ANALIZA USZKODZEŃ SKOJARZENIA CZOP KORBOWODOWY-ŁOŻYSKO ŚLIZGOWE TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

Podobne dokumenty
Teksturowanie laserowe czopów wału korbowego tłokowego silnika spalinowego wykonanego z żeliwa

Przyczyny uszkodzeń łożysk ślizgowych

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY POWIERZCHNIOWEJ CRN W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

POMIAR ZUśYCIA CZOPÓW WAŁU KORBOWEGO

Przekładnie ślimakowe / Henryk Grzegorz Sabiniak. Warszawa, cop Spis treści

Badania tribologiczne poprzecznych łożysk ślizgowych z wykorzystaniem mikro-rowków smarnych

Ewidentne wydłużenie czasu eksploatacji maszyn i urządzeń w przemyśle w wyniku zastosowania produktów z grupy Motor-Life Professional

ZESZYTY NAUKOWE NR 5(77) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE. Wyznaczanie granicznej intensywności przedmuchów w czasie rozruchu

Ocena zużycia elementów układu tłokowo-korbowego i rozrządu posiadających teksturę powierzchniową w próbie zimnych rozruchów

ANALIZA PRZYCZYN AWARYJNEGO ZUŻYWANIA PANEWEK UKŁADU KORBOWEGO TRAKCYJNEGO SILNIKA WYSOKOPRĘŻNEGO O PODWYŻSZONEJ MOCY

OBLICZANIE KÓŁK ZĘBATYCH

CUMMINS ORYGINALNE CZĘŚCI FIRMY JEST RÓŻNICA. Lepsze części. Lepsza dostępność.

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

TEORETYCZNY MODEL PANEWKI POPRZECZNEGO ŁOśYSKA ŚLIZGOWEGO. CZĘŚĆ 3. WPŁYW ZUśYCIA PANEWKI NA ROZKŁAD CIŚNIENIA I GRUBOŚĆ FILMU OLEJOWEGO

Badania tribologiczne ślizgowych węzłów obrotowych z czopami z powłoką TiB 2

1. Obliczenia wytrzymałościowe elementów maszyn przy obciążeniu zmiennym PRZEDMOWA 11

Analiza przyczyn awarii silników spalinowych w czasie krótkotrwałej eksploatacji

Temat ćwiczenia. Pomiary otworów na przykładzie tulei cylindrowej

Politechnika Poznańska Wydział Inżynierii Zarządzania. Wprowadzenie do techniki tarcie ćwiczenia

Moment obrotowy i moc silnika a jego obciążenie (4)

PL B1. Politechnika Białostocka,Białystok,PL BUP 16/02. Roman Kaczyński,Białystok,PL Marek Jałbrzykowski,Wysokie Mazowieckie,PL

OBLICZENIA NUMERYCZNE TRWAŁOŚCI UKŁADU KORBOWO-TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO

PRZECIWZUŻYCIOWE POWŁOKI CERAMICZNO-METALOWE NANOSZONE NA ELEMENT SILNIKÓW SPALINOWYCH

This copy is for personal use only - distribution prohibited.

Trwałość i niezawodność Durability and reliability. Transport I stopień Ogólnoakademicki. Studia stacjonarne. Kierunkowy

RHEOTEST Medingen Reometr RHEOTEST RN: Zakres zastosowań Smary

WPYW STANU WARSTWY WIERZCHNIEJ NA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE ŻELIWA SFEROIDALNEGO FERRYTYCZNEGO PO NAGNIATANIU

CHARAKTERYSTYKA MECHANIZMÓW NISZCZĄCYCH POWIERZCHNIĘ WYROBÓW (ŚCIERANIE, KOROZJA, ZMĘCZENIE).

Wpływ dodatku Molyslip 2001E na właściwości. przeciwzużyciowe olejów silnikowych

SMAROWANIE PRZEKŁADNI

Teoretyczny model panewki poprzecznego łożyska ślizgowego. Wpływ wartości parametru zużycia na nośność łożyska

Straty mechaniczne tłokowych silników spalinowych

BADANIE WPŁYWU DODATKU PANTHER 2 NA TOKSYCZNOŚĆ SPALIN SILNIKA ZI

WPŁYW DODATKU NA WŁASNOŚCI SMAROWE OLEJU BAZOWEGO SN-150

PL B1. POLITECHNIKA POZNAŃSKA, Poznań, PL BUP 05/18. WOJCIECH SAWCZUK, Bogucin, PL MAŁGORZATA ORCZYK, Poznań, PL

iglidur G Ekonomiczny i wszechstronny

Przy prawidłowej pracy silnika zapłon mieszaniny paliwowo-powietrznej następuje od iskry pomiędzy elektrodami świecy zapłonowej.

