IV konferencja Problemy Niekonwancjonalnych Ukladow

PROBLEMY NIEKONWENCJONALNYCH UKŁADÓW ŁOŻYSKOWYCH
Łódź, 12 – 14 maja 1999 r.
POWRÓT
Stanisław LABER, Alicja LABER
Politechnika Zielonogórska
Norbert Niedziela
PPKS Zielona Góra
BADANIA NAD MODYFIKOWANIEM WARUNKÓW PRACY
ŁOŻYSK ŚLIZGOWYCH SILNIKÓW SPALINOWYCH
SŁOWA KLUCZOWE:
łożyska ślizgowe, smarowanie, niekonwencjonalne dodatki smarne
STRESZCZENIE
W pracy przedstawiono wyniki badań własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE
15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000. Badania własności
smarnych badanych kompozycji smarowych przeprowadzono przed i po procesie eksploatacji (po 20 000 km. przebiegu autobusu).
1. WPROWADZENIE
Trwałość i niezawodność pracy łożysk ślizgowych w tym silników spalinowych zależna jest od rodzaju smarowania. Najkorzystniejszymi rodzajami smarowania to smarowanie płynne i graniczne.
W pracy łożysk ślizgowych występują jednak ekstremalne warunki, gdzie ten rodzaj smarowania jest niemożliwy do spełnienia. Ma to miejsce w ruchu nieustalonym. Najlepsze oleje, charakteryzujące się bardzo dobrymi własnościami smarnymi, w tym również
bardzo wysoką trwałością warstwy granicznej, nie są w stanie zniwelować tzw. "zimnego
startu", charakterystycznego dla ruchu nieustalonego. W okresie ostatnich kilku lat prowadzone są szerokie badania nad wyeliminowaniem tego mankamentu [2,3,4]. Całość tych prac
ukierunkowana jest nad opracowaniem nowych technologii smarowania, w wyniku których w
węźle tarcia powstałaby dodatkowa tzw. „zastępcza warstwa graniczna”[2], charakteryzująca
się odmiennymi własnościami (lepszymi) od własności warstwy granicznej powstałej jako
efekt stosowania typowego środka smarnego. Możliwym do osiągnięcia jest to poprzez stosowanie tzw. dodatków niskotarciowych opartych na środkach smarnych stałych (np. metale
miękkie, dwusiarczek molibdenu i inne) bądź związkach chemicznych. Efekty zmiany warunków smarowania łożysk ślizgowych w/w dodatkami przedstawiono w niniejszym opracowaniu.
53
2. CEL I ZAKRES BADAŃ
Celem badań było ustalenie wpływu modyfikowania warunków pracy (smarowania)
na własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000 zapewniającym tzw. „twarde smarowanie” - dodatek na bazie
metali miękkich (miedzi i ołowiu). Polepszenie własności smarnych badanego oleju w wyniku stosowania w/w dodatku niskotarciowego było podstawą do zastosowania go w warunkach
eksploatacyjnych tj. do smarowania silników spalinowych SW-680 zamontowanych w autobusach AUTOSAN eksploatowanych przez PPKS w Zielonej Górze. W normalnych warunkach eksploatacyjnych w/w silniki smarowane są olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40,
a czasokres jego wymiany odpowiada przebiegowi autobusów równym 20 000 km.
Do badań przyjęto następujące kompo- zycje smarowania silników:
Olej silnikowy CE/SF SAE 15W/40;
Olej silnikowy CE/SF SAE 15W/40 + R-2000.
Zakres badań obejmował:
Ocenę własności smarnych przyjętych kompozycji smarnych przed eksploatacją;
Ocenę własności smarnych przyjętych kompozycji smarowych po procesie eksploatacji
Badania własności smarnych badanych kompozycji przeprowadzono na skompu- teryzowanym aparacie 4-ro kulowym Testerze T-02 produkcji MCNEMT w Radomiu zgodnie z zaleceniami PN-76/C-04147.
3. WYNIKI BADAŃ
Wyniki badań własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000 przedstawiono w tab. 1 oraz na rys.1. Ich
analiza wykazuje, że modyfikowanie oleju dodatkiem R-2000 powoduje polepszenie własności smarnych.
W przypadku stosowania dodatku R-2000 polepszenie własności smarnych nastąpiło
w zakresie wszystkich wskaźników tj. siły zespawania Pz , obciążenia niezacierajace Pn, obciążenie zacierającego Pt oraz współczynnika zużycia pod obciążeniem Ih.
