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机电设备维修的基础知识

模块一  机电设备维修的基础知识

 

    随着我国社会主义市场经济的建立和深入,整个工业生产对机电设备的要求和依赖程度越来越高。机电设备对工业产品的生产率、质量、成本、安全、环保等,在一定意义上有决定性作用。工业生产用的各种机电设备的状况如何,不仅反映企业维修技术水平的高低,而且是企业管理水平的标志。

    生产设备在使用中会磨损,需要修理和更换零件;对一些突发性的故障和事故,需要组织抢修。机电设备维修技术就是以机电设备为对象,研究和探讨其拆卸与装配、失效零件修复、故障消除方法以及响应技术。

本模块主要研究和讨论机电设备维修技术的基础知识。主要内容有:设备维修体系;发展概况和发展趋势;机械零件的失效及其对策;设备维修前的准备。

第一节 设备维修体系

一、设备的劣化及补偿

机械设备在使用或者闲置过程中逐渐丧失其原有性能,或者与同类新型设备相比较性能较差,显得旧式化的现象称为设备的劣化。

设备的劣化可分为使用劣化,自然劣化和灾害劣化。使用劣化是指设备在使用过程中,由于磨损和腐蚀所造成的耗损、冲击、疲劳和蠕变等所造成的损坏和变形,原材料的附着和尘埃的污染之类现象,使设备失去其原有的性能。自然劣化是指设备在进厂之后不管使用与否,随着时间的流逝,或者受大气的影响而使材料老朽化,或者遭受意外的灾害而加快这种老朽化的速度的现象。灾害劣化是指由于自然灾害,如暴风、水浸、地震、雷击、爆炸等使设备遭受破坏或设备性能下降的现象。

设备劣化还可分为绝对劣化和相对劣化。绝对劣化就是设备的老朽化,即随着时间的流逝,设备逐渐损耗,逐渐老朽直至需要报废。相对劣化是指原有的设备和新型设备相比较,性能低、质量差,因而显得旧式化的现象。

设备劣化导致设备技术性能下降,或者与新型设备相比,原有设备的技术性能较差,这一类劣化又称之为技术性劣化。如果从设备的经济价值来看待,随着时间的流逝,其价值也在减少,这又称之为经济性劣化。

设备的劣化使设备的性能下降,故障增多,维修费用增加,其所生产的产品产量减少,质量下降,成本增高并且不能保证按期交货,职工的安全感和情绪下降等,造成各种损失。

对设备劣化的补偿方法有两种:一是用新设备来替换已经劣化或损耗的旧设备,即进行设备更新;二是在使用过程中通过检修进行局部性的补偿。由于设备零部件的使用寿命是长短不齐的,因此用检修方法进行局部性的补偿,具有重要的经济意义。

图1-1为设备劣化的周期图。从图中可以看出,设备由建设期进入投产期,其性能逐渐达到设计水平,进人稳定生产期。如再经过革新改造,设备性能得到进一步提高,进入正常生产期。在使用中设备逐渐劣化,每经过一次修理,恢复一定的性能,但设备性能仍呈下降的趋势。这时,如果进行改造,设备性能就可能向新一代的设备靠近。当设备性能急剧劣化,再修理得不偿失时,就应当进行更新。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

图l-1 设备劣化周期图

二、设备维修体系的三大侧面

    随着设备技术的飞速发展,先进的设备需要先进的维修技术,更需要先进的管理模式。当代设备维修涉及工种广泛,设备管理成为一门边缘的、综合的、系统的学科。按照设备综合工程学的观点,设备维修具有三大侧面,既技术侧面、经济侧面和经营侧面。技术侧面包括日常保养技术(润滑、清洁、紧固和调整)、设备诊断技术、修理技术以及设备的更新与改遁等;经济侧面包括维修的经济性评价、维修费用和劣化损失、固定资产的转移和折旧等;经营侧面包括维修的方针和目标、维修组织和人员、维修管理体系等。

    设备维修的三个侧面之间有着密切的关系,技术侧面是以设备硬件为对象,从“物”的角度控制维修活动;经济侧面是对设备进行的经济价值的考核,是从“钱”的角度控制维修活动;经营侧面是从经营管理等软件的措施方面控制维修活动,即从“人”的角度控制维修活动。三大侧面构成了一个完整的设备维修体系,缺一不可。

 

第二节  设备维修技术的发展概况和发展趋势

 

    机器的维护与修理和机器本身应该是结伴产生的,但其发展并不平衡,设备管理与有计划的预防性维修是最近几十年才发展起来的。越是工业发达的国家,设备管理与维修工作发展得越迅速,投入的人力、物力、财力也越多。随着工业生产的发展,设备维修的生产组

一、我国设备维修技术的发展概况

我国设备维修工作是在新中国成立后迅速建立、发展起来的。党和国家对设备维修与改造工作很重视。20世纪50年代开始尝试推行“计划预修制”。随着国民经济第一个五年计划的执行,各企业陆续建立了设备管理组织机构,1954年全面推行设备管理周期结构和修理间隔期、修理复杂系数等一套定额标准。1961年国务院颁布《国营工业企业工作条例(试行)》(即工业七十条),逐步建立了以岗位责任制为中心的包括设备维修保养制度在内的各项管理制度。1963年机械工业出版社开始组织编写资料性、实用性很强的《机修手册》,使设备维修技术向标准化、规范化方向迈进了一大步。

    在设备维修实践中,计划预修制”不断有所改革,如按照设备的实际运转台数和实际的磨损情况编制预修计划:不拘束于大修、项修、小修的典型工作内容,针对设备存在的问题,采取针对性修理。一些企业还结合修理对设备进行改装,提高设备的精度、效率、可靠性、维修性等。这些已经冲破了原有‘‘计划预修制”的束缚。与此同时,相继成立了中国机械工程学会及各级学术组织,开展了多方面的学术和技术交流活动,推动了我国设备维修与改造工作。群众性的技术革新活动,也给设备维修与改造增添了异彩。这一时期,我国工业企业的设备修理结构有两种形式:一是专业厂维修;二是企业自修。

    20世纪70年代末,实行改革开放,加强了国际交往,国际交流不断,取得了可喜的成绩。采取走出去、请进来等方法,学习、借鉴英国的“设备综合工程学”和日本的“全员生产维修(TPM)”,揭开了多向综合引进国外先进技术的序幕,并恢复全国设备维修学会活动,创办《设备维修》杂志,原国家经委增设设备管理办公室,1982年成立中国设备管理协会,1984年在西北工业大学筹建中国设备管理培训中心。1987年国务院颁布《全民所有制工业交通企业设备管理条例》。国内企业普遍实行“三保大修制”,一些企业结合自己的情况学习和试行“全员生产维修”,初步形成一个适合我国国情的设备管理与维修体制——设备综合管理体制,使我国设备维修工作进一步完善并走向正轨。

    20世纪90年代,随着微电子技术、机电一体化等技术的不断成熟,特别是我国工业化水平的迅速提高,以技术改造和修理相结合的设备维修工作迅速发展。这一时期,在设备维修制度上,普遍推行状态维修、定期维修和事后维修等3种维修方式,以定期维修为主、向定期维修和状态维修并重的方向发展(事后维修仍然存在)。在修理类别上,大修、项修、小修3种类别已具有一定的代表性和普及性。