PŁUCIENNIK Paweł 1 MACIEJCZYK Andrzej 2

12/ Eksploatacja

Łożyska - zasady doboru

Badania tribologiczne dodatku MolySlip 2001G

Ich właściwości zmieniające się w szerokim zakresie w zależności od składu chemicznego (rys) i technologii wytwarzania wyrobu.

(12) TŁUMACZENIE PATENTU EUROPEJSKIEGO (19) PL (11) (96) Data i numer zgłoszenia patentu europejskiego:

MATERIAŁY KONSTRUKCYJNE

Pierwszy olej zasługujący na Gwiazdę. Olej silnikowy marki Mercedes Benz.

ANALIZA ROZKŁADU NAPRĘŻEŃ/ODKSZTAŁCEŃ ZA POMOCĄ MES W SKOJARZENIU ŻELIWO KOMPOZYT W WARUNKACH SMAROWANIA OLEJEM

Potwierdzenie skuteczności

WIERTŁA RUROWE nowa niższa cena nowa geometria (łamacz wióra)

PODSTAWY SKRAWANIA MATERIAŁÓW KONSTRUKCYJNYCH

ZESZYTY NAUKOWE NR 10(82) AKADEMII MORSKIEJ W SZCZECINIE

5. ZUŻYCIE NARZĘDZI SKRAWAJĄCYCH. 5.1 Cel ćwiczenia. 5.2 Wprowadzenie

Algorytm obliczania poprzecznych łożysk ślizgowych pracujących w warunkach smarowania hydrodynamicznego- pomoc dydaktyczna

WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNE WARSTWY WIERZCHNIEJ STALI MODYFIKOWANEJ BOREM W WARUNKACH TARCIA MIESZANEGO

ODPORNOŚĆ STALIWA NA ZUŻYCIE EROZYJNE CZĘŚĆ II. ANALIZA WYNIKÓW BADAŃ

Analiza trwałości eksploatacyjnej oleju silnikowego

KSZTAŁTOWANIE WARSTWY WIERZCHNIEJ PŁASZCZA TŁOKA SILNIKA SPALINOWEGO Z WYKORZYSTANIEM ABLACYJNEJ MIKROOBRÓBKI LASEROWEJ

FABRYKA MASZYN BUDOWLANYCH "BUMAR" Sp. z o.o. Fabryka Maszyn Budowlanych ODLEWY ALUMINIOWE

WPŁYW AZOTOWANIA NA ZUŻYCIE FRETTINGOWE W POŁĄCZENIU WCISKOWYM

Wiedza fachowa w praktyce Nasza wiedza w Twojej pracy

Wiedza fachowa w praktyce Nasza wiedza w Twojej pracy

EGZAMIN POTWIERDZAJĄCY KWALIFIKACJE W ZAWODZIE Rok 2019 ZASADY OCENIANIA

Zachodniopomorski Uniwersytet Technologiczny INSTYTUT INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ ZAKŁAD METALOZNAWSTWA I ODLEWNICTWA

ZAKRES AKREDYTACJI LABORATORIUM BADAWCZEGO Nr AB 342

KSZTAŁTOWANIE RELIEFÓW NA POWIERZCHNIACH ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH METODAMI NAGNIATANIA

iglidur W300 Długodystansowy

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH. Łódź maja 1995 roku UKŁADY ŁOŻYSKOWE Z CZOPEM Z POWIERZCHNIOWAM WARSTWAM DWUSKŁADNIKOWAZ

iglidur X Technologie zaawansowane

BADANIA ZUŻYCIA ELEMENTÓW UKŁADU WTRYSKOWEGO SILNIKA O ZAPŁONIE SAMOCZYNNYM ZASILANEGO PALIWAMI ROŚLINNYMI

BADANIA URZĄDZEŃ TECHNICZNYCH ELEMENTEM SYSTEMU BIEŻĄCEJ OCENY ICH STANU TECHNICZNEGO I PROGNOZOWANIA TRWAŁOŚCI

8. Organizacja remontów stoczniowych ww. urządzeń. 2 2 Razem Razem w czasie studiów 30 30

iglidur J Na najwyższych i na najniższych obrotach

WIELOOSTRZOWE UZĘBIENIE O ZMIENNEJ GEOMETRII SZLIFOWANE W 5 PŁASZCZYZNACH NA PARĘ ZĘBÓW Z MONOLITU SPECJALNEJ STALI SZYBKOTNĄCEJ

12^ OPIS OCHRONNY PL WZORU UŻYTKOWEGO

2.1.M.07: Wpływ warunków zużycia na własności powierzchni materiałów inżynierskich

