Univezitet u Novom Sadu Tehnički fakultet ,,Mihajlo Pupin“ Zrenjanin
SEMINARSKI RAD
Predmet : POUZDANOST MAŠINA Tema: Pouzdanost i karakteristike kvaliteta motora SUS
PREDMETNI NASTAVNIK Prof. dr Živoslav Adamović
STUDENT Đuro Kovačević dipl.ing.
MIM 25/12 Zrenjanin, 2013. godine
SADRŽAJ UVOD ........................................................................................................................................ 3 1. KVALITET I POUZDANOST RADA MOTORA SUS ....................................................... 4 2. ANALIZA UTICAJA PROCESA HABANJA NA RAD MOTORA SUS ......................... 10 3. ZAKLJUĈAK ...................................................................................................................... 14 4. LITERATURA ..................................................................................................................... 15
2
UVOD Kao rezultat težnje da se pri maloj zapremini motora, i njegovoj što manjoj masi, dobijaju što veće snage, došlo se do razvoja brzohodnih motora sus, koji su danas najviše u upotrebi kod motornih vozila. Ovo znaĉi, da u vrlo kratkom vremenskom intervalu mora se završiti radni ciklus motora. Ako se ovome doda i to, da se tokom svog radnog ciklusa temperatura menja u vrlo širokom opsegu visokih vrednosti, pri izrazito visokim pritiscima, može se zakljuĉiti da delovi motora sus su izloženi velikim toplotnim i mehaniĉkim opterećenjima. Iz ovog proizilazi da kvalitet materijala za izradu njegovih delova, kao i kvalitet i taĉnost njihove izrade mora biti na visokom nivou, a montaža bez ikakvih grešaka. Pri tome ne treba izgubiti iz vida znaĉaj funkcije održavanja motora, da bi se postigle zahtevane karakteristike tokom njegovog korišćenja. Režimi rada motora, pri njegovom korišćenju, imaju presudan uticaj na njegovu pouzdanost i vek njegovog trajanja. Ovo govori o neophodnosti poznavanja režima rada motora sa svim specifiĉnostima za odreĊenu njegovu namenu. Usled pojave otstupanja spoljašnjeg otpora od vrednosti koja je odgovarala ravnotežnom stanju ili usled pojave odstupanja kolilĉine goriva po ciklusu dolazi do poremećaja, ravnoteže odgovarajućih veliĉina za koje se mogu postaviti odgovarajuće dinamiĉke jednaĉine. Rad motora, pri realnim uslovima korišćenja, je uglavnom nestacionaran. Nestacionarnost rada se ispoljava, kod svih motora, od trenutka startovanja do postizanja radne taĉke. Kada režim rada motora, primenjenih na brodovima, dostigne radnu karakteristiku uspostavlja se ravnoteža izmeĊu momenta (snage) motora i momenta (snage) otpora pogonjene elise onda on radi približno na stacionarnom režimu rada. Ovo nije sluĉaj sa motorima koji se koriste na vozilima. Najveće promene motorskih veliĉina ostvaruju se pri startovanju i ubrzavanju vozila. Na ustaljenim režimima rada motora kao parametri se najĉešće uzimaju snaga, moment i potrošnja goriva, a kao nezavisne promenljive koriste se broj obrtaja motora, koliĉina goriva po ciklusu i vreme ukupnog rada motora. Svaki motor ima minimalnu i maksimalnu koliĉinu goriva po ciklusu i minimalni i maksimalni broj obrtaja kolenastog vratila sa kojim radi kao i odreĊen radni vek. Sve ove veliĉine su nezavisne. Za neku koliĉinu goriva po ciklusu, brzina obrtanja kolenastog vratila direktno je zavisna od opterećenja. To znaĉi da koliĉina goriva koju motor troši po ciklusu i broju obrtaja motora definiše režim njegovog rada. To su spoljni uticaji radnog stanja motora. Režim rada motora sus može da se menja po dinamiĉkim ili stacionarnim karakteristikama. Habanje, pri nestacionarnim režimima rada, je intezivnije od habanja pri stacionarnim režimima. Uzrok tome su: nepovoljni uslovi podmazivanja, intezivnija promena toplotnog stanja delova motora pri promeni opterećenja i broja obrtaja, povećanja sloja goriva na zidove cilindra i povećanja sile pritiska gasova, kao i povećanje dopunskih inercijalnih sila usled postojanja ugaonog ubrzanja kolenastog vratila motora. Stepen promenljivosti režima rada motora odreĊuje se na osnovu diskretnog polja režima rada ili na osnovu veliĉine ubrzanja kolenastog vratila, brzine promene obrtnog momenta i srednjeg efektivnog pritiska, ĉije se karakteristike registruju u realnim uslovima korišćenja motora. Rad motora sa većim stepenom promenljivosti režima rada dovodi do povećanja potrošnje goriva po jedinici preĊenog puta. Poznavanje stepena ekonomiĉnosti režima rada motora svodi se na poznavanje koliĉine goriva koja se mora utrošiti za isti radni uĉinak, pri razliĉitim režimima rada motora. To je jedno od kljuĉnih pitanja pri njihovom korišćenju. Osnovni cilj rada je prikaz karakteristika motora sus i mogućnost izražavanja njegovog kvaliteta i pouzdanosti.