进入21世纪后,随着改革开放的不断深入,我国的社会主义市场经济不断完善,国外制造企业不断迁入我国,计算机技术、信号处理技术、测试技术、表面工程技术等不断应用于设备维修技术,改善性维修、无维修设计等得到迅猛发展。

随着设备的技术进步,企业的设备操作人员不断减少,而维修人员则不断增加(图1-2)。另一方面,操作的技术含量不断降低,而维修的技术含量却在逐年上升(图1-3)。现今的维修人员遇到的多是机电一体化,集光电技术、气动技术、激光技术和计算机技术为一体的复杂设备。当代的设备维修已经不是传统意义上的维修工所能胜任的工作。当前,我们面临的任务是大力抓好人才的开发和培养,通过高等院校培养和对在职人员进行补充更新知识的继续教育,尽快造就成一批具有现代维修管理知识和技术的维修专业人员。

图1—2 设备操作人员与维修               图1—3 设备维修人员和操作

人员的比例关系                       人员与技术含量的关系

二、设备维修技术的发展趋势

    现代科学技术和社会经济相互渗透、相互促进、相互结合,机电设备越来越机电一体化、高速化、微电子化,这使机电设备的操作越来越容易,而机电设备故障的诊断和维修则变得困难。而且,机电设备一旦发生故障,尤其是连续化生产设备,往往会导致整套设备停机,从而造成一定的经济损失,如果危及到安全和环境,还会造成严重的社会影响。随着社会经济的迅速发展,生产规模的日益扩大,先进的生产方式的出现和采用,机电设备维修技术不断得到人们的重视和关注。设备维修技术的发展必然朝着以计算机技术、信号处理技术、测试技术、表面工程技术等现代技术为依托,以现代设备状态监测与故障诊断技术为先导,以机电一体化为背景,以满足现代化工业生产日益提高的要求为目标,以不断完善的维修技术为手段的方向迅猛地发展。

    三、机电设备维修课程的性质和任务

    机电设备维修课程既是机电一体化专业的主要专业课程之一,又是机电工程类专业的重要专业课程之一。

    通过本课程的学习,应使学生达到以下基本要求:

    1)掌握机电设备维修的基础理论与基本知识。

    2)熟悉机电设备的解体,设备零件的拆卸、清洗、技术鉴定方法;掌握轴与轴承、齿轮、蜗轮蜗杆以及过盈配合件的装配方法。

    3)熟悉机械零件各种修复技术;具有分析、选择和应用机械零件复技术的基本能力。

    4)熟悉常用研、检具和维修电工工具的选用;掌握机电设备几何精度的检验方法、装配质量的检验和机床试验方法、机床大修质量检验通用技术要求。

    5)掌握螺纹联接件、轴与轴承、丝杠螺母副、壳体零件、曲轴连杆机构、分度蜗轮副、齿轮、过盈配合件等典型零部件的修理、装配和调试方法;基本掌握常见电气设备故障处理和维修技术。

    6)熟悉普通机床、数控机床、机电一体化设备等典型机电设备的修理技术,常见故障分析及其排除方法。

 

第三节  机械零件的失效形式及其对策

 

    机器失去正常工作能力的现象称为故障。在设备使用过程中,机械零件由于设计、材料、工艺及装配等各种原因,丧失规定的功能,无法继续工作的现象称为失效。当机械设备的关键零部件失效时,就意味着设备处于故障状态。机器发生故障后,其经济技术指标部分或全部下降而达不到预定要求,如功率下降、精度降低、加工表面粗糙度达不到预定等级或发生强烈振动、出现不正常的声响等。

机电设备的故障分为自然故障和事故性故障两类。自然故障是指机器各部分零件的正常磨损或物理、化学变化造成零件的变形、断裂、蚀损等,使机器零件失效所引起的故障。事故性故障是指因维护和调整不当,违反操作规程或使用了质量不合格的零件和材料等造成的故障,这种故障是人为造成的,可以避免。

    机器的故障和机械零件的失效密不可分。机械设备类型很多,其运行工况和环境条件差异很大。机械零件失效模式也很多,主要有磨损、变形、断裂、蚀损等四种普通的、有代表性的失效模式。

    一、机械零件的磨损及其对策

    相接触的物体相互移动时发生阻力的现象称为摩擦。相对运动的零件的摩擦表面发生尺寸、形状和表面质量变化的现象称为磨损。摩擦是不可避免的自然现象;磨损是摩擦的必然结果,两者均发生于材料表面。摩擦与磨损相伴产生,造成机械零件的失效。当机械零件配合面产生的磨损超过一定限度时,会引起配合性质的改变,使间隙加大、润滑条件变坏。产生冲击,磨损就会变得越来越严重,在这种情况下极易发生事故。一般机械设备中约有80%的零件因磨损而失效报废。据估计,世界上的能源消耗约有30%~50%是由于摩擦和磨损造成的。

    摩擦和磨损涉及的科学技术领域甚广,特别是磨损,它是一种微观和动态的过程,在这一过程中,机械零件不仅会发生外形和尺寸的变化,而且会出现其他各种物理、化学和机械现象。零件的工作条件是影响磨损的基本因素。这些条件主要包括:运动速度、相对压力、润滑与防护情况、温度、材料、表面质量和配合间隙等。

以摩擦副为主要零件的机械设备,在正常运转时,机械零件的磨损过程一般可分为磨合(跑合)阶段、稳定磨损阶段和剧烈磨损阶段,如图1-4所示。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


 

图1-4  机械磨损过程

(1)磨合阶段  新的摩擦副表面具有一定的表面粗糙度,实际接触面积小。开始磨合时,在一定载荷作用下,表面逐渐磨平,磨损速度较大,如图中的OA线段。随着磨合的进行,实际接触面积逐渐增大,磨损速度减缓。在机械设备正式投入运行前,认真进行磨合是十分重要的。

    (2)稳定磨损阶段经过磨合阶段,摩擦副表面发生加工硬化,微观几何形状改变,建立了弹性接触条件。这一阶段磨损趋于稳定、缓慢,AB线段的斜率就是磨损速度;B点对应的横坐标时间就是零件的耐磨寿命。

    (3)剧烈磨损阶段经过B点以后,由于摩擦条件发生较大的变化,如温度快速升高、金属组织发生变化、冲击增大、磨损速度急剧增加、机械效率下降、精度降低等,从而导致零件失效,机械设备无法正常运转。