DEGRADACJA MATERIAŁÓW

LABORATORIUM NAUKI O MATERIAŁACH

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

NAPRAWA. 1) lokalizuje uszkodzenia zespołów i podzespołów pojazdów samochodowych na podstawie pomiarów i wyników badań diagnostycznych;

Zastosowanie MES do wyjaśnienia mechanizmu zużywania w węzłach tarcia

POMIARY OPORÓW WEWNĘ TRZNYCH SILNIKA SPALINOWEGO

ODTWARZANIE PASOWAŃ POCZĄTKOWYCH ŁOŻYSKOWAŃ ŚLIZGOWYCH WAŁÓW KORBOWYCH SILNIKÓW WYSOKOPRĘŻNYCH WYKORZYSTYWANYCH W ROLNICTWIE

Wpływ temperatury cieczy chłodzącej i oleju na straty tarcia w tłokowym silniku spalinowym

Przedsiębiorstwo DoświadczalnoProdukcyjne spółka z o.o. w Krakowie AGROX. ekologiczne oleje i smary dla. ROLNICTWA i LEŚNICTWA

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Inżynieria Materiałowa Studia I stopnia

Podstawy Konstrukcji Maszyn

STALE STOPOWE KONSTRUKCYJNE

Poliamid (Ertalon, Tarnamid)

WPŁYW PALIWA RME W OLEJU NAPĘDOWYM NA WŁAŚCIWOŚCI SMARNE W SKOJARZENIU STAL ALUMINIUM

Pierścienie tłokowe Uszczelnianie w ekstremalnych warunkach

ĆWICZENIE Nr 2/N. 9. Stopy aluminium z litem: budowa strukturalna, właściwości, zastosowania.

POLITECHNIKA RZESZOWSKA im. Ignacego Łukasiewicza. Ćwiczenie nr 5

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH. Łódź, maja 1997 r.

Spis treści. 2. Połączenia rozłączne 77 Jan Witkowski 2.1. Wstęp 77

ELEMENTY TRIBOLOGII Elements of Tribology. forma studiów: studia stacjonarne Liczba godzin/tydzień: 2W, 1L PRZEWODNIK PO PRZEDMIOCIE

BADANIA WŁAŚCIWOŚCI TRIBOLOGICZNYCH BRĄZU CuSn12Ni2 W OBECNOŚCI PREPARATU EKSPLOATACYJNEGO O DZIAŁANIU CHEMICZNYM

METODA OKREŚLENIA ZUŻYCIA PANEWKI W POPRZECZNYM ŁOŻYSKU ŚLIZGOWYM

Wiedza fachowa w praktyce Nasza wiedza w Twojej pracy

Rok akademicki: 2013/2014 Kod: RBM ET-n Punkty ECTS: 3. Poziom studiów: Studia II stopnia Forma i tryb studiów: Niestacjonarne

Transkrypt:

Wojciech NAPADŁEK, Adam WOŹNIAK, Wojciech CHRZANOWSKI, Paweł LEONIUK ANALIZA USZKODZEŃ SKOJARZENIA CZOP KORBOWODOWY-ŁOŻYSKO ŚLIZGOWE TŁOKOWEGO SILNIKA SPALINOWEGO W artykule przedstawiono problematykę uszkodzeń skojarzenia tribologicznego czop korbowodowy-łożysko ślizgowe w silniku o zapłonie iskrowym na podstawie badań makroskopowych. Artykuł stanowi studium kilku przypadków uszkodzenia silników, do których dochodziło w krótkim okresie eksploatacji po wykonanej wcześniej naprawie silnika. Główną przyczyną uszkodzeń było zatarcie łożyska ślizgowego, pracującego w skojarzeniu z czopem korbowodowym wału korbowego, a następnie jego obrót względem stopy korbowodu. Analizie poddano uszkodzone łożysko i wał korbowy w odniesieniu do tych samych nowych elementów o znanych właściwościach fizycznych i materiałowych. WSTĘP Wał korbowy i korbowody należą do zasadniczych elementów silnika spalinowego, które wraz z łożyskami ślizgowymi, tworzącymi skojarzenia ślizgowe czop-panewka, stanowią jeden z najistotniejszych układów, decydujących o trwałości i niezawodności pracy tłokowego silnika spalinowego [10]. Ilość, jakość i rodzaj materiałów konstrukcyjnych stosowanych na wały korbowe oraz technologie obróbki czopów głównych i korbowodowych, świadczą o ciągłym poszukiwaniu najlepszych rozwiązań. Poszukiwania te często sprawiają wrażenie przypadkowych ze względu na różne możliwości techniczne i technologiczne zakładów produkcyjnych. Natomiast w procesie eksploatacji często pomija się trudne, skomplikowane i nie do końca wyjaśnione zjawiska, towarzyszące współpracy części, tworzących np. skojarzenie czop-panewka [12]. Dobór metod produkcji wałów korbowych jest podporządkowany głównie uzyskaniu jak największej odporności na zużywanie czopów oraz zapewnieniu odpowiednio wysokiej wytrzymałości zmęczeniowej wału. Podstawowym wskaźnikiem do oceny przydatności warstw wierzchnich jest jej wpływ na charakter przebiegu współpracy elementów skojarzenia czop-panewka. Jednymi z newralgicznych elementów każdego tłokowego silnika spalinowego są łożyska ślizgowe (panewki), powszechnie wykorzystywane do łożyskowania korbowodów i wałów korbowych. Nieskomplikowana budowa łożysk ślizgowych, przy prawidłowym ich wykonaniu i eksploatowaniu, zapewnia bezproblemową i długą pracę silnika spalinowego. Nieprawidłowa eksploatacja silnika spalinowego może w bardzo krótkim czasie przyczynić się do jego kosztownej naprawy. Nadmierne obciążanie, czy też utrzymywanie wysokich prędkości obrotowych silnika w czasie, gdy olej nie osiągnął wymaganej temperatury eksploatacyjnej powoduje nadmierne szybkozmienne obciążenie mechaniczne elementów układu tłokowo-korbowego, w tym łożysk ślizgowych. Większość łożysk ślizgowych posiada wykonane otwory technologiczne, przez które pod ciśnieniem doprowadzany jest olej do skojarzenia czop-panewka. Uszkodzenie (ścięcie) występów ustalających panewki w kadłubie silnika lub w stopie korbowodu następuje głównie wskutek zacierania się skojarzenia czop-panewka. Następstwem tego uszkodzenia jest niekontrolowany obrót panewek, który powoduje, że otwory doprowadzające olej zostają całkowicie zasłonięte, co w doprowadza do: zaniku smarowania, nadmiernego zużycia łożysk ślizgowych i zwiększenia luzu pomiędzy łożyskami a czopami wału korbowego. Brak smarowania jest również przyczyną szybkiego wzrostu temperatury w skojarzeniu czop-panewka, która powoduje dodatkowo niekorzystną i trwałą zmianę właściwości oleju silnikowego oraz lokalne przegrzewanie się warstwy wierzchniej materiału czopa wału i łożyska ślizgowego. Zbyt duży luz w skojarzeniu, a dodatkowo obrót i/lub przesunięcie panewek względem kadłuba silnika lub względem stopy korbowodu, może również spowodować niekorzystny efekt wypływania oleju pomiędzy panewkę a korbowód, zamiast do skojarzenia czop-panewka. Uszkodzenie panewki w efekcie końcowym może również spowodować następujące po sobie kolejno procesy, takie jak: skręcenie lub wygięcie wału korbowego, czy też w ekstremalnych przypadkach uszkodzenie całego silnika [13]. 1. MATERIAŁY STOSOWANE NA WAŁY KORBOWE I ŁOŻYSKA ŚLIZGOWE Wały korbowe silników spalinowych wykonywane są jako kute bądź jako odlewane. Najczęściej stosowanym materiałem na wały kute jest stal konstrukcyjna węglowa wyższej jakości lub stal konstrukcyjna stopowa do ulepszania cieplnego (np. 41CrAlMo7, 41Cr4). Gatunek stali na wał korbowy (a tym samym rodzaj materiału czopa) uwarunkowany jest wytrzymałością mechaniczną wału (przede wszystkim sztywnością), a wiec względami nie związanymi z własnościami ślizgowymi czopa. Sztywność wału (jako elementu konstrukcyjnego) zależy przede wszystkim od jego wymiarów, a nie od gatunku stali, gdyż współczynnik sprężystości (decydujący o wytrzymałości mechanicznej) dla większości stali konstrukcyjnych jest praktycznie jednakowy [2,4]. Składniki stopowe znacznie poprawiające własności mechaniczne i uszlachetniające materiał wału, dodawane są głównie w celu uzyskania bardziej równomiernej i drobnoziarnistej struktury po obróbce cieplnej. Wały korbowe odlewane wykonywane są zazwyczaj z żeliwa sferoidalnego perlitycznego. Przykładowym materiałem jest żeliwo sferoidalne perlityczne, którego skład chemiczny jest następujący: 3,0-3,8%C; 1,8-2,0%Si; 0,1-0,2%Mn. Dodatki stopowe w wałach żeliwnych mają na celu polepszenie własności mechanicznych, a zwłaszcza właściwości wytrzymałościowych [10]. 12/2016 AUTOBUSY 1235