3
1. KVALITET I POUZDANOST RADA MOTORA SUS Kvalitet rada motora SUS, iskazuje se preko efektivnog stepena iskorišćenja, koji ukazuje na postojanje mehaniĉkih i termodinamiĉkih gubitaka u njemu, ali i preko stepena iskorišćenja radnog prostora motora u vidu specifiĉne ili litarske snage. Vreme, za koje motor može pouzdano da radi, sa zadovoljavajućim karakteristikama je njegov radni vek. Pouzdanost rada motora i vek njegovog trajanja, u prvom redu zavise od konstrukcije, primenjenih materijala i tehnologije izrade kao i od naĉina održavanja i uslova njegovog korišćenja. Za utvrĊivanje pouzdanosti i trajnosti rada motora neophodno je postojanje podataka o njegovom ponašanju tokom procesa korišćenja. Za to je potreban vrlo veliki broj podataka, tako da je za njihovu obradu neophodna primena odgovarajućih statistiĉkih metoda koje za osnovu imaju teoriju verovatnoće. Na osnovu prikupljenih podataka, analiziranih primenom odgovarajućih metoda, mogu se utvrditi tzv. slaba mesta u motoru i konstatovati uzrok njihove pojave (konstrukcija, materijal, izrada, održavanje, primenjeno gorivo i mazivo, uslovi korišćenja,...). Kinematsko-dinamiĉki sistemi motora sus, koji se nazivaju i glavnim sistemima motora, su: motorni i razvodni mehanizam. Potrebne vrednosti veliĉina radnog stanja ova dva mehanizma ostvaruju se radom sistema za napajanje gorivom, usisnog sistema, sistema za formiranje smeše, sistema za paljenje smeše ili zagrevanje komore sagorevanja, sistema za hlaĊenje motora, sistema za podmazivanje motora, sistema za startovanje motora i sistema za odvod izduvnih gasova. Svi ovi sistemi saĉinjavaju osnovnu strukturu motora. Za kvalitetan rad motora sus neophodno je ispravno funkcionisanje svih njegovih sastavnih delova u uslovima za koje je on projektovan. Poznavanje uslova korišćenja motora, odreĊene namene, je znaĉajno za projektante i konstruktore motora, kako bi se njegovi parametri odredili u skadu sa tim uslovima. Intezitet i kvalitet transformacije energije goriva u mehaniĉku energiju kretanja motornog mehanizma zavisi od konstruktivnog kapaciteta i kvaliteta motora. Ove veliĉine se mogu razvrstati u dve grupe, i to: veliĉine stanja radne materije i veliĉine definisane konstrukcionim elementima motora. Konstruktivne veliĉine motora su nepromenljive dok funkcionalne i radne karakteristike motora su promenljive i zavise od uslova pri kojima motor radi. Karakteristike motora SUS kojima se definiše odnos motora i mašine koja koristi njegovu energiju, odreĊuje se primenom tzv. pogonskih veliĉina karakteristika motora. Pogonske karakteristike motora mogu se predstaviti u funkciji vremena (tada je reĉ o tzv. karakteristikama trajnosti), u funkciji koliĉine goriva po ciklusu (karakteristika opterećenja motora) i u funkciji broja obrtaja (brzinska karakteristika motora). Višedimenzionalne, univerzalne ili opšte karakteristike motora dobijaju se kombinovanjem predhodno navedenih karakteristika. Brzinske karakteristike motora dobijaju se na osnovu rezultata merenja dobijenih pri ustaljenim stanjima rada motora. To su karakteristike promene snage, obrtnog momenta i specifiĉne potrošnje goriva u zavisnosti od broja obrtaja motora. Karakteristike motora preko kojih se definiše odnos motora prema okolini (koncentracija CO, CH, NOx i dima u izduvnim gasovima, intezitet buke i toplota hlaĊenja motora) predstavljaju tzv. upotrebne veliĉine - karakteristike. Upotrebne i pogonske karakteristike motora predstavljaju tzv. veliĉine korišćenja. 4