    通常将机械零件的磨损分为粘着磨损、磨料磨损、疲劳磨损、腐蚀磨损和微动磨损五种类型。

    (一)粘着磨损

    粘着磨损又称为粘附磨损,是指当构成摩擦副的两个摩擦表面相互接触并发生相对运动时,由于粘着作用,接触表面的材料从一个表面转移到另一个表面所引起的磨损。

    根据零件摩擦表面的破坏程度,粘着磨损可分为轻微磨损、涂抹、擦伤、撕脱和咬死等五类。

1.粘着磨损机理

    擦副的表面即使是抛光得很好的光洁表面,但实际上也还是高低不平的。因此,两个金属零件表面的接触,实际上是微凸体之间的接触,实际接触面积很小,仅为理论接触面的1%~1‰。所以即使在载荷不大时,单位面积的接触应力也很大,如果当这一接触应力大到足以使微凸体发生塑性变形,并且接触处很干净,那么这两个零件的金属面将直接接触而产生粘着。当摩擦表面发生相对滑动时,粘着点在切应力作用下变形甚至断裂,造成接触表面的损伤破坏。这时,如果粘着点的粘着力足够大,并超过摩擦接触点两种材料之一的强度,则材料便会从该表面上被扯下,使材料从一个表面转移到另一个表面。通常这种材料的转移是由较软的表面转移到较硬的表面上。在载荷和相对运动作用下,两接触点间重复产生“粘着一剪断一再粘着”的循环过程,使摩擦表面温度显著升高,油膜破坏,严重时表层金属局部软化或熔化,接触点产生进一步粘着。

    在金属零件的摩擦中,粘着磨损是剧烈的,常常会导致摩擦副灾难性破坏,应加以避免。但是,在非金属零件或金属零件和聚合物件构成的摩擦副中,摩擦时聚合物会转移到金属表面上形成单分子层,凭借聚合物的润滑特性,可以提高耐磨性,此时粘着磨损则起到有益的作用。

    2.减少或消除粘着磨损的对策

摩擦表面产生粘着是粘着磨损的前提,因此,减少或消除粘着磨损的对策就有两方面。

(1)控制摩擦表面的状态摩擦表面的状态主要是指表面自然洁净程度和微观粗糙度。

摩擦表面越洁净,越光滑,越可能发生表面的粘着。因此,应当尽可能使摩擦表面有吸附物质、氧化物层和润滑剂。例如,润滑油中加入油性添加剂,能有效地防止金属表面产生粘着磨损;而大气中的氧通常会在金属表面形成一层保护性氧化膜,能防止金属直接接触和发生粘着,有利于减少摩擦和磨损。

    (2)控制摩擦表面材料的成分和金相组织材料成分和金相组织相近的两种金属材料之间最容易发生粘着磨损。这是因为两个摩擦表面的材料形成固溶体的倾向强烈,因此,构成摩擦副的材料应当是形成固溶体倾向最小的两种材料,即应当选用不同材料成分和晶体结构的材料。此外,金属间化合物具有良好的抗粘着磨损性能,因此也可选用易于在摩擦表面形成金属问化合物的材料。如果这两个要求都不能满足,则通常在摩擦表面覆盖能有效抵抗粘着磨损的材料,如铅、锡、银等软金属或合金。

    (二)磨料磨损

    磨料磨损也称为磨粒磨损,它是当摩擦副的接触表面之间存在着硬质颗粒,或者当摩擦副材料一方的硬度比另一方的硬度大得多时,所产生的一种类似金属切削过程的磨损。它是机械磨损的一种,特征是在接触面上有明显的切削痕迹。在各类磨损中,磨料磨损约占50%.是十分常见且危害性最严重的一种磨损,其磨损速率和磨损强度都很大,致使机械设备的使用寿命大大降低,能源和材料大量消耗。

    根据摩擦表面所受的应力和冲击的不同,、磨料磨损的形式可分为錾削式、高应力碾碎式和低应力擦伤式三类。

    1.磨料磨损机理

    磨料磨损的机理属于磨料颗粒的机械作用,磨料的来源有外界砂尘、切屑侵人、流体带人、表面磨损产物、材料组织的表面硬点及夹杂物等。

    目前,关于磨料磨损机理有四种假说:

(1)微量切削认为磨料磨损主要是由于磨料颗粒沿摩擦表面进行微量切削而引起的,微量切屑大多数呈螺旋状、弯曲状或环状,与金属切削加工的切屑形状类似。

(2)压痕破坏认为塑性较大的材料,因磨料在载荷的作用下压人材料表面而产生压痕,并从表层上挤出剥落物。

    (3)疲劳破坏认为磨料磨损是磨料使金属表面层受交变应力而变形,使材料表面疲劳破坏,并呈小颗粒状态从表层脱落下来。

    (4)断裂认为磨料压入和擦划金属表面时,压痕处的金属要产生变形,磨料压人深度达到临界值时,伴随压人而产生的拉伸应力足以产生裂纹。在擦划过程中,产生的裂纹有两种主要类型:一种是垂直于表面的中间裂纹;另一种是从压痕底部向表面扩展的横向裂纹。当横向裂纹相交或扩展到表面时,便发生材料呈微粒状脱落形成磨屑的现象。

    2.减少或消除磨料磨损的对策

    磨料磨损是由磨料颗粒与摩擦表面的机械作用而引起的,因而,减少或消除磨料磨损的对策也有两方面。

    (1)磨料方面磨料磨损与磨料的相对硬度、形状、大小(粒度)有密切的关系。磨料的硬度相对于摩擦表面材料硬度越大,磨损越严重;呈棱角状的磨料比圆滑状的磨料的挤切能力强,磨损率高。实践与实验表明,在一定粒度范围内,摩擦表面的磨损量随磨粒尺寸的增大而按比例较快地增加,但当磨料粒度达到一定尺寸(称为临界尺寸)后,磨损量基本保持不变。这是因为磨料本身的缺陷和裂纹随着磨料尺寸增大而增多,导致磨料的强度降低,易于断裂破碎。

    (2)摩擦表面材料方面  摩擦表面材料的显微组织、力学性能(如硬度、断裂韧度、弹性模量等)与磨料磨损有很大关系。在一定范围内,硬度越高,材料越耐磨,因为硬度反映了被磨损表面抵抗磨料压力的能力。断裂韧度反映材料对裂纹的产生和扩散的敏感性,对材料的磨损特性也有重要的影响。因此必须综合考虑硬度和断裂韧度的取值,只有两者配合合理时,材料的耐磨性才最佳。弹性模量的大小,反映被磨材料是否能以弹性变形的方式去适应磨料、允许磨料通过,而不发生塑性变形或切削作用,避免或减少表面材料的磨损。

    (三)疲劳磨损

    疲劳磨损是摩擦表面材料微观体积受循环接触应力作用产生重复变形,导致产生裂纹和

分离出微片或颗粒的一种磨损。

    疲劳磨损根据其危害程度可分为非扩展性疲劳磨损和扩展性疲劳磨损两类。

    1.疲劳磨损机理

    疲劳磨损的过程就是裂纹产生和扩展的破坏过程。根据裂纹产生的位置,疲劳磨损的机理有两种情况:

    (1)滚动接触疲劳磨损  在滚动接触过程中,材料表层受到周期性载荷作用,引起塑性变形、表面硬化,最后在表面出现初始裂纹,并沿与滚动方向呈小于45的倾角方向由表向里扩展。表面上的润滑油由于毛细管的吸附作用而进入裂纹内表面,当滚动体接触到裂1:3处时将把裂口封住,使裂纹两侧内壁承受很大的挤压作用,加速裂纹向内扩展。在载荷的继续作用下,形成麻点状剥落,在表面上留下痘斑状凹坑,深度在0.1~0.2mm以下。

