浅析机械设备的老化及起因

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  [摘要]:机械设备无论设计和制造得多么完美,都会随着长期的使用、保管或闲置过程产生工作能力下降、精度降低、价值贬低、可靠性降低等现象,这种现象称为老化(或劣化)。研究老化的规律,研究对机械设备造成有害作用的根源及相应对策是机械维修的重要内容及理论基础。
  [关键词]:
  中图分类号:TQ016.5+5 文献标识码:TQ 文章编号:1009-914X(2012)20- 0127 -01
  引起有形老化的原因较多,由于作用在机械上各种因素的积累会导致机械能力指标变化,这种变化达到一定程度,机械将从无故障状态过渡到有异常的故障状态。因此,研究对机械造成有害作用的根源,查明降低机械工作能力的过程的物理实质,弄清机械本身对这些作用所产生的反应,有助于从设计、制造、使用和维修等方面采用有效可行的措施,降低有形老化速率。延长机械的使用寿命和经济寿命,从而最大限度地发挥机械的效能。机械设备老化可分为有形老化和无形老化两种形式。
  (一)有形老化
  机械设备及零部件在使用、保管或闲置过程中,固摩擦磨损、变形、冲击振动、疲劳、断裂、腐蚀等使机械实体形态变化、精度降低、性能变坏,这种现象称为有形老化。其中,机械设备在运行中造成的实体损坏为第一种有形老化。它一般表现在:零部件的原始尺寸,甚至形状发生改变;零部件之间的公差配合性质发生变化,精度降低;零件破坏。
  对第一种有形老化根据其性质及是否可以预防,再分为正常老化和不正常老化。前者指的是在正常使用条件下发生的不可避免的老化;后者指的是在一般情况下可以避免的一类老化。如机械摩擦磨损是不可避免的老化,在正常使用条件下,磨损是缓慢的,是正常老化,相反,若因其他原因造成快速磨损或灾难性磨损,则是不正常磨损,会造成不正常老化。对于不正常老化应采取各种措施消除其根源和发生的条件;对于正常老化则应设法减缓其产生和发展的过程速率。第一种有形老化与使用时间和强度有关。
  技术进步常与提高速度、压力、载荷和温度相联系,这些会加剧机械的有形老化。当机械老化到一定程度时,其使用价值降低,使用费用提高。要消除有形老化,可通过修理来恢复,且修理费应小于新机械的价值。当有形老化达到机械丧失工作能力,通过修理也不能恢复其功能时,则需用更新的机械来代替原有的机械。
  (二)无形老化
  机械设备在使用或闲置过程中,由于非自然力和非使用所引起机械设备价值的损失,在实物形态上看不出来的老化现象称之为无形老化或经济老化。无形老化分两种形式:
  (1)由于科技进步使生存率提高,劳动耗费降低,生产工艺改进,增大生产现模等原因,虽机械设备的技术结构和经济性能并未改变,但再生产该种机械的价格降低,而使其贬值的现象,叫做第一种无形老化。
  (2)由于不断出现结构更合理、技术性能更佳、效率吏高、经济效益更好的新型机械设备,使原机械显得技术陈旧、功能落后而产生的经济老化(原机械的价值相对降低)称作第二种无形老化。
  无形老化是社会生产力发展的结果,老化愈快,说明科技进步愈快。因此对无形老化我们不能防止它,而应认真研究其规律,使机械购入后,尽早尽快投入使用,提高利用率,在经济寿命期间内创造更多的价值,取得较高的经济效益。
  由于无形老化的产生的原因主要是因为科技进步引起,在此我们不再进行更多的探究。
  机械设备有形老化的起因,可从不同的角度来研究认识,我们可从能量的角度考察。机械设备在制造后和使用、闲置过程中,会受到各种能量的作用。这些能量可归纳为三类:周围介质能量的作用;机械内部机械能的作用;在制造中聚集在机械零件内部潜伏作用的能量。
  (一)周围介质能量的作用
  作用于机械上的周围介质能量有:
  1.热能。周围介质温度的变化,来源于大环境温度的变化以及由于机械自身及周围其他机械的发热作用而造成的小环境温度的变化。热能对机械零件产生作用和影响有:热胀冷缩;金属组织和性能的变化;有机材料制造的零件的软化、蠕变及老化;温度升高使润滑油粘度变化,氧化增强,易变质,润滑性能变差,加速机件的磨损等。
  2.化学能。金属零件表面上的水分及其他浸蚀性气体或液体的作用,会使零件表面受腐蚀破坏;如水蒸气冷凝成水珠沾附于钢铁件表面时会引起电化学腐蚀,机械设备在闲置时若无保护措施也会产生这种破坏;柴油含硫量过多会造成气缸、活塞、活塞环等零件的腐蚀磨损;柴油发动机长期在低温工作状态下运行也会造成气缸、活塞环等零件的腐蚀。机械在酸性或碱性环境中作业,不仅腐蚀机械外表,而且使空气中的酸性或碱性物质吸入气缸、造成机件的腐蚀。经常在泥泞环境下工作的机械,其底盘及行走装置在腐蚀、氧化环境中也极易引起技术状况变坏。
  3.其他形式的能量。如有害生物的浸蚀会破坏常用的绝缘材料甚至金属树科。
  4.操作不当。操作和修理机械的人员因误操作或操作不合要求,极易损害机械的工作能力,严重者可造成机械工作能力完全丧失或者酿成事故。如机械长时间的超负荷运行,易造成零件变形及磨损加剧;超速运行时,由于附加载荷过大造成零件的变形甚至断裂;冬季起动时、不加冷却水,发动机未达到正常温度就进人大负荷作业,操作粗野,冬季停机后立即放水等违反操作规程的使用方式,都可造成机械的技术状况迅速恶化;不按维修技术标难对机械进行维修,其维修质量肯定低劣。
  (二)机械设备内部机械能的作用
  在机械工作过程中,机械能不仅沿着各个机件传递,还与外部介质(被驱动的机械和工作的对象)发生作用,引起载荷对机械广生作用,且机械能还用以克服运动件的摩擦阻力。载荷和摩擦对机械作用的结果将使机械产生疲劳磨损、变形和内应力再分布等,这些不可逆的过程,会使机械随工作时间的增长而产生有形老化。
  (三)在制造中聚集在机械零件材料内部的潜伏能量的作用
  这种潜伏能量表现为铸件的内应力,机械加工或热处理时零件的内应力,以及机械装配时的内应力。这些内应力与零件工作载荷共同作用,可加速零件材料的损伤。如当零件材料中残余内应力是拉伸内应力时,而零件工作时受载荷引起的工作应力也是拉伸压力时,则二者共同作用的结果将使零件材料承受的是更大的拉伸应力。此应力若超过材料的强度,零件将会被破坏。
  除上述以外,结构设计、加工制造、油料品质、维护修理等方面的因素,也可引起有形老化速率的变化。
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