Pored upotrebnih i pogonskih karakteristika motora sreće se i tzv. dinamiĉke karakteristike motora. Njima se opisuju upotrebne i pogonske karakteristike pri promenljivim režimima rada. Pogonski kvalitet motora SUS ispoljava se preko funkcionalnosti i pogodnosti ugradnje. Najĉešće se navode sledeće pogonske veliĉine motora SUS: srednji efektivni pritisak (pe), efektivna snaga (Pe), litarska efektivna snaga (P), efektivni kapacitet rada motora, specifiĉno istrošenje delova, ĉasovno istrošenje delova, radni vek motora, specifiĉna potrošnja ulja za podmazivanje, efektivni koeficijent iskorišćenja, efektivna specifiĉna potrošnja goriva, ĉasovna potrošnja goriva i efektivni obrtni moment. Upotrebne i pogonske veliĉine motora zavise od radnih, konstrukcionih i funkcionalnih veliĉina motora. Kvalitet rada motora izražava se preko tzv. pogonskih veliĉina. Srednji efektivni pritisak (pe) predstavlja meru efektivnog rada ciklusa motora i izražava se preko indikatorskog pritiska (pi) i mehaniĉkog stepena korisnosti (ηm):
p e = p i · ηm
Da bi se ostvarila što veća snaga motora potrebno je da on radi sa što većim vrednostima pi i ηm, uz istovremeno što veći broj obrtaja kolenastog vratila. Litarska snaga motora predstavlja energetsko iskorišćenje radne zapremine. Zbog toga se i naziva ekonomiĉnost radne zapremine (εv). To je pogonska veliĉina, preko koje se iskazuje kvalitet motora:
εv = k · pe · n Kao i litarska snaga i specifiĉna potrošnja goriva, kao pogonska veliĉina, zavisi od termodinamiĉkog i mehaniĉkog kvaliteta radnog procesa motora. Dvotaktni dizel i oto motori imaju malo veći kvalitet rada od odgovarajućih ĉetvorotaktnih motora. Pored toga oni imaju znatno lošiji upoterebni kvalitet. To su i osnovni razlozi što se dvotaktni motori primenjuju samo za neke specijalne namene (za vrlo velike i vrlo male snage). Za odreĊenu vrstu goriva (Hd) efektivni koeficijent iskorišćenja motora (ηe) odreĊen je u potpunosti specifiĉnom potrošnjom goriva
ηe = ηi· ηm = Odnos radnog kapaciteta (We = Pe · t) i ukupne koliĉine goriva (G) utrošenog za ostvarenje tog kapaciteta predstavlja ekonomiĉnost rada motora odnosno ekonomiĉnost goriva (Wg):
εg =
=
Karakteristike opterećenja motora (εv i εg) prikazane na slici 1, su meĊusobno zavisne.
5
a) ekonomičnost radne zapremine(εv) b) ekonomičnost goriva (εg) Slika 1. Karakteristike opterećenja motora Postoji uvek težnja da se dobije što veća vrednost εv uz istovremeno što veću vrednost εg. Najbolji kvalitet rada motora postiže se pri istovremenom najboljem iskorišćenju njegovog radnog prostora i primenjenog goriva. Sa aspekta kvaliteta motora, najvažnije je dobiti maksimalnu snagu motora iz jedinice radne zapremine, pri minimalnoj potrošnji goriva. Kvalitetom rada motora obuhvaćen je uticaj ĉetiri pogonske veliĉine: ge, ηe, Pl, Pe. Za svaku motorsku veliĉinu može se odrediti karakteristika opterećenja i brzinska karakteristika. Karakteristika motora, koja predstavlja rezultujuću ekonomiĉnost radne zapremine i goriva, kao i ukupni kvalitet motora predstavlja se koeficijentom kvaliteta rada motora uz pomoć izraza:
ξr = εv · εg Kvaliet rada motora može se odrediti na osnovu vrednosti specifiĉne potrošnje goriva (ge) i broja obrtaja (n). Sa slike 2., na kojoj su prikazane zavisnosti εv, εg i ζr od efektivnog pritiska, pri nominalnom broju obrtaja, vidi se da nominalne pogonske veliĉine motora mogu se birati u intervalu od maksimalne ekonomiĉnosti goriva (εg) do maksimalne ekonomiĉnosti radne zapremine (εv).
