1 . STRESZCZENIE

1. Zużycie zasadniczych elementów silnika [8], przede wszystkim grupy tłokowej, jest intensywniejsze w czołgach, używanych do szkolenia młodych mechaników-kierowców, a więc w wozach prowadzonych nieumiejętnie i bardzo często po trasach przeszkód; w tych wypadkach na silniki oddziaływują uderzenia od strony gruntu, bądź od strony transmisji czołgu. Uderzenia te będą wywierały tym bardziej niszczący wpływ na silnik, im bardziej „sztywne" będzie sprzęgło główne czołgu (sprzęgło o dużym współczynniku nadmiaru b);
2. Zużycie silnika jest intensywniejsze przy częstych zmianach szybkości kątowej wału korbowego. Dowodem tego jest szybsze zużywanie się silników czołgów we wstępnych zajęciach z prowadzenia wozów bojowych (krótkie trasy, bardzo częsta zmiana przekładni i obrotów, częste ruszanie z miejsca i hamowanie), mimo że na ogół stopień wykorzystania mocy silnika jest tu nieduży. W tych wypadkach częste dynamicznie przyrosty obciążenia zasadniczych elementów silnika, a więc i zakłócanie smarowania, mogą być czynnikiem decydująco wpływającym na podwyższenie zużycia jego części składowych.
3. Na ogół biorąc, silniki czołgowe odsyłane są do remontu^** jeszcze przed osiągnięciem przez ich elementy dopuszczalnych granic zużycia. Częstokroć silniki wyeksploatowane są zaledwie w 75-80% (w stosunku do osiągniętego stopnia zużycia) [1]; [8].

W wypadku, gdy zużycie obu mechanizmów sięgało górnej dopuszczalnej wartości zużycie pozostałych części silnika wahało się w granicach 40 - 80% [3] [8]. Tak więc słuszne jest pierwiastkowe zbadanie czynników, wpływających na zużycie grupy tłokowej, aby w następnej fazie badań móc określić jednoznacznie wpływ ich działania na proces zużycia danego zespołu^*, da to możność wyciągnięcia wniosków tak eksploatacyjnych, jak i produkcyjnych czy konstrukcyjnych, pozwalających na obniżenie intensywności zużywania się grup tłokowych.

A. Zakres badań

Badania zawierały następujące rodzaje pomiarów:
1. Pomiary zużycia grupy tłokowej silnika pracującego na hamowni, a więc pracującego w ściśle ustalonych warunkach.
2. Pomiary zużycia grup tłokowych silników, zamontowanych na czołgach:
   1. „bojowych" wykorzystywanych przede wszystkim na długich przeciętnie pociętych trasach terenowych,