社，1992. 　　［２］陈家靖，李文袭.典型机械零部件润滑理论与实践[M].北京：中国石化出版社，1994. 　　［３］徐粲铭.油膜理论与液压泵和马达的摩擦副设计[M].北京：机械工业出版社，1984:1-4. 　　［４］贾锡印.内燃机的润滑与磨损[M].北京：国防工业出版社，1988. 　　［５］孟凡明，张优云.运动颗粒对活塞环润滑的影响[J].内燃机学报，2004，(3)：169-175.

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