Slika 2. Uporedni tok karakteristika opterećenja, ekonomičnosti radne zapremine (εv),zapremine goriva (εg) i koeficijenta kvaliteta rada motora (ζr) Njihova optimalna vrednost odgovara maksimalnoj vrednosti koeficijenta rada motora (ζr). Najveća vrednost ζr postiže se pri minimalnoj vrednosti odnosa specifiĉne potrošnje (ge) i efektivnog pritiska (pe) koji odgovara minimalnom broju obrtaja motora (nnom) (Slika 3.). 6
Slika 3. Zavisnost koeficijenta kvaliteta rada motora (ζr) od efektivnog pritiska (a) i određivanje broja obrtaja motora za slučaj najveće vrednosti kvaliteta rada motora (b) Veliĉina ζr predstavlja pogonski kriterijum za uporeĊeivanje kvaliteta rada razliĉitih motora jedne iste vrste, pri njihovim nominalnim veliĉinama. Ova veliĉina može da posluži i kao kriterijum za kvalitativno poreĊenje motora razliĉitih vrsta. Na osnovu ζr može se zakljuĉiti da je kvalitet rada oto motora bolji od dizel motora, jer je veća ekonomiĉnost radne zapremine, ζr. Prednost oto motora nad dizel motorom, u pogledu vrednosti kvaliteta rada je vrlo mala, ako se uzme u obzir upotrebni kvalitet motora koji je znatno bolji od dizel motora. Mereno veliĉinom ζr dizel motori su lošiji od oto motora jer je njihovo iskorišćenje radne zapremine manje. Ovo uslovljava znatno veću masu dizel motora u poreĊenju sa oto motorom iste snage. Dizel motor, zbog veće ekonomiĉnosti goriva primenjuje se tamo gde nije presudna masa i cena motora. Dizel motori, kod kojih je formiranje smeše i sagorevanje takvo da omogućuje dobijanje dovoljno visokih vrednosti srednjih efektivnih pritisaka, pri brojevima obrtaja sa kojima rade oto motori, sve više se primenjuju na putniĉkim vozilima. Pri ovako visokim brojevima obrtaja goriva ekonomiĉnost dizel motora je nešto manja nego pri brojevima obrtaja sa kojima rade dizel motori normalne brzohodnosti (2000 ÷ 2500 o/min). Primenom nadpunjenih motora istovremeno se povećava ekonomiĉnost radne zapremine i ekonomiĉnost goriva. To je razlog što je primena nadpunjenih dizel motora sve veća, ĉak i za putniĉka vozila. Kod njih vrednost kvaliteta rada motora ima približno istu vrednost kao i kod oto motora. Potrošnja ulja je normalna pojava, koja se ne može izbeći jer odreĊena koliĉina ulja prodire u prostor za sagorevanje, gde sagoreva, i ona, pri istovremenom radu motora iznosi 1 ÷ 2 g/kWh. Kao i pri razmatranju potrošnje goriva ovde se može definisati pojam ekonomiĉnost ulja za podmazivanje motora (εu) preko specifiĉne potrošnje ulja (gu):
εu = Ako se uzme u obzir i potrošnja ulja, izraz za odreĊivanje koeficijenta kvaliteta rada motora dobija oblik:
ξr = εv · εg · εu Kao posledica habanja delova motora dolazi do opadanja pogonskih, a samim tim i funkcionalnih karakteristika motora. Radni vek motora definiše se na osnovu dozvoljenog pada vrednosti ovih karakteristika. Pouzdanost i vek trajanja motora odreĊuje se najĉešće na 7
osnovu podataka ispitivanja u realnim uslovima korišćenja, a nešto reĊe u laboratorijskim uslovima. Performanse motora tokom njegovog rada u poĉetku rastu, zatim se stabilizuju, dostižu maksimum pa opadaju. Konstruktivna koncepcija motora, naĉin izrade, naĉin korišćenja i primenjena tehnologija održavanja u najvećoj meri utiĉu na performanse motora SUS i vek njegovog trajanja. Vek trajanja motora SUS može se odrediti na osnovu principa teorije pouzdanosti složenih sistema. Vek trajanja motora ugraĊenih u malo pokretljive mašine (traktori i razne graĊevinske mašine) ili za pogon stacionarnih mašina (pumpe, ventilatori,...) izražava se uglavnom u ĉasovima njegovog rada. PoreĊenje veka trajanja motora može se vršiti samo za iste uslove korišćenja. SvoĊenjem ĉasovnog istrošenja (hč) na jedinicu razvijene efektivne snage dobija se vrednost specifiĉnog istrošenja delova (he) koja ne zavisi od režima rada motora, jer se sa povećanjem snage motora povećava i ĉasovno istrošenje:
he = Radni vek motora (t2) i ĉasovno istrošenje (hč) zavise od radnih pogonskih veliĉina, pa samim tim i od kvaliteta rada motora. Koeficijent trajnosti rada motora (εm) može se izraziti preko specifiĉnog istrošenja (he) u obliku:
εm = Kvalitet rada ciklusa motora, u vezi sa toplotnim , strujnim i mehaniĉkim gubicima radnog procesa izražava se preko koeficijenta kvaliteta rada motora (ζr). U toku rada motora pojavljuju se, pored procesa habanja i neki drugi mehaniĉki procesi, toplotni, hemijski itd., koji utiĉu na pogoršavanje radnih veliĉina motora, a samim tim dovode i do pogoršavanja funkcionalnih i pogonskih veliĉina, pa prema tome i do smanjenja pogonskog kvaliteta motora. U periodu razraĊivanja motora dolazi do poboljšanja njegovih pogonskih veliĉina. Sve do trenutka potpune razgraĊenosti motora njegove pogonske veliĉine se poboljšavaju. Potom nastupa vrlo sporo pogoršavanje ovih veliĉina. Na osnovu praćenja promene koeficijenta pogonskog kvaliteta motora (kojima se izražava pogonski kvalitet motora), do trenutka potpune razraĊenosti motora, može se utvrditi sposobnost njegovog trajnog rada. Motor poseduje dovoljnu sigurnost rada, ukoliko se pogonski kvalitet motora poboljšava (znaĉi ζp raste) do trenutka njegove potpune razraĊenosti. Kao mera pogonske sigurnosti rada motora koristi se odnos vrednosti koeficijenta pogonskog kvaliteta koji se postiže posle perioda njegovog potpunog razraĊivanja (ζpk) i ove vrednosti pre poĉetka razraĊivanja motora (ζpo):
σp = Na osnovu koeficijenta pogonske sigurnosti motora (σp), preko koga se izražava sigurnost rada motora, moguće je izvršiti klasifikaciju štetnih procesa u motoru prema tome da li se pogoršava kvalitet rada, povećava potrošnja ulja ili povećava habanje delova. Iz tog 8
razloga koeficijent pogonske sigurnosti motora može se napisati u obliku proizvoda tri parcijalna koeficijenta pogonske sigurnosti:
σp = σr · σu · σ m Za utvrĊivanje koeficijenta pogonske sigurnosti (σp) dovoljno je ispitati sigurnost rada motora (ova sigurnost se izražava preko koeficijenta sigurnosti rada motora σr). Ukoliko se želi utvrditi uzrok nedovoljne sigurnost rada motora potrebno je odrediti i koeficijent povećanja potrošnje ulja (σu) kao i vrednost koeficijenta povećanja pohabanosti delova motora (σm). Može se smatrati da je rad motora isravan ukoliko on može trajno da radi sa nominalnim vrednostima pogonskih veliĉina. Preko koeficijenta pogonskog kvaliteta rada motora (σp) i koeficijenta pogonske sigurnosti rada motora (σp) mogu se definisati karakteristike odreĊenog motora (jednog predstavnika koji se serijski proizvodi ili motora koji se radi u malim koliĉinama npr. brodskih motora). Za veliki broj motora, koji se koriste u razliĉitim uslovima, neophodno je primenom statistiĉkih metoda pratiti kvalitet njihovog rada, vek trajanja, pouzdanost i druge relevantne pokazatelje njihovog rada. U ovom sluĉaju, umesto koeficijenta pogonske sigurnosti, kojim se definiše pouzdanost i sigurnost jednog motora, odreĊuje se pouzdanost motora pri korišćenju.
9
2. ANALIZA UTICAJA PROCESA HABANJA NA RAD MOTORA SUS Na pouzdanost rada sastavnih delova motora, u velikoj meri, utiĉe proces njihovog habanja. Ova ĉinjenica ukazuje na potrebu odredjivanja pokazatelja radne sposobnosti motora koji zavise od stepena pohabanosti njegovih delova i utvrdjivanja njihove dozvoljene veliĉine. Ovo, utoliko pre što je poznavanje ovih veliĉina neophodno kako za dijagnostiku tehniĉkog stanja motora, tako i za razvijanje metoda ubrzanih ispitivanja otpornosti delova na habanje. Sve veća cena materijala i sve veći troškovi održavanja motora, kao i vozila u celini, upućuju na potrebu istraživanja uzroka njihovog oštećenja i posledica neispravnosti i zastoja u radu. Dosadašnja istraživanja pokazuju da su tribološki procesi, u najvećem broju sluĉajeva, osnovni uzroćnici oštećenja delova motora i vozila u celini. Habanje delova motora direktno utiĉe na vek njegovog trajanja. Nejednaki uslovi korišćenja motora i njegovog održavanja uzrok su razliĉitog veka trajanja istih tipova motora istog proizvodjaĉa. Sa razvojem motora i njegovim usavršavanjem došlo je i do smanjenja intenziteta habanja njegovih delova, zahvaljujući primeni adekvatne konstrukcije delova u kontaktu, adekvatnih sredstava za podmazivanje, kvalitetnih materijala otpornih na habanje i adekvatne tehnologije održavanja, kao i primeni adekvatne tehnologije izrade i montaže tih delova. Sklop klip - klipni prstenovi - cilindar je jedan od vitalnih u složenom sistemu pogonskog motora i vozila. Sa aspekta pouzdanosti i funkcionalnosti, kritiĉni delovi ovog sklopa su klipni prstenovi. Uzroci otkaza klipnih prstenova najĉešće su: neadekvatno podmazivanje i hladjenje (36%), prisustvo abrazivnih ĉestica iz atmosvere ili produkata habanja (29%), nepravilna montaža (4%), povećanje zazora izmedju klipnih prstenova i cilindra (17%). Habanje je najizraženije kod prvog klipnog prstena, s obzirom da je izložen najvećim pritiscima i temperaturama, kao i direktnom uticaju goriva i produkata sagorevanja. Za iste uslove eksploatacije, kod dizel motora, postoji veće habanje nego kod benzinskih motora. Razlog za to treba tražiti prvenstveno u vrednostima pritisaka u njihovom radnom prostoru. Istovremeno dejstvo svih mehanizama habanja prisutno je kod sklopa klip-klipni prstenovi-cilindar. Intenzitet habanja ovog sklopa zavisi od više faktora ali najuticajniji su: konstrukcija, materijal primenjen za izradu delova ovog sklopa, tehnologija izrade