Potwierdzeniem zamieszczonych wyników badań zamieszczonych w tab.1 oraz na
rys.1 są przebiegi zmienności siły tarcia dla zadanego obciążenia P=315 KG (obciążenie zespawania dla oleju CE/SF SAE 15W/40) – rys.2 oraz dla narastającego obciążenia od 0÷800
kG – rys.3. Wynika z nich , że w przypadku nie stosowania dodatku, dla stałego obciążenia
zadanego (rys.2) bardzo szybko rośnie siła tarcia i towarzysząca temu temperatura oraz następuje zatarcie prowadzące do zespawania elementów trących. W przypadku zastosowania
dodatku siła tarcia jest znacznie mniejsza, po okresie intensywnego zużywania następuje stabilizacja siły tarcia na określonym poziomie.. W wyniku zwiększenia powierzchni tarcia a
tym samym zmniejszeniu nacisków jednostkowych, powstały warunki pracy w zakresie tarcia
granicznego
Tabela 1.
Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 czystego oraz modyfikowanego dodatkiem R-2000
Rodzaj środka smarnego
CE/SF SAE 15W/40
CE/SF SAE 15W/40+ R-2000
Własności smarne [kG]
Pn
Ih
80
43,18
100
50,42
Pz
315
500
54
Pt
211,11
244,75
Pn
500
Ih
400
Pt
300
200
100
CE/SF
SAE
15W/40
0
CE/SF
SAE
15W/40 +
R 2000
Własności smarne
[kG]
Pz
Rodzaj śr odka smar nego
dodatkiem R-2000
CE/SF ...
8
56
,0
10
9,
27
0
2
50
8,
6
72
7,
8
7,
05
6
27
6,
8
55
5,
6
77
4,
7
05
16
3,
4,
3
6
33
2,
1,
55
8
CE/SF... + R-2000
77
8,000
6,000
4,000
2,000
0,000
-2,000
-4,000
-6,000
-8,000
-10,000
-12,000
0,
Siła tarcia [kG]
Rys.1. Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego
Czas [s]
Rys.2. Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40
oraz modyfikowanym dodatkiem niskotarciowym R-2000 obciążonego siłą P=315 kG
Siła tarcia [kG]
7,000
6,000
CE/SF ...
5,000
CE/SF... + R-2000
4,000
3,000
2,000
1,000
0,778
1,500
2,222
2,944
3,722
4,444
5,278
6,000
6,778
7,500
8,222
9,056
9,833
10,611
11,389
12,167
12,889
13,722
14,444
15,222
15,944
16,667
17,389
0,000
Czas [s]
Rys.3. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastającego) obciążenia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanym dodatkiem R-2000
Badania laboratoryjne własności smarnych badanych kompozycji smarowych były
podstawą do zastosowania ich w warunkach eksploatacyjnych. Wyniki tych badań przedstawiono w tab. 2 oraz na rys. 3,4.5,6. Z tabeli 2 wynika, że po okresie eksploatacji takie
wskaźniki jak obciążenie zespawania Pz, współczynnik zużycia pod obciążenie Ih oraz obciążenie zacierające Pt są korzystniejsze dla oleju modyfikowanego dodatkiem R-2000. Z po-
55
równań przebiegów zmienności sił tarcia wynika, że dla stałego obciążenia węzła tarcia siłą
P=315 kG (rys.5) oraz dla narastającego obciążenia (rys.6) korzystniejsze warunki pracy występują w węźle tarcia smarowanym olejem z dodatkiem R-2000. – mniejsze siły tarcia zarówno w okresie intensywnego zużywania jak również w okresie stabilizacji oporów ruchu.
Tabela 2. Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000 po przebiegu autobusów równym 20 000 km
Przebieg autobusu
[km]
CE SF SAE 15W/40
CE SF SAE 15W/40 + R-2000
Własności smarne [kG]
Pn
Ih
63
35,66
63
39,38
Pz
400
500
Pt
134
146,63
Pz
Pn
Ih
400
Pt
300
200
100
CE/SF
SAE
15W/40
0
CE/SF
SAE
15W/40
+ R 2000
Własności smarne
[kG]
500
Rodzaj środkasmarnego
8 ,0 0 0
7 ,0 0 0
6 ,0 0 0
5 ,0 0 0
4 ,0 0 0
3 ,0 0 0
2 ,0 0 0
1 ,0 0 0
0 ,0 0 0
C E /S F ...