Duża różnorodność rodzajów stopów łożyskowych wynika m.in. z faktu, iż nie ma materiału, który spełniałby zadawalająco wszystkie, często przeciwstawne wymagania. Stopy o małym współczynniku tarcia i wysokiej odporności na zacieranie wykazują niższą twardość, a w związku z tym zmniejszoną nośność. Materiały o dobrej odkształcalności i łatwości docierania mają niską wytrzymałość zmęczeniową i małą zdolność do przenoszenia wysokich obciążeń. We współczesnych silnikach spalinowych na łożyska ślizgowe stosuje się najczęściej stopy na osnowie aluminium. Są to stopy wieloskładnikowe zawierające takie dodatki, jak: miedź, krzem, magnez, nikiel, cyna, ołów, żelazo oraz antymon [6-9]. 2. STAN POWIERZCHNI I WŁAŚCIWOŚCI EKSPLOATACYJNE CZOPÓW WAŁÓW KORBOWYCH I ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH W celu zwiększenia odporności na zużywanie, czopy stalowych wałów korbowych poddawane są utwardzaniu powierzchniowemu poprzez obróbkę cieplną (hartowanie indukcyjne) lub cieplnochemiczną (azotowanie). Twardość powierzchni czopów hartowanych indukcyjnie zawiera się w granicach 50-55 HRC i winna sięgać na głębokość 2-5 mm od powierzchni, a czopów azotowanych 68-72 HRC na głębokość do 0,8 mm. Utwardzanie czopów poprzez azotowanie stosuje się w przypadku wałów korbowych wykonanych przede wszystkim ze stali stopowej do azotowania 41CrAlMo7, zawierającej aluminium. Zastosowanie znalazły również stale nie zawierające dodatku aluminium jak np.: stal stopowa 42CrMo4, 20MnCr5, 25CrMo4. Utwardzone czopy są obrabiane szlifowaniem i polerowaniem w celu uzyskania odpowiedniej chropowatości powierzchni współpracującej z łożyskiem ślizgowym. Chropowatość powierzchni czopów większości wałów korbowych wynosi zazwyczaj Ra = 0,16 µm [12]. Stan powierzchni roboczej łożyska uzależniony jest od metody nałożenia stopu i grubości uzyskanej warstwy ślizgowej. Powierzchnie ślizgowe łożysk ze stopów lanych, spiekanych czy nawalcowywanych są obrabiane mechanicznie wytaczaniem lub przeciąganiem. Chropowatość powierzchni Ra = 0,08--0,16 µm. Warstwy ślizgowe uzyskane powlekaniem galwanicznym pozostają w stanie nieobrobionym. Orientacyjna chropowatość ich powierzchni ślizgowych wynosi Ra = 0,65 µm [9]. 3. PROCESY ZUŻYCIOWE ZACHODZĄCE W SKOJARZENIU Skojarzenie czop wału korbowego - panewka jest układem tribologicznym, pracującym zasadniczo w warunkach tarcia płynnego. Jednakże okresowo może występować tarcie mieszane i graniczne. Tego rodzaju tarcie ma miejsce w okresie współpracy w warunkach nieustalonych tj. docierania, podczas każdego rozruchu i zatrzymania silnika oraz w trakcie nagłych zmian parametrów wymuszenia (wielkości obciążenia i prędkości ruchu względnego) [13]. Pomimo braku jednolitej klasyfikacji, przyjmuje się powszechnie następujące rodzaje zużywania występujące w smarowanych skojarzeniach ślizgowych: ścierne, adhezyjne, przez utlenianie, kawitacyjne, erozyjne, zmęczeniowe. W zależności od aktualnie występującego rodzaju tarcia oraz wymuszeń zewnętrznych, jedno z wymienionych rodzajów zużywania ma charakter dominujący i decyduje o wielkości zużycia skojarzenia. Skojarzenie czop-panewka, w zależności od warunków, może znajdować się w stanie współpracy ustabilizowanej bądź nieustabilizowanej [1, 2, 5]. W stanie współpracy nieustabilizowanej (przy docieraniu i zmianach parametrów wymuszenia), dominującymi rodzajami zużywania są: ścierne i adhezyjne. Pozostałe rodzaje zużywania (przez utlenianie, kawitacyjne, erozyjne) można zaobserwować dopiero po dłuższym okresie współpracy skojarzenia. Zużycie zmęczeniowe panewek dominuje w czasie długotrwałej współpracy w warunkach tarcia granicznego. Poza zużywaniem ściernym, które zachodzi zarówno na czopach, jak i na panewkach, pozostałe rodzaje zużywania obserwuje się przede wszystkim na powierzchniach ślizgowych panewek. Wynika to niewątpliwie ze znacznej różnicy własności materiałów części tworzących skojarzenie. Stan bezpośrednio poobróbkowy warstwy wierzchniej elementów nie zapewnia prawidłowej współpracy skojarzenia, tj. powierzchnie tarcia nie są przygotowane do przenoszenia maksymalnych obciążeń eksploatacyjnych, nie są stworzone warunki do szybkiego tworzenia się klina smarnego i tym samym skojarzenie nie wykazuje odpowiedniej, wymaganej trwałości. Dopiero po pewnym ustalonym okresie współpracy powierzchnie części przyjmują stan typowy (optymalny), dla przyjętych warunków współpracy. Okres przejścia od stanu poobróbkowego do stanu zapewniającego optymalną współprace określany jest mianem okresu docierania" [11]. Procesy zachodzące w węźle tarcia, w trakcie współpracy wywołują odpowiednie zmiany w warstwie wierzchniej elementów tworzących skojarzenie. Zmiany o podobnym charakterze zachodzą w warstwie wierzchniej również podczas procesu technologicznego wytwarzania elementów. Ze względu na obszar występowania, zmiany te można podzielić na: zachodzące na powierzchni współpracy (tarcia), zachodzące w strefie podpowierzchniowej. Zmiany zachodzące na powierzchni tarcia związane są przede wszystkim ze zmianami topografii powierzchni. Uzyskana w wyniku procesu technologicznego produkcji chropowatość wyjściowa powierzchni elementów tworzących skojarzenie, ulega zmianie na chropowatość odpowiadającą optymalnej współpracy. Zmiany te nie koniecznie muszą przebiegać w kierunku obniżenia chropowatości. Chropowatość zarówno czopa jak i współpracującej z nim panewki, po okresie docierania wzrasta. Natomiast wygładzaniu powierzchni towarzyszy zużywanie ścierne, a wzrostowi chropowatości - zużywanie adhezyjne. Zużywanie ścierne panewki, wynikające z jej bezpośredniego kontaktu z powierzchnia czopa, powoduje wygładzanie powierzchni poprzez mikroskrawanie, natomiast zużywanie ścierne, spowodowane bruzdowaniem przez twarde zanieczyszczenia i produkty zużycia powoduje znaczne pogorszenie gładkości powierzchni [5, 7-9, 13]. 4. OBIEKT BADAŃ Obiektem badań były elementy układu tłokowo-korbowego 4 cylindrowego silnika Subaru typ EJ20G o zapłonie iskrowym, przedstawione na rys. 1. Wał korbowy posiada 5 czopów głównych i 4 czopy korbowodowe. Łożyska ślizgowe czopów głównych i korbowodowych zabezpieczono przed obrotem z wykorzystaniem występów ustalających, wykonanych w półpanewkach. Łożyska ślizgowe czopów głównych mają wykonane otwory technologiczne i rowki, doprowadzające olej do skojarzenia czop-panewka. 1236 AUTOBUSY 12/2016