kao i uslovi korišćenja. Molekularno-mehaniĉko habanje prisutno je u gornjem delu cilindra, blizu spoljne mrtve taĉke, gde zbog male brzine kretanja klipa, visoke temperature i pritiska, kao i zbog nedovoljne koliĉine maziva dolazi do spajanja površina u kontaktu. Velika uloga u spreĉavanju pojave ovakvog habanja ima primena adekvatnog maziva. Faktori, koji u najvećoj meri utiĉu na habanje klipne grupe svrstati se mogu u dve grupe, i to: nepromenljivi (cilindar, klip, uljni i kompresioni klipni prstenovi) i nepromenljivi (radni parametri: broj obrtaja, temperatura, pritisak u cilindrima; konstruktivni parametri: broj prstenova, oblik prstenova, kvalitet obradjene površine, radijalna sila pritiska prstenova na cilindar). Koroziono-mehaniĉko habanje javlja se pri uzajamnom dejstvu metala tarućih površina i koroziono agresivnih materijala (produkti sagorevanja goriva, oksidacija ulja i voda). Izduvni gasovi imaju veliku oksidacionu sposobnost. Zavisno od temperature površine, sa kojom dolaze u kontakt, mogu da izazovu suvu, gasnu ili vlažnu-elektrohemijsku koroziju.
10
Cilindri i klipni prstenovi uglavnom su izloženi elektrohemijskoj koroziji a izduvni ventili i njihova sedišta gasnoj koroziji. Ovaj vid habanja odvija se u dve faze koje se cikliĉno ponavljaju. To su: koroziono delovanje agresivnog materijala i obrazovanje sloja oksida koji se u drugoj fazi skida usled trenja. Skinute ćestice oksidnog sloja imaju veću tvrdoću od osnovnog materijala tako da deluju abrazivno. Intenzitet koroziono mehaniĉkog habanja povećava se sa povećanjem sadržaja sumpora u gorivu i sa smanjenjem toplotnog režima motora. Maksimalno habanje cilindara motora, zbog ovog mehanizma habanja, javlja se u njegovom gornjem delu. Abrazivno habanje sklopa klip-klipni prstenovi-cilindar izazivaju uglavnom ĉestice mineralnog porekla koje prodiru u motor razliĉitim putevima. Praksa je pokazala da maksimalno istrošenje cilindara nalazi se na mestu prvog kompresionog klipnog prstena, pri položaju klipa u spoljnoj mrtvoj taćki. Pri tome, istrošenje u pravcu normalne sile je nešto veće od istrošenja u pravcu ose kolenastog vratila. Habanje cilindara motora najveće je u zonama najvećeg pritiska gasova, gde je i podmazivanje najslabije, što dovodi do promene oblika cilindara (cilindar se pretvara u konus a umesto kružnog nastaje eliptiĉni popreĉni presek). U slućajevima nepravilnog podmazivanja cilindar dobija baĉvasti oblik jer u blizini tzv.mrtve taĉke najaći je uticaj postojanja zazora u sklopu klip-klipni prstenovi-cilindar,koji dovodi do tzv."klaćenja" klipa ĉime se proces habanja cilindra neravnomerno odvija. Habanje prvog kompresionog prstena, u poredjenju sa ostalim klipnim prstenovima, je najveće prvenstveno zbog dejstva visoke temperature i pritiska. Ono uglavnom definiše vek ispravnog rada cilindarskog sklopa. Iz tog razloga se konstrukciji, materijalu i tehnologiji izrade ovog prstena pridaje posebna važnost. Vek trajanja klipa odredjuje veliĉina pohabanosti žljeba ovog prstena. Pod dejstvom sile pritiska gasova, inercije i trenja dolazi do istrošenja boĉnih površšina klipnih prstenova i njihovih žljebova. Sa povećanjem zazora izmedju njih intenzitet habanja naglo raste. Od klipova motora, zahteva se da imaju što manju masu jer se time pojava trzanja, pri promeni smera kretanja, svodi na najmanju moguću meru. Ukoliko ne postoji paralelnost osa ĉaura male i velike pesnice klipnjaĉe, klip ima nepravilno vodjenje što dovodi do intenzivnog habanja klipa, zidova cilindara i ležajeva klipnjaĉe. Habanje klipova, klipnih prstenova i cilindara motora dovodi do smanjenja snage motora. Pri tome deo radne smeše prolazi u korito motora što dovodi do povećane potrošnje goriva i do mešanja ulja i goriva a samim tim i do lošijeg podmazivanja motora. Ne treba izgubiti iz vida da pri tome dolazi i do prodiranja ulja u prostor za sagorevanje, što dovodi do povećane potrošnje ulja i stvaranja gareži koja i te kako negativno utiće na rad motora. Uz to rad motora propraćen je karakteristićnim zvukom. Karakteristiĉna mesta intenzivnog habanja motora su i ležišta kolenastog vratila, mehanizam za napajanje gorivom i mehanizam za paljenje. Stanje istrošenosti površina, medjusobno pokretnih delova razvodnog mehanizma motora, presudno utiĉe na vek njegovog trajanja. Usled istrošenja delova ovog mehanizma dolazi do pada snage motora, povećanja nivoa buke, povećanja potrošnje goriva i td. Povećana potrošnja goriva i smanjenje snage motora može biti izazvano i habanjem bregova bregastog vratila, podizaĉa ventila, ventila i njihovih ležišta jer sve to dovodi do nepravilnosti pri otvaranju i zatvaranju ventila. Kod razvodnog mehanizma motora uglavnom je prisutno trenje klizanja. Osim ležišta bregastog vratila, koja se podmazuju dovodjenjem maziva pod pritiskom, svi ostali tarući spojevi razvodnog mehanizma rade u uslovima poluteĉnog ili granićnog trenja. Zbog udarnog karaktera zatvaranja ventila i nepovoljnih uslova podmazivanja najintenzivnije se habaju konusne površine sedišta ventila i pećurke ventila. Kako se sedišta usisnih ventila slabije podmazuju od sedišta izduvnih ventila, jer izduvni gasovi sadrže izvesnu koliĉinu ulja, ona se približno isto habaju iako su prva izložena dejstvu znatno nižih temperatura. 11