    (2)滚滑接触疲劳磨损  根据弹性力学,两滚动接触物体在表面下0.786b(b为平面接触区的半宽度)处切应力最大。该处塑性变形最剧烈,在周期性载荷作用下的反复变形使材料局部弱化,并在该处首先出现裂纹,在滑动摩擦力引起的切应力和法向载荷引起的切应力叠加作用下,使最大切应力从0.786b处向表面移动,形成滚滑疲劳磨损,剥落层深度一般为0.2~0.4mm。

    2.减少或消除疲劳磨损的对策

    疲劳磨损是由于疲劳裂纹的萌生和扩展而产生的,因此,减少或消除疲劳磨损的对策就是控制影响裂纹萌生和扩展的因素,主要有四个方面:

    (I)材质钢中存在的非金属夹杂物,易引起应力集中,这些夹杂物的边缘最易形成裂纹,从而降低材料的接触疲劳寿命。

    材料的组织状态对其接触疲劳寿命有重要影响。通常,晶粒细小、均匀,碳化物成球状且均匀分布,均有利于提高滚动接触疲劳寿命。轴承钢经处理后,残留奥氏体越多,针状马氏体越粗大,则表层有益的残余压应力和渗碳层强度越低,越容易发生微裂纹。在未溶解的碳化物状态相同的条件下,马氏体中碳的质量分数在0.4%~0.5%左右时,材料的强度和韧性配合较佳,接触疲劳寿命高。对未溶解的碳化物,通过适当热处理,使其趋于量少、体小、均布,避免粗大或带状碳化物出现,都有利于避免疲劳裂纹的产生。

    硬度在一定范围内增加,其接触疲劳强度将随之增大。例如,轴承钢表面硬度为62HRC左右时,其抗疲劳磨损能力最大。对传动齿轮的齿面,硬度在58~62HRC范围内最佳,而当齿面受冲击载荷时,硬度宜取下限。此外,两个接触滚动体表面硬度匹配也很重要。例如,滚动轴承中,滚道和滚动元件的硬度相近,或者滚动元件比滚道硬度高出10%为宜。

    (2)接触表面粗糙度试验表明,适当降低表面粗糙度可有效提高抗疲劳磨损的能力。例如,滚动轴承表面粗糙度由Ra0.40um降低到Ra0.20u m,寿命可提高2~3倍;由Ra0.20um降低到Ra0.10um,寿命可提高1倍;而降低到Ra0.05um以下,对寿命的提高影响甚小。表面粗糙度要求的高低与表面承受的接触应力有关,通常接触应力大,或表面硬度高时,均要求表面粗糙度低。

    (3)表面残余内应力  一般来说,表层在一定深度范围内存在有残余压应力,不仅可提高弯曲、扭转疲劳强度,还能提高接触疲劳强度,减小疲劳磨损。但是,残余压应力过大也有害。

    (4)其他因素润滑油的选择很重要,润滑油粘度越高越利于改善接触部分的压力分布,同时不易渗入表面裂纹中,这对抗疲劳磨损均十分有利;而润滑油中加入活性氯化物添加剂或是能产生化学反应形成酸类物质的添加剂,则会降低轴承的疲劳寿命。机械设备装配精度影响齿轮齿面的啮合接触面的大小,自然也对接触疲劳寿命有影响。具有腐蚀作用的环境因素对疲劳往往起有害作用,如润滑油中的水。

    (四)腐蚀磨损

    在摩擦过程中,金属同时与周围介质发生化学反应或电化学反应,引起金属表面的腐蚀剥落,这种现象称为腐蚀磨损。它是与机械磨损、粘着磨损、磨料磨损等相结合时才能形成的一种机械化学磨损。因此,腐蚀磨损的机理与前述三种磨损的机理不同。腐蚀磨损是一种极为复杂的磨损过程,经常发生在高温或潮湿的环境下,更容易发生在有酸、碱、盐等特殊介质的条件下。

    按腐蚀介质的不同类型,腐蚀磨损可分为氧化磨损和特殊介质下的腐蚀磨损两大类。

    1.氧化磨损

    我们知道,除金、铂等少数金属外,大多数金属表面都被氧化膜覆盖着。若在摩擦过程中,氧化膜被磨掉,摩擦表面与氧化介质反应速度很快,立即又形成新的氧化膜,然后又被磨掉,这种氧化膜不断被磨掉又反复形成的过程,就是氧化磨损。

    氧化磨损的产生必须同时具备以下条件:一是摩擦表面要能够发生氧化,而且氧化膜生成速度大于其磨损破坏速度;二是氧化膜与摩擦表面的结合强度大于摩擦表面承受的切应力;三是氧化膜厚度大于摩擦表面破坏的深度。

    在通常情况下,氧化磨损比其他磨损轻微得多。

    减少或消除氧化磨损的对策主要有:

    (1)控制氧化膜生长的速度与厚度在摩擦过程中,金属表面形成氧化物的速度要比非摩擦时快得多。在常温下,金属表面形成的氧化膜厚度非常小,例如铁的氧化膜厚度为1~3mm,铜的氧化膜厚度约为5nm。但是,氧化膜的生成速度随时间而变化。

    (2)控制氧化膜的性质金属表面形成的氧化膜的性质对氧化磨损有重要影响。若氧化膜紧密、完整无孔,与金属表面基体结合牢固,则有利于防止金属表面氧化;若氧化膜本身性脆,与金属表面基体结合差,则容易被磨掉。例如铝的氧化膜是硬脆的,在无摩擦时,其保护作用大,但在摩擦时其保护作用很小。低温下,铁的氧化物是紧密的,与基体结合牢固,但在高温下,随着厚度增大,内应力也增大,将导致膜层开裂、脱落。

    (3)控制硬度  当金属表面氧化膜硬度远大于与其结合的基体金属的硬度时,在摩擦过程中,即使在小的载荷作用下,也易破碎和磨损;当两者相近时,在小载荷、小变形条件下,因两者变形相近,故氧化膜不易脱落;但若受大载荷作用而产生大变形时,氧化膜也易破碎。最有利的情况是氧化膜硬度和基体硬度都很高,在载荷作用下变形小,氧化膜不易破碎,耐磨性好,例如镀硬铬时,其硬度为900HBS左右,铬的氧化膜硬度也很高,所以镀硬铬得到广泛应用。然而,大多数金属氧化物都比原金属硬而脆,厚度又很小,故对摩擦表面的保护作用很有限。但在不引起氧化膜破裂的工况下,表面的氧化膜层有防止金属之间粘着的作用,因而有利于抗粘着磨损。

    2.特殊介质下的腐蚀磨损

    特殊介质下的腐蚀磨损是摩擦副表面金属材料与酸、碱、盐等介质作用生成的各种化合

物,在摩擦过程中不断被磨掉的磨损过程。其机理与氧化磨损相似,但磨损速度较快。

    由于其腐蚀本身可能是化学的或电化学的性质,故腐蚀磨损的速度与介质的腐蚀性质和

作用温度有关,也与相互摩擦的两个金属形成的电化学腐蚀的电位差有关。介质腐蚀性越强,作用温度越高,腐蚀磨损速度越快。

    减少或消除特殊介质下的腐蚀磨损的对策主要有:

    1)使摩擦表面受腐蚀时能生成一层结构紧密且与金属基体结合牢固、阻碍腐蚀继续发生或使腐蚀速度减缓的保护膜,可使腐蚀磨损速度减小。

    2)控制机械零件或构件所处的应力状态,因为这对腐蚀影响很大。当机械零件受到重复应力作用时,所产生的腐蚀速度比不受应力时快得多。

    (五)微动磨损

    两个接触表面由于受相对低振幅振荡运动而产生的磨损称为微动磨损。它产生于相对静止的接合零件上,因而往往易被忽视。微动磨损的最大特点是:在外界变动载荷作用下,产生振幅很小(小于100ūm,一般为2~20ūm)的相对运动,由此发生摩擦磨损。例如在键联接处、过盈配合处、螺栓联接处、铆钉联接接头处等结合上产生的磨损。

    微动磨损使配合精度下降,过盈配合部件结合紧度下降甚至松动,联接件松动乃至分离,严重者会引起事故。微动磨损还易引起应力集中,导致联接件疲劳断裂。

    1.微动磨损的机理

    由于微动磨损集中在局部范围内,同时两个摩擦表面永远不脱离接触,磨损产物不易往外排除,磨屑在摩擦表面起着磨料的作用;又因摩擦表面之间的压力使表面凸起部分粘着,粘着处被外界小振幅引起的摆动所剪切,剪切处表面又被氧化,所以微动磨损兼有粘着磨损和氧化磨损的作用。

    微动磨损是一种兼有磨料磨损、粘着磨损和氧化磨损的复合磨损形式。

    2.减少或消除微动磨损的对策

    实践与试验表明,外界条件(如载荷、振幅、温度、润滑等)及材质对微动磨损影响相当大,因而,减少或消除微动磨损的对策主要有以下几个方面:

    (1)载荷  在一定条件下,随着载荷增大,微动磨损量将增加,但是当超过某临界载荷之后,微动磨损量将减小。采用超过临界载荷的紧固方式可有效减少微动磨损。

    (2)振幅  当振幅较小时,单位磨损率较小;当振幅超过50~150um时,单位磨损率显著上升。因此,应有效地将振幅控制在30um以内。

    (3)温度低碳钢,在0以上时,微动磨损量随温度上升而逐渐降低;在150。。C~200C时,微动磨损量突然降低;继续升高温度,微动磨损量上升;温度从135C升高到400C时,微动磨损量增加15倍。中碳钢,在其他条件不变、温度为130C时,微动磨损量发生转折;超过此温度,微动磨损量大幅度降低。

    (4)润滑  用粘度大、抗剪切强度高的润滑脂有一定效果,固体润滑剂(如MoS2、PT-FE等)效果更好。而普通的液体润滑剂对防止微动磨损效果不佳。

    (5)材质性能提高硬度及选择适当材料配副都可以减小微动磨损。将一般碳钢表面硬度从180HV提高到700HV时,微动磨损量可降低50%。一般来说,抗粘着性能好的材料配副对抗微动磨损也好。采用表面处理(如硫化或磷化处理以及镀上金属镀层)是降低微动磨损的有效措施。

二、机械零件的变形及其对策

    机械零件或构件在外力的作用下,产生形状或尺寸变化的现象称为变形。过量的变形是机械失效的重要类型,也是判断韧性断裂的明显征兆。例如,各类传动轴的弯曲变形;桥式起重机主梁在变形下挠曲或扭曲;汽车大梁的扭曲变形;弹簧的变形等。变形量随着时间的不断增加,逐渐改变了产品的初始参数,当超过允许极限时,将丧失规定的功能。有的机械零件因变形引起结合零件出现附加载荷、相互关系失常或加速磨损,甚至造成断裂等灾难性后果。

    根据外力去除后变形能否恢复,机械零件或构件的变形可分为弹性变形和塑性变形两大类。

    1.弹性变形

    金属零件在作用应力小于材料屈服强度时产生的变形称为弹性变形。

    弹性变形的特点是:

    1)当外力去除后,零件变形消除,恢复原状。

    2)材料弹性变形时,应变与应力成正比,其比值称为弹性模量,它表示材料对弹性变形的阻力。在其他条件相同时,材料的弹性模量越高,由这种材料制成的机械零件或构件的刚度便越高,在受到外力作用时保持其固有的尺寸和形状的能力就越强。

    3)弹性变形量很小,一般不超过材料原长度的0.1%~1.O%。

    在金属零件使用过程中,若产生超量弹性变形(超量弹性变形是指超过设计允许的弹性变形),则会影响零件正常工作。例如,当传动轴工作时,超量弹性变形会引起轴上齿轮啮合状况恶化,影响齿轮和支承它的滚动轴承的工作寿命;机床导轨或主轴超量弹性变形,会引起加工精度降低甚至不能满足加工精度。因此,在机械设备运行中,防止超量弹性变形是十分必要的。除了正确设计外,正确使用十分重要,应严防超载运行,注意运行温度规范,防止热变形等。

    2.塑性变形

    塑性变形又称为永久变形,是指机械零件在外加载荷去除后留下来的一部分不可恢复的变形。金属零件的塑性变形从宏观形貌特征上看,主要有翘曲变形、体积变形和时效变形三种形式。

    (1)翘曲变形  当金属零件本身受到某种应力(例如机械应力、热应力或组织应力等)的作用,其实际应力值超过了金属在该状态下的拉伸屈服强度或压缩屈服强度后,就会产生呈翘曲、椭圆或歪扭的塑性变形。因此,金属零件产生翘曲变形是它自身受复杂应力综合作用的结果。翘曲变形常见于细长轴类、薄板状零件以及薄壁的环形和套类零件。

    (2)体积变形  金属零件在受热与冷却过程中,由于金相组织转变引起比容变化,导致金属零件体积胀缩的现象称为体积变形。例如,钢件淬火相变时,奥氏体转变为马氏体或下贝氏体时比容增大,体积膨胀,淬火相变后残留奥氏体的比容减小,体积收缩。马氏体形成时的体积变化程度,与淬火相变时马氏体中的含碳量有关。钢件中含碳量越多,形成马氏体时的比容变化越大,膨胀量也越大。此外,钢中碳化物不均匀分布往往会增大变形程度。

    (3)时效变形钢件热处理后产生不稳定组织,由此引起的内应力处于不稳定状态;铸件在铸造过程中形成的铸造内应力也处于不稳定状态。在常温下较长时间的放置或使用,不稳定状态的应力会逐渐发生转变,并趋于稳定,由此伴随产生的变形称为时效变形。

    塑性变形导致机械零件各部分尺寸和外形的变化,将引起一系列不良后果。例如,机床主轴塑性弯曲,将不能保证加工精度,导致废品率增大,甚至使主轴不能工作。

    零件的局部塑性变形虽然不像零件的整体塑性变形那样引起明显失效,但也是引起零件失效的重要形式。如键联接、花键联接、挡块和销钉等,由于静压力作用,通常会引起配合的一方或双方的接触表面挤压(局部塑性变形),随着挤压变形的增大,特别是那些能够反向运动的零件将引起冲击,使原配合关系破坏的过程加剧,从而导致机械零件失效。