Rys. 1. Widok wału korbowego (1) z korbowodami (2) 5. BADANIA WARSTW WIERZCHNICH CZOPÓW I ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH W ramach prowadzonych badań, dotyczących próby określenia przyczyn uszkodzenia silnika Subaru typ EJ20G, poprzez zatarcie skojarzenia czop korbowodowy-łożysko ślizgowe, dokonano analizy uszkodzenia i zużycia elementów układu korbowodowego z wykorzystaniem mikroskopu optycznego Keyence VHX-1000 (rys. 2). Rys. 2. Mikroskop optyczny Keyence VHX-1000 ze światłowodową transmisją obrazu Na rys. 3b przedstawiono widok korbowodu z zamontowanym w stopie uszkodzonym łożyskiem ślizgowym. Rys. 3c przedstawia łożysko ślizgowe z widocznym uszkodzeniem występów ustalających wskutek obrócenia się panewki w stopie korbowodu, spowodowanej prawdopodobnie brakiem smarowania skojarzenia czop korbowodowy-łożysko ślizgowe. Stwierdzono, że obrócenie i wysunięcie panewek korbowodowych (rys. 3a) mogło spowodować zmianę układu geometrycznego elementów skojarzenia, a dodatkowo niekorzystną zmianę wartości luzu i ewentualny wzrost tarcia w skojarzeniu. W wyniku uszkodzenia występów ustalających nastąpił obrót i przesunięcie poosiowe panewek w korbowodzie, co ujawniają ślady zacierania zewnętrznej powierzchni panewek w stopie korbowodu (rys. 4). Siła tarcia pomiędzy czopem korbowodowym a łożyskiem ślizgowym była tak duża, że spowodowało to obrót panewek względem stopy korbowodu. Zatem, łożysko ślizgowe nie przylegało na całym obwodzie do powierzchni stopy korbowodu. Dlatego pomiędzy stopą korbowodu, a łuską łożyska ślizgowego pojawił się olej, który w znacznym przyczynił się do obrócenia łożyska względem stopy korbowodu. Rys. 3. Widok korbowodu wraz z uszkodzonym łożyskiem ślizgowym zamontowanym w stopie korbowodu (rys. 3b): a) panewki przesunięte wzdłuż osi czopa korbowodowego; c) 1 - uszkodzone (ścięte) występy ustalające panewkę; 1 łożysko ślizgowe; A - lewa strona korbowodu, B - prawa strona korbowodu Rys. 4. Widok zewnętrznej powierzchni (łuski) łożyska ślizgowego: 1 - zniszczone występy ustalające panewki w stopie korbowodu 12/2016 AUTOBUSY 1237