Kod natpunjenih motora sedišta usisnih ventila se mnogo intenzivnije habaju od sedišta izduvnih ventila. To je razlog što se kod visoko nadpunjenih dizel motora primenjuje ubrizgavanje uljne magle u vazduh usisavanja. O istrošenosti bregova bregastog vratila strogo se mora voditi raĉuna jer se njihovim istrošenjem smanjuje hod ventila a time smanjuje i punjenje cilindara. Iako je cena kliznih ležišta, u odnosu na druge delove motora SUS, relativno mala, njihovo oštećenje može da izazove velike teškoće. Osnovni vidovi oštećenja kliznih ležišta su lom, plastiĉna deformacija i habanje. Kod kliznih ležišta moguća je pojava svih, ranije navedenih, mehanizama habanja. Iako se u ležišta kolenastog vratila i ležišta klipnjaĉa dovodi sredstvo za podmazivanje pod pritiskom, ĉime se omogućuje postojanje hidrodinamiĉkog podmazivanja, tokom korišćenja pri hladnom startu i prii startu posle dužeg stajanja motora dolazi do pojave suvog trenja ili polusuvog trenja koje izaziva njihovo habanje. Prisustvo abrazivnih ĉestica u ulju i pojava korozije dovodi do još intenzivnijeg habanja ležišta. Proces habanja ležišta motora je još intenzivniji ukoliko je njegovo podmazivanje neadekvatno. Pohabanost ležišta dovodi do pojave karakteristiĉnog zvuka (lupanja). U tom slućaju neophodno je odmah utvrditi uzrok njegovog nastanka. Da bi se sprećilo intenzivno habanje ležišta motora (a time smanjili troškovi održavanja) primenjuju se razliĉite konstruktivne i tehnološke mere pri njihovoj izradi. Odnos pohabanosti glavnih i letećih ležišta motora zavisi od opterećenja. Kod linijskih motora veće je habanje letećih, a kod motora sa V-rasporedom cilindara, glavnih ležišta. Bez obzira na raspored cilindara gornja ležišna šolja u telu klipnjaće, kod svih klipnih motora se više haba od donje. Kod glavnih ležišta više se haba donja u poklopcu, ležišna šolja od gornje, u bloku. Leteći rukavac se haba najviše na strani koja je okrenuta prema osi kolenastog vratila, kod svih klipnih motora sus. Razloge za to, kao i u predhodnom sluĉaju, treba tražiti u prirodi radnog ciklusa. Pojava gubitka ulja, pada pritiska u motoru i prodor gasova u karter, nastaje kao rezultat pohabanosti delova motora dovodi do pada snage motora, povećanja potrošnje goriva i maziva, pogoršanja startnih karakteristika motora, pogoršanja kvaliteta izduvne emisije u pogledu toksićnosti i dimnosti, pogoršavanja nivoa buke i vibracija. Ukoliko dodje do intenzivnog smanjenja koliĉine ulja u motoru može se sa velikom sigurnošću tvrditi da je došlo do pohabanosti sklopa klip-klipni prstenovi-cilindar. Pojava gubitka ulja propraćena je prodorom goriva u karter i pojave pritisaka u njemu kao i pojavom intenzivnog dimljenja. Odvodjenje produkata sagorevanja i uljnih para iz korita motora, i pored ispravnosti njegove ventilacije, u ovom slućaju, nije moguće. Usled tzv. efekta pumpanja ulja najveći uticaj na gubitak ulja ima veliĉina boĉnog zazora klipnih prstenova. Gubitak ulja se uglavnom prati u zavisnosti od veliĉine zazora prvog kompresionog prstena, jer je on izložen dejstvu najvećih temperatura i pritisaka produkatasagorevanja, pa se samim tim i najviše haba. Posle odredjenog vremena rada usled habanja delova cilindarskog sklopa dolazi do povećanja gubitka ulja. Brojna ispitivanja su pokazala da pritisak ulja u glavnoj magistrali približno linearno zavisi od zazora u ležištima kolenastog vratila. Velićina zazora glavnih ležišta ima presudan uticaj na vrednost ovog pritiska. Pad snage motora, koji se javlja direktno usled istrošenosti delova je relativno mali. Velika istrošenost delova motora može indirektno, preko poremećaja rada njegovih sistema, da dovede do velikog pa i potpunog gubitka snage. Ova tvrdnja može se potkrepiti sledećim primerom: Zbog pohabanosti delova motora dolazi do prodiranja gasova u karter motora. U tom sluĉaju, kroz njegovu odušnu cev dolazi veća koliĉina ulja u kućište preĉistaća što izaziva zamašćivanje uloška preĉistaĉa koji zato gubi poroznost i sposobnost propuštanja vazduha. Zbog toga u usisnu cev vlada podpritisak usled ćega je koeficijent punjenja cilindra mali.