    3.防止和减少机械零件变形的对策

变形是不可避免的,我们可从下列四个方面采取相应的对策防止和减少机械零件变形。

  1. 设计  设计时不仅要考虑零件的强度,还要重视零件的刚度和制造、装配、使用、

拆卸、修理等问题。

    1)正确选用材料,注意工艺性能。如铸造的流动性、收缩性;锻造的可锻性、冷镦性;焊接的冷裂、热裂倾向性;机加工的可切削性;热处理的淬透性、冷脆性等。

    2)合理布置零件,选择适当的结构尺寸。如避免尖角,棱角改为圆角、倒角;厚薄悬殊的部分可开工艺孔或加厚太薄的地方;安排好孔洞位置,把盲孔改为通孔等。形状复杂的零件在可能条件下采用组合结构、镶拼结构,改善受力状况。

    3)在设计中,注意应用新技术、新工艺和新材料,减少制造时的内应力和变形。

(2)加工  在加工中要采取一系列工艺措施来防止和减少变形。对毛坯要进行时效以消除其残余内应力。时效有自然时效和人工时效两种。自然时效,可以将生产出来的毛坯在露天存放1~2年,这是因为毛坯材料的内应力有在12~20个月逐渐消失的特点,其时效效果最佳;缺点是时效周期太长。人工时效可使毛坯通过高温退火、保温缓冷而消除内应力。也可利用振动作用来进行人工时效。高精度零件在精加工过程中必须安排人工时效。

    在制定零件机械加工工艺规程中,均要在工序、工步的安排上,工艺装备和操作上采取减少变形的工艺措施。例如,粗精加工分开的原则,在粗精加工中间留出一段存放时间。以利于消除内应力。

    机械零件在加工和修理过程中要减少基准的转换,保留加工基准留给维修时使用,减少维修加工中因基准不统一而造成的误差。对于经过热处理的零件来说,注意预留加工余量、调整加工尺寸、预加变形,这是非常必要的。在知道零件的变形规律之后,可预先加以反向变形量,经热处理后两者抵消;也可预加应力或控制应力的产生和变化,使最终变形量符合要求,达到减少变形的目的。

(3)修理  在修理中,既要满足恢复零件的尺寸、配合精度、表面质量等技术要求,还要检查和修复主要零件的形状、位置误差。为了尽量减少零件在修理中产生的应力和变形,应当制定出与变形有关的标准和修理规范,设计简单可靠、好用的专用量具和工夹具,同时注意大力推广“三新”技术,特别是新的修复技术,如刷镀、粘接等。

(4)使用  加强设备管理,制定并严格执行操作规程,加强机械设备的检查和维护,不超负荷运行,避免局部超载或过热等。

三、机械零件的断裂及其对策

    断裂是零件在机械、热、磁、腐蚀等单独作用或者联合作用下,其本身连续性遭到破坏,发生局部开裂或分裂成几部分的现象。

    机械零件断裂后不仅完全丧失工作能力,而且还可能造成重大的经济损失或伤亡事故。尤其是现代机械设备日益向着大功率、高转速的趋势发展,机械零件断裂失效的几率有所提高。尽管与磨损、变形相比,机械零件因断裂而失效的机会很少,但机械零件的断裂往往会造成严重的机械事故,产生严重的后果,是一种最危险的失效形式。

    机械零件的断裂一般可分为延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂和环境断裂四种形式。

    1.延性断裂

    延性断裂又称为塑性断裂或韧性断裂。当外力引起的应力超过抗拉强度时发生塑性变形后造成断裂就称为延性断裂。延性断裂的宏观特点是断裂前有明显的塑性变形,常出现“缩颈”现象。延性断裂断口形貌的微观特点是断面有大量韧窝(即微坑)覆盖。延性断裂实际上是显微空洞形成、长大、连接以致最终导致断裂的一种破坏方式。

    2.脆性断裂

    金属零件或构件在断裂之前无明显的塑性变形,发展速度极快的一类断裂叫脆性断裂。它通常在没有预示信号的情况下突然发生,是一种极危险的断裂形式。

    3.疲劳断裂

    机械设备中的许多零件,如轴、齿轮、凸轮等,都是在交变应力作用下工作的。它们工作时所承受的应力一般都低于材料的屈服强度或抗拉强度,按静强度设计的标准是安全的。但在实际生产中,在重复及交变载荷的长期作用下,机械零件或构件仍然会发生断裂,这种现象称为疲劳断裂,它是一种普通而严重的失效形式。在机械零件的断裂失效中,疲劳断裂占很大的比重,约为80%~90%。

    疲劳断裂的类型很多,根据循环次数的多少可分为高周疲劳和低周疲劳两种类型。

    高周疲劳通常简称为疲劳,又称为应力疲劳,是指机械零件断裂前在低应力(低于材料的屈服强度甚至弹性极限)下,所经历的应力循环周次数多(一般大于105次)的疲劳,是一种常见的疲劳破坏。如曲轴、汽车后桥半轴、弹簧等零部件的失效一般均属于高周疲劳破坏。

    低周疲劳又称为应变疲劳。低周疲劳的特点是承受的交变应力很高,一般接近或超过材料的屈服强度,因此每一次应力循环都有少量的塑性变形,而断裂前所经历的循环周次较少,一般只有102~105次,寿命短。

    4.环境断裂

    环境断裂是指材料与某种特殊环境相互作用而引起的具有一定环境特征的断裂方式。延性断裂、脆性断裂、疲劳断裂,均未涉及材料所处的环境,实际上机械零件的断裂,除了与材料的特性、应力状态和应变速度有关外,还与周围的环境密切相关,尤其是在腐蚀环境中材料表面的裂纹边沿由于氧化、腐蚀或其他过程使材料强度下降,促使材料发生断裂。环境断裂主要有应力腐蚀断裂、氢脆断裂、高温蠕变断裂、腐蚀疲劳断裂及冷脆断裂等形式。

    5.减少或消除机械零件断裂的对策

    (1)设计在金属结构设计上要合理,尽可能减少或避免应力集中,合理选择材料。

    (2)工艺  采用合理的工艺结构,注意消除残余应力,严格控制热处理工艺。

    (3)使用  按设备说明书操作、使用机电设备,严格杜绝超载使用机电设备。

四、机械零件的蚀损及其对策

    蚀损即腐蚀损伤。机械零件的蚀损,是指金属材料与周围介质产生化学反应或电化学反应而导致的破坏。疲劳点蚀、腐蚀和穴蚀等,统称为蚀损。疲劳点蚀是指零件在循环接触应力作用下表面发生的点状剥落的现象;腐蚀是指零件受周围介质的化学及电化学作用,表层金属发生化学变化的现象;穴蚀是指零件在温度变化和介质的作用下,表面产生针状孔洞,并不断扩大的现象。

    金属腐蚀是普通存在的自然现象,它所造成的经济损失十分惊人。据不完全统计,全世界因腐蚀而不能继续使用的金属零件,约占其产量的10%以上。

    金属零件由于周围的环境以及材料内部成分和组织结构的不同,腐蚀破坏有凹洞、斑点、溃疡等多种形式。

    按金属与介质作用机理,机械零件的蚀损可分为化学腐蚀和电化学腐蚀两大类。

    1.机械零件的化学腐蚀

    化学腐蚀是指单纯由化学作用而引起的腐蚀。在这一腐蚀过程中不产生电流,介质是非导电的。化学腐蚀的介质一般有两种形式:一种是气体腐蚀,指干燥空气、高温气体等介质中的腐蚀;另一种是非电解质溶液中的腐蚀,指有机液体、汽油、润滑油等介质中的腐蚀,它们与金属接触时进行化学反应形成表面膜,在不断脱落又不断生成的过程中使零件腐蚀。    大多数金属在室温下的空气中就能自发地氧化,但在表面形成氧化物层之后,如能有效地隔离金属与介质问的物质传递,就成为保护膜;如果氧化物层不能有效阻止氧化反应的进行,那么金属将不断地被氧化。    .