Czop korbowodowy wału korbowego z widocznymi zarysowaniami i uszkodzeniami warstwy wierzchniej przedstawiony jest na rys. 5. Uszkodzenie to również zostało spowodowane pojawieniem się znacznej siły tarcia pomiędzy współpracującymi elementami skojarzenia czop korbowodowy-łożysko ślizgowe. Na rys. 6 przedstawiono uszkodzoną warstwę wierzchnią zatartego czopa korbowodowego. Widać na niej wyraźne zarysowania, powstałe na skutek intensywnego procesu tarcia (zacierania). Procesy tarcia przy niedostatecznym smarowaniu spowodowały powstanie lokalnych stref z mikro-zgrzeinami. W skojarzeniu wystąpiły znaczne siły tarcia, które spowodowały ścięcie występów ustalających, przesunięcie panewek wzdłuż osi czopa korbowego i obrót półpanewek względem stopy korbowodu. Przyczyną tego stanu rzeczy mógł być obniżający się poziom oleju silnikowego w misce olejowej, błędy popełnione w procesie montażu panewek w stopie korbowodu i pogarszające się właściwości oleju silnikowego. Eksploatacja silnika z poziomem oleju poniżej wymaganej wartości skutkowała prawdopodobnie skutkowała chwilowymi zanikami ciśnienia oleju w układzie smarowania. Zbyt niskie ciśnienie, a w konsekwencji zbyt mały wydatek czynnika smarnego spowodowały niestabilność filmu olejowego, rozdzielającego powierzchnię łożyska ślizgowego z powierzchnią czopa korbowodowego wału korbowego. Na skutek zwiększonego tarcia wystąpił lokalny wzrost temperatury w mikroobszarach skojarzenia czop-panewka, powodujący degradację właściwości smarnych oleju, a także wzrost oporów i sił tarcia, charakterystycznych dla tarcia granicznego. Lokalnie występowały sczepienia adhezyjne I i II stopnia, powodujące wyrywanie (degradację) warstwy wierzchniej zarówno łożyska ślizgowego jak i czopa wału korbowego. Duża intensywność procesu tarcia w konsekwencji doprowadziła do dalszego niszczenia warstwy wierzchniej oraz wzajemnego zacierania się ww. elementów węzła tribologicznego. Rys. 6. Widok warstwy wierzchniej czopa korbowodowego: 1 - mikro- i makro rysy, 2 wykruszenia powierzchniowe materiału warstwy wierzchniej Rys. 5. Widok fragmentu czopa korbowodowego wału silnika o ZI typ EJ20G z charakterystycznymi uszkodzeniami warstwy wierzchniej wskutek tarcia - 1 Osad powstały na denkach tłoków (rys. 7) potwierdza fakt, że w silniku występował proces intensywnego spalania oleju silnikowego. Był on wynikiem niewłaściwego przylegania pierścieni tłokowych do powierzchni gładzi tulei cylindrowych, co spowodowało nieszczelności w komorze spalania, a także występowanie przedmuchów spalin do skrzyni korbowej. Świadczy o tym również wygląd pierścieni tłokowych zamontowanych w rowkach tłoków. Nadmierna ilość nagaru była przyczyną unieruchomienia pierścieni w rowkach tłoka, które w ten sposób przestały spełniać swoje najważniejsze funkcje: uszczelnianie komory spalania, zgarnianie nadmiaru oleju silnikowego i odprowadzenie ciepła z tłoka do tulei cylindrowej. Rys. 8. Widok kompletu tłoków z pierścieniami tłokowymi z silnika dostarczonego do badań Badania wstępne podstawowych właściwości oleju z zatartego silnika wykazały, że w momencie wystąpienia uszkodzenia, czyli po przebiegu ok. 8000 km od naprawy nastąpiło prawie całkowite zużycie dodatku antyutleniającego i smarnościowego. Stwierdzono nieprawidłową (obniżoną o około 33ºC) temperaturę zapłonu oleju silnikowego. Badania temperatury zapłonu próbki 1238 AUTOBUSY 12/2016