12
Postojanje potpritiska u usisnoj grani motora dovodi do isticanja iz kartera veće koliĉine ulja zbog ĉega dolazi do potpunog zamašćenja preĉistaća za vazduh, što znaĉi i prekid dovoda vazduha tako da motor prekida svoj rad. Do pada snage motora može doći i usled poremećaja u sistemu za napajanje motora gorivom (neadekvatan pritisak ubrizgavanja, neadekvatna raspodela goriva po cilindrima, neadekvatan ugao predpaljenja i td.). Tokom svog rada tehniĉko stanje motornog vozila se menja. Te promene nastaju uglavnom usled habanja. Intenzitet habanja materijala delova motornog vozila u kontaktu uglavnom zavisi od konstruktivnog izvodjenja delova koji su u kontaktu, svojstva primenjenih materijala, kvaliteta obrade površina koje su u kontaktu, režima kretanja i opterećenja, putnih i klimatskih uslova, naĉina podmazivanja i kvaliteta maziva. Savremene metode konstruisanja delova motora sus moraju da uzimaju u razmatranje tribološke procese koji se javljaju tokom njihovog korišćenja.
13
3. ZAKLJUČAK Pouzdanost i kvalitet rada motora sus, iskazuje se preko efektivnog stepena iskorišćenja, koji ukazuje na postojanje mehaniĉkih i termodinamiĉkih gubitaka u njemu, ali i preko stepena iskorišćenja radnog prostora motora u vidu specifiĉne ili litarske snage. Pouzdanost rada motora i vek njegovog trajanja, u prvom redu zavise od konstrukcije, primenjenih materijala i tehnologije izrade, kao i od naĉina održavanja i uslova njegovog korišćenja. Karakteristike motora sus kojima se definiše odnos motora i mašine koja koristi njegovu energiju, odredjuje se primenom tzv. pogonskih karakteristika motora. Karakteristike motora preko kojih se definiše odnos motora prema okolini predstavljaju tzv. upotrebne karakteristike. Upotrebne i pogonske karakteristike motora predstavljaju tzv. veliĉine korišćenja. Pored upotrebnih i pogonskih karakteristika motora sreću se i tzv. dinamiĉke karakteristike motora. Njima se opisuju upotrebne i pogonske karakteristike pri promenljivim režimima rada. Pogonski kvalitet motora sus ispoljava se preko funkcionalnosti i pogodnosti ugradnje. Kvalitet rada motora izražava se preko tzv. pogonskih veliĉina. U radu je izvršena analiza većeg broja uticajnih faktora na habanje vitalnih delova pogonskog motora vozila. Na osnovu njih se može zakljuĉiti koje mere i postupke treba preduzeti u svim fazama životnog ciklusa motornog vozila da bi se postigao optimalni vek trajanja pogonskog motora, a samim tim i vozila, u kome će ono, na najbolji naćin, izvršavati svoju funkciju, uz minimalne troškove korišćenja i održavanja.
14
4. LITERATURA 1. ADAMOVIĆ, Ž., RADOVANOVIĆ, LJ., “Pouzdanost Mašina“, Tehniĉki fakultet ’Mihajlo Pupin', Zrenjanin 2. M. TOMIĆ,S. PETROVIĆ, “Motori sa unutrašnjim sagorevanjem“, Mašinski fakultet, Beograd,1994. 3. B. KRSTIĆ, “Tehniĉka eksploatacija motornih vozila i motora“, Mašinski fakultet, Kragujevac, 2009.
15