    据研究,金属氧化膜要在含氧气的条件下起保护膜作用必须具有下列条件:

    1)氧化膜必须是紧密的,能完整地把金属表面全部覆盖住,即氧化膜的体积必须比生成此膜所消耗掉的金属的体积大。

    2)氧化膜在气体介质中是稳定的。

    3)氧化膜和基体金属的结合力强,且有一定的强度和塑性。

    4)氧化膜具有与基体金属相同的热膨胀系数。

    在高温空气中,铁和铝都能生成完整的氧化膜,由于铝的氧化膜同时具备了上述四种条件,故具有良好保护性能;而铁的氧化膜与铁结合不良,故起不了保护作用。

    2.金属零件的电化学腐蚀

    电化学腐蚀是金属与电解质物质接触时产生的腐蚀。大多数金属的腐蚀都属于电化学腐蚀,其涉及面广,造成的经济损失大。电化学腐蚀与化学腐蚀的不同点在于其腐蚀过程有电流产生。电化学腐蚀过程比化学腐蚀强烈得多,这是由于电化学腐蚀的条件易形成和存在决定的。

    电化学腐蚀的根本原因是腐蚀电池的形成。在原电池中,作为阳极的锌被溶解,作为阴极的铜未被溶解,在电解质溶液中有电流产生。电化学腐蚀原理与此很相近,同样需要形成原电池的三个条件:两个或两个以上的不同电极电位的物体,或在同一物体中具有不同电极电位的区域,以形成正、负极;电极之间需要有导体相连接或电极直接接触;有电解液。金属材料中一般都含有其他合金或杂质(如碳钢中含有渗碳体,铸铁中含有石墨等),由于这些杂质的电极电位的数值比铁本身大,便产生了电位差,而且它们又都能导电,杂质又与基体金属直接接触,所以当有电解质溶液存在时便会构成腐蚀电池。

    腐蚀电池有微电池和宏观腐蚀电池两种。上述腐蚀电池中由于渗碳体和石墨含量非常小,作为腐蚀电池中的阴极常称为微阴极。这种腐蚀电池也称为微电池。当不同金属浸于不同电解质溶液,或两种相接触的金属浸于电解质溶液,或同一金属与不同的电解质溶液(包括浓度、温度、流速不同)接触,这时构成腐蚀电池阳极的是金属整体或其局部,这种腐蚀电池称为宏观腐蚀电池。

    金属零件常见的电化学腐蚀形式主要有:

    (1)大气腐蚀即潮温空气中的腐蚀。

    (2)土壤腐蚀如地下金属管线的腐蚀。

    (3)在电解质溶液中的腐蚀  如酸、碱、盐等溶液中的腐蚀。

    (4)在熔融盐中的腐蚀如热处理车间,熔盐加热炉中的盐炉电极和所处理的金属发生的腐蚀。

    3.减少或消除机械零件蚀损的对策

    (1)正确选材根据环境介质和使用条件,选择合适的耐腐蚀材料,如含有镍、铬、铝、硅、钛等元素的合金钢;在条件许可的情况下,尽量选用尼龙、塑料、陶瓷等材料。

    (2)合理设计在制造机械设备时,即使采用了较优质的材料,如果在结构的设计上不

从金属防护角度加以全面考虑,常会引起机械应力、热应力以及流体的停滞和聚集、局部过热等,从而加速腐蚀过程。因此设计结构时应尽量使整个部位的所有条件均匀一致,做到结构合理、外形简化、表面粗糙度合适。

    (3)覆盖保护层  在金属表面上覆盖一层不同的材料,可改变表面结构,使金属与介质隔离开来,以防止腐蚀。常用的覆盖材料有金属或合金、非金属保护层和化学保护层等。

    (4)电化学保护对被保护的机械设备通以直流电流进行极化,以消除电位差,使之达到某一电位时,被保护金属的腐蚀可以很小,甚至呈无腐蚀状态。这种方法要求介质必须是导电的、连续的。

    (5)添加缓蚀剂在腐蚀性介质中加入少量缓蚀剂(缓蚀剂是指能减小腐蚀速度的物质),可减轻腐蚀。按化学性质的不同,缓蚀剂有无机化合物和有机化合物两类。无机化合物,能在金属表面形成保护,使金属与介质隔开,如重铬酸钾、硝酸钠、亚硫酸钠等;有机化合物,能吸附在金属表面上,使金属溶解和还原反应都受到抑制,减轻金属腐蚀,如胺盐、琼脂、动物胶、生物碱等。

    (6)改变环境条件  将环境中的腐蚀介质去除,可减少其腐蚀作用。如采用通风、除湿、去掉二氧化硫气体等。对常用金属材料来说,把相对湿度控制在临界湿度(50%。

70%)以下,可显著减缓大气腐蚀。

 

第四节  设备维修前的准备工作

 

    为了保证设备正常运行和安全生产,对设备实行有计划的预防性修理,是工业企业设备管理与维修工作的重要组成部分。本节介绍设备大修理工艺过程、设备修理方案的确定、设备修理前的技术和物质准备等内容。

一、设备大修理工艺过程

    为保持机电设备的各项精度和工作性能,在实施维护保养的基础上,必须对机电设备进行预防性计划修理,其中大修理工作是恢复设备精度的一项重要工作。在设备预防性计划修理类别中,设备大修理(简称为设备大修)是工作量最大、修理时间较长的一类修理。设备大修就是将设备全部或大部分解体,修复基础件,更换或修复机械零件、电器元件,调整修理电气系统,整机装配和调试,以达到全面清除大修前存在的缺陷、恢复设备规定的精度与性能的目的。

    机电设备大修的修理技术和工作量,在大修前难以预测得十分准确。因此,在大修过程中,应从实际情况出发,及时地采取各种措施来弥补大修前预测的不足,并保证修理工期按计划或提前完成。

    机电设备大修过程一般包括:解体前整机检查、拆卸部件、部件检查、必要的部件分解、零件清洗及检查、部件修理装配、总装配、空运转试车、负荷试车、整机精度检验、竣工验收。在实际工作中应按大修作业计划进行并同时做好作业调度、作业质量控制以及竣工验收等主要管理工作。

    机电设备的大修过程一般可分为修前准备、修理过程和修后验收三个阶段。

    1.修前准备

    为了使修理工作顺利地进行并做到准确无误,修理人员应认真听取操作者对设备修理的要求,详细了解待修设备的主要毛病,如设备精度丧失情况、主要机械零件的磨损程度、传动系统的精度状况和外观缺陷等;了解待修设备为满足工艺要求应作哪些部件的改进和改装,阅读有关技术资料、设备使用说明书和历次修理记录,熟悉设备的结构特点、传动系统和原设计精度要求,以便提出预检项目。经预检确定大件、关键件的具体修理方法,准备专用工具和检测量具,确定修后的精度检验项目和试车验收要求,这样就为整台设备的大修做好了各项技术准备工作。

