Истинно ли машины изнашиваются? Правда о долголетии оборудования и обслуживании

Вековая поговорка, что смерть и налоги неизбежны, часто расширяется на машины. Пока машина, генерирующая прибыль, подлежит налогообложению, так ли неизбежна ее гибель?

Профессор MIT эмертус Эрнест Рабинович выделяет три первичные силы, эродирующие полезность машины: устаревание, аварии и поверхностная деградация.

Устаревание — краеугольный камень технологического прогресса. Пока некоторые устройства — вроде смазочной втулки, представленной Оскаром Зерк в 1920-х — оставались практически неизменными, большинство современного оборудования, особенно автомобили, сталкиваются с функциональным устареванием задолго до физической неработоспособности.

Аварии и человеческий фактор могут драматически сократить жизнь машины. Две идентичные машины в идентичных условиях могут показывать совершенно разную надежность просто из-за навыка оператора или дефектов дизайна, внедренных при производстве.

Третий фактор — поверхностная деградация — попадает в область трибологии, изучения износа, трения и смазки. Рабинович делит это на химическое и механическое повреждение.

• Неадекватные или деградированные ингибиторы коррозии в смазках
• Смазки, быстро окисляющиеся и генерирующие кислоты
• Картерные масла с недостаточным алкалиностным резервом
• Чрезмерные интервалы смены масла
• Загрязнение масла водой или кислотами
• Биологический рост в системе масла
• Влага в баках, сумпах и смазочных отсеках
• Эксплуатационные температуры, превышающие лимиты смазки
• Использование химически агрессивных антискорфинговых добавок
• Неправильное хранение оборудования и неадекватная защита от влаги
• Смазки, несовместимые с уплотнениями, химикатами или поверхностными обработками

Механическая поверхностная деградация делится на абразию, усталость и адгезию, отвечающие примерно за 50% списаний машин. Ниже — ближе взгляд на каждый режим и способы их митигации.

Эрнест Рабинович из MIT описывает причины, снижающие полезность машины.

Двухтелесная абразия

Двухтелесный износ, составляющий около 20–30% абразивных потерь, происходит при скольжении двух поверхностей друг о друга — например, вал в стационарном вкладыше подшипника. Более твердая поверхность вспахивает или выдирает более мягкую. Хотя не всегда избежимо, его часто можно контролировать обеспечением достаточной масляной пленки, правильным дизайном подшипника, управлением температурой и предотвращением децентрировки, перегрузки или сухих стартов.

Трехтелесная абразия

Когда твердая чужеродная частица проникает в контакт между двумя поверхностями, может возникнуть трехтелесная абразия. Эти микроскопические частицы — часто невидимые — могут действовать как миниатюрные режущие инструменты, повреждая обе стороны контакта. Исследования предполагают, что до 80% общего износа в машинах может исходить от этого механизма. Виновник — обычно воздушная пыль, попадающая в смазки. Строгая гигиена, фильтрация и рутинный анализ масла могут устранить большинство этих частиц, эффективно предотвращая эту форму износа.

Усталость

Усталость проявляется как микропиттинг, эскалирующий в макропиттинг и в конечном счете — в спаллинг. Она наиболее ярка в катящихся контактах — линиях шага зубьев шестерен и дорожках подшипников. Шероховатость поверхности, твердость, вязкость смазки, концентрация нагрузки, размер загрязнителей — все влияют на инициацию усталости. Большинство этих переменных контролируются через выбор дизайна и дисциплинированное обслуживание. Один ведущий производитель подшипников утверждает, что с удалением частиц его подшипники могут достичь «бесконечной жизни».

Адгезивный износ (задирание/приклеивание)

Адгезивный износ возникает при граничных условиях скольжения, когда две металлические поверхности сближаются и затем разделяются, часто производя мгновенный ущерб. Высокие нагрузки и медленное движение усугубляют это явление. Хотя начало быстро, темп износа можно снизить эксплуатацией в номинальных нагрузках, использованием поверхностно-активных добавок или твердых смазок. Правильный дизайн, производство и пусконаладка обычно держат адгезивный износ на минимуме.

Машины не просто умирают… Их часто «убивают»

Для многих единиц оборудования предотвращение износа — серьезный вызов, но не невозможный. Хорошо обслуживаемая, правильно смазанная машина может, во многих случаях, наслаждаться эффективно бесконечным сроком службы. Ключ лежит в контроле экологических и операционных факторов, ускоряющих поверхностную деградацию.

В инженерии надежности риск определяется как вероятность отказа, умноженная на последствие. Пока последствия могут быть вне нашего прямого контроля, вероятность может быть драматически снижена через информированные практики обслуживания. Человеческие ошибки — проистекающие из недопустаточного обучения, нечетких метрик производительности или слабой культуры надежности — обратно пропорциональны вероятности отказа.

Многие команды обслуживания сталкиваются с парадоксом: машина сломана, потому что ее никогда не сервировали, или потому что ее сервировали неправильно. Переформулировка проблемы проясняет: незнание — سواء превенции, либо текущего отказа — вызывает проблему. Знание, а не просто действие, — антидот.

Таким образом, пока машины испытывают износ, правильное обслуживание, обучение операторов и надежный дизайн могут митигировать эту «смертность». Настоящие виновники — часто доброжелательные люди, которые просто не имеют знаний для защиты оборудования.

Джим Фитч, президент и старший технический консультант Noria Corporation, приносит десятилетия ручного опыта в смазке, анализе масла, трибологии и расследованиях отказов машин. Его клиенты включают Michelin, Timken, John Deere, Caterpillar, Duke Energy, International Paper, Cummins и U.S. Steel.