00
,5
4
7
9
6
2
10
72
9,
94
8,
16
8,
38
7,
6,
55
8
5,
77
4
94
4,
7
16
4,
3
33
3,
0
7
66
50
2,
0,
83
3
C E /S F ... + R -2000
1,
Siła tarcia [kG]
Rys.4. Własności smarne oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem R-2000 po przebiegu autobusu równym 20 000 km
C zas [s]
Rys.5. Przebieg zmienności siły tarcia dla zmiennego (narastającego) obciążenia węzła tarcia oleju
silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem R-2000
56
Siła tarcia [kG]
6,000
5,000
CE/SF ... + R-2000
4,000
CE/SF ...
3,000
2,000
1,000
4
10 8
,7
7
11 8
,6
1
12 1
,5
0
13 0
,2
2
14 2
,0
5
14 6
,8
3
15 3
,7
7
16 8
,6
1
17 1
,3
89
77
9,
3
6
8
9
6
8
3
1
7
94
8,
16
8,
33
7,
55
6,
77
5,
88
4,
05
4,
27
3,
33
2,
61
1,
0,
83
3
0,000
Czas [s]
Rys.6. Przebieg zmienności siły tarcia węzła tarcia smarowanego olejem silnikowym CE/SF SAE
15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000 obciążonego siłą P=315 kG po
przebiegu autobusu równym około 20 000 km
4. WNIOSKI
W świetle przeprowadzonych badań laboratoryjnych własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 oraz modyfikowanego dodatkiem niskotarciowym R-2000
można sformułować następujące wnioski:
Zastosowanie dodatku niskotarciowego R-2000 w sposób zasadniczy wpływa na polepszenie własności smarnych oleju silnikowego CE/SF SAE 15W/40 polepszając takie jego
wskaźniki jak: obciążenie zespawania, obciążenie niezacierajace, współczynnik zużycia pod
obciążeniem oraz obciążenie zacierające:. Ma to bardzo istotne znaczenie, gdyż modyfikowanie warunków pracy (smarowania) łożysk ślizgowych tym dodatkiem powinno spowodować
zmniejszenie współczynnika tarcia (oporów ruchu) oraz zużycia, a w konsekwencji mieć
istotny wpływa na zwiększenie trwałości i niezawodności ich działania;
Dodatek niskotarciowy powoduje zwiększenie trwałości warstwy granicznej oraz
posiada zdolność jej regeneracji, a tym samym węzeł tarcia może pracować pod większym
obciążeniem w warunkach tarcia granicznego – istotne znaczenie w przypadku czasowego
przeciążenia łożysk (rozruch – hamowanie);
Wyniki badał laboratoryjnych znalazły praktyczne potwierdzenie w warunkach eksploatacyjnych. W przypadku modyfikowania warunków pracy dodatkiem R-2000 po okresie
eksploatacji 20 000 km olej posiada lepsze własności smarne a tym samym istnieje możliwość zwiększenia czasokresu pracy (eksploatacji) oleju, co ma istotne znaczenie ze względów
ekonomicznych eksploatacji.
LITERATURA
[1]. Stanisław Laber, Alicja Laber: Własności smarne olejów przekładniowych modyfikowanych dodatkami miedziowymi. Materiały Konferencji nt. „Problemy niekonwencjonalnych układów łożyskowych”. Łódź – 1995 r.
[2]. W. Wiślicki: Niekonwencjonalne dodatki do olejów smarowych. Paliwa Oleje i Smary 17/95 r.
57
[3]. Badania wdrożeniowe nowej technologii smarowania silników spalinowych opartej na wykorzystaniu niekonwencjonalnych dodatków niskotarciowych. Sprawozdanie z badań. Centrum Naukowo – Produkcyjno - Handlowe LASTA-POL. Zielona Góra 1998 r.
[4]. Stanisław Laber, Alicja Laber: Badania w zakresie ograniczenia ujemnych skutków „zimnego
rozruchu”. Praca nie publikowana.
RESEARCH ON THE MODIFICATION OF THE WORK OF SLIDE
BEARING IN A FUEL ENGINE
ABSTRACT
The paper shows some results of research on lubrical properties (weld point, seizure
load, non seizure load and load-wear index) of an engine oil CE/SF SAE 15W/40 and the one
modified by lubricat additive called R-2000. The research on lubrical properties was conducted before and after using the oil.
Recenzent: Jan Burcan
58