oleju z silnika zatartego w porównaniu do próbki oleju wymienionego po prawidłowej eksploatacji wskazują, że olej po prawidłowej eksploatacji nie cechował tak dużym spadkiem wartości temperatury zapłonu. Pomiary lepkości również potwierdziły fakt, że olej pobrany z zatartego silnika charakteryzował się bardzo dużym wzrostem lepkości i spadkiem wskaźnika lepkości. WNIOSKI Przeprowadzone badania laboratoryjne uszkodzonego silnika o ZI Subaru typ EJ20G pozwoliły na wyciągnięcie następujących wniosków: 1. Intensywne procesy zużycia ściernego zachodzące w warstwie wierzchniej łożyska ślizgowego i czopa korbowodowego spowodowały zatarcie skojarzenia, które doprowadziło do zniszczenia występów ustalających panewki w korbowodzie. 2. W oleju silnikowym stwierdzono występowanie licznych produktów zużycia, zarówno ze stopów żelaza jak i ze stopu aluminium. 3. Badania wstępne wykazały niekorzystne zmiany właściwości oleju silnikowego po krótkim okresie eksploatacji silnika po naprawie. 4. Badania i pomiary warstw wierzchnich pozostałych czopów wału korbowego i łożysk ślizgowych nie wykazały anomalii, wynikających z nieprawidłowego procesu eksploatacji silnika. Stwierdzono prawidłowe, liczne mikro- i makro rysy na powierzchni czopów i łożysk ślizgowych. BIBLIOGRAFIA 1. Caban J., Gardyński L., Determination Of The Influence Of The Stiffness Of The Diesel Engine Suspension Cushions In The Terrain Car, Journal of Polish CIMAC, vol. 7, no 2/2012, Gdańsk 2012. 2. Cypko E., Analiza przydatności warstwy regeneracyjnej czopa do współpracy z panewką wielowarstwową, rozprawa doktorska, WAT, Warszawa 1993. 3. De Sas Stupnicka H., Gardyński L., Badania metalograficzne zniszczonych wałów korbowych, materiały konferencyjne KO- NES 2000, Lublin 2000. 4. Gardyński L., Uszkodzenia elementów pojazdów. Nowoczesne materiały inżynierskie, studia podyplomowe - materiały dydaktyczne, Politechnika Lubelska, Lublin 2010. 5. Hebda M., Wachal A., Trybologia. WNT, Warszawa 1980. 6. Kłopocki J., Olszewski O., Doświadczalne wyznaczanie charakterystyk łożysk ślizgowych, Trybologia nr 6/1985. 7. Kostrzewa S., Analiza zmian zachodzących w strukturze stopów łożysk eksploatowanych, Biuletyn WAT nr 1/1985. 8. Kowalczyk S., Badania zmian zachodzących w strukturze materiału łożysk wielowarstwowych, XII Międzynarodowa konferencja naukowa Achievements in Mechanical and Materials Engineering, 2003. 9. Kozłowiecki H., Łożyska tłokowych silników spalinowych, WKiŁ, Warszawa 1974. 10. Luft S., Podstawy budowy silników, wydanie 2, WKiŁ, Warszawa 2006. 11. Niewczas A., Koszałka G., Niezawodność silników spalinowych - wybrane zagadnienia, Wydawnictwo Politechniki Lubelskiej, Lublin 2003. 12. Wajand J. A., Wajand J. T., Tłokowe silniki spalinowe średnioi szybkoobrotowe, WNT, Warszawa 2005. 13. Włodarski J. K., Tłokowe silniki spalinowe procesy tribologiczne, WKŁ, Warszawa 1982. The analysis of the damage the association connecting-rod spigot - sliding bearing of the piston engine The article presents issues of damages tribological association of connecting-rod spigot - sliding bearing in the engine with spark ignition based on macroscopic studies. The article presents a study of several cases of engine damages that occurred in a short period of operation after previously done repair the engine. The main cause of damages was blurring of slide bearing working in association with connecting -rod spigot of the crankshaft. Damaged bearing and crankshaft in relation to the same new elements of known physical and material properties was analyzed. Autorzy: dr inż. Wojciech Napadłek - Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; 00-908 Warszawa; ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, tel.: 261 837 357, wojciech.napadlek@wat.edu.pl. dr inż. Adam Woźniak - Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; 00-908 Warszawa; ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, tel.: 261 837 097, adam.wozniak@wat.edu.pl. mgr inż. Wojciech Chrzanowski - Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; 00-908 Warszawa; ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, tel.: 261 837 087, wojciech.chrzanowski@wat.edu.pl. inż. Paweł Leoniuk - Wojskowa Akademia Techniczna; Wydział Mechaniczny; 00-908 Warszawa; ul. gen. Sylwestra Kaliskiego 2, tel.: 261 837 087, pawel.leoniuk@wat.edu.pl. 12/2016 AUTOBUSY 1239