    2.修理过程

    修理过程开始后,首先进行设备的解体工作,按照与装配相反的顺序和方向,即“先上后下,先外后里”的方法,有次序地解除零部件在设备中相互约束和固定的形式。拆卸下来的零件应进行二次预检,根据二次预检的情况提出二次补修件;还要根据更换件和修复件的供应、修复情况,大致排定修理工作进度,以使修理工作有步骤、按计划地进行,以免因组织工作的衔接不当而延长修理周期。

    设备修理能够达到的精度和效能与修理工作配备的技术力量、设备大修次数及修前技术状况等有关。。一般认为,对于初次大修的机械设备,它的精度和效能都应达到原出厂的标准;经过两次以上大修的设备,其修后的精度和效能要比新设备低。如果上次大修后的技术状态比较好,则将会使这次修理的质量容易接近原出厂的标准;反之,就会给下次大修造成困难,其修后质量较难接近原出厂标准,甚至无法进行修理。

    对于在修理工作中能够恢复到原有精度标准的设备,应全力以赴,保证达到原有精度标准。对于恢复不到原出厂标准的设备,应有所侧重,根据该设备所承担的生产任务,对于关系较大的几项精度指标,多投入技术力量和多下功夫,使之达到保证生产工艺最起码的要求。对于具体零部件的修复,应根据待修工件的结构特点、精度高低并结合现场的修复能力,拟定合理的修理方案和相应的修复方法,进行修复直至达到要求。

    设备整机的装配工作以验收标准为依据进行。装配工作应选择合适的装配基准面,确定误差补偿环节的形式及补偿方法,确保各零部件之间的装配精度,如平行度、同轴度、垂直度以及传动的啮合精度要求等。

    3.修后验收

    凡是经过修理装配调整好的设备,都必须按有关规定的精度标准项目或修前拟定的精度项目,进行各项精度检验和试验,如几何精度检验、空运转试验、载荷试验和工作精度检验等,全面检查衡量所修理设备的质量、精度和工作性能的恢复情况。

设备修理后,应记录对原技术资料的修改情况和修理中的经验教训,做好修后工作小结,与原始资料一起归档,以备下次修理时参考。

 

二、设备修理方案的确定

    对设备大修,不但要达到预定的技术要求,而且要力求提高经济效益。因此,在修理前应切实掌握设备的技术状况,制定切实可行的修理方案,充分做好技术和生产准备工作;在修理中要积极采用新技术、新材料、新工艺和现代管理方法,做好技术、经济和组织管理工作,以保证修理质量,缩短停修时间,降低修理费用。

    必须通过预检,在详细调查了解设备修理前技术状况、存在的主要缺陷和产品工艺对设备的技术要求后,立即分析制定修理方案,主要内容有:

    1)按产品工艺要求,设备的出厂精度标准能否满足生产需要;如果个别主要精度项目标准不能满足生产需要,能否采取工艺措施提高精度;哪些精度项目可以免检。

    2)对多发性重复故障部位,分析改进设计的必要性与可能性。

    3)对关键零部件,如精密主轴部件、精密丝杠副、分度蜗杆副的修理,本企业维修人员的技术水平和条件能否胜任。

    4)对基础件,如床身、立柱、横梁等的修理,采用磨削、精刨或精铣工艺,在本企业或本地区其他企业实现的可能性和经济性。

    5)为了缩短修理时间,哪些部件采用新部件比修复原部件更经济。

6)如果本企业承修,哪些修理作业需委托外企业协作,与外企业联系并达成初步协议。如果本企业不能胜任和不能实现对关键零部件、基础件的修理工作,应确定委托其他企业来承修,这些企业是指专业修理公司、设备制造公司等。

三、设备修理前的技术准备

    机电设备大修前的准备工作很多,大多是技术性很强的工作,其完善程度和准确性、及时性都会直接影响大修进度计划、修理质量和经济效益。设备修理前的技术准备,包括设备修理的预检和预检的准备、修理图样资料的准备、各种修理工艺的制定及修理工检具的制造和供应。各企业的设备维修组织和管理分工有所不同,但设备大修前的技术准备工作内容及程序大致相同,如图1-5所示。

    1.预检

    为了全面深入了解设备技术状态劣化的具体情况,在大修前安排的停机检查,通常称为预检。预检工作由主修技术人员负责,设备使用单位的机械人员和维修工人参加,并共同承担。预检工作量由设备的复杂程度、劣化程度决定,设备越复杂,劣化程度越严重,预检工作量就越大,预检时间也越长。

    预检既可验证事先预测的设备劣化部位及程度,又可发现事先未预测到的问题,从而全面深入了解设备的实际技术状态,并结合已经掌握的设备技术状态劣化规律,作为制定修理方案的依据。从预检结束至设备解体大修开始之间的时间间隔不宜过长,否则可能在此期间设备技术状态加速劣化,致使预检的准确性降低,给大修施工带来困难。

    2.编制大修理技术文件

    通过预检和分析确定修理方案后,必须以大修理技术文件的形式做好修理前的技术准备。机电设备大修理技术文件有修理技术任务书、修换件明细表、材料明细表、修理工艺和修理质量标准等。这些技术文件是编制修理作业计划,准备备品、配件、材料,校算修理工时与成本,指导修理作业以及检查和验收修理质量的依据,它的正确性和先进性是衡量企业设备维修技术水平的重要标志之一。

 

l计划管

l理人员

  主修技

  术人员

  车间

  机械师

  备件管

  理人员

  材料管

  理人员

  工具管

  理人员

  施工

  部门

 

        ——工作程序

         …………信息反馈

图1-5 设备大修准备工作及程序

  四、设备修理前的物质准备

  设备修理前的物质准备是一项非常重要的工作,是搞好维修工作的物质条件。实际工作中经常由于备品配件供应不上而影响修理工作的正常进行,延长修理停歇时间,造成“窝工”现象,使生产受到损失。因此,必须加强设备修理前的物质准备工作。

    主修技术人员在编制好修换件明细表和材料明细表后,应及时将明细表交给备件、材料管理人员。备件、材料管理人员在核对库存后提出订货。主修技术人员在制定好修理工艺后,应及时把专用工、检具明细表和图样交给工具管理人员。工具管理人员经校对库存后,把所需用的库存专用工、检具,送有关部门鉴定,按鉴定结果,如需修理提请有关部门安排修理,同时要对新的专用的工、检具,提出订货。

 

 

 

 

思考题与习题

1.简述机电设备维修技术的发展趋势。

2.机械零件的失效形式有哪几大类?

3.机械磨损过程曲线对机电设备的维护、使用有什么指导意义?

4.机械零件的磨损形式主要有哪几种?有何对策?

5.对于机电设备中零件的变形,应从哪些方面进行控制?

6.机械零件常见的断裂形式有哪几类?实际工作中常采用哪些方法来减少断裂的发生?

7.简述设备修理工艺过程。

8.设备修理前的准备工作内容是什么?

9.确定零件失效的基本准则是什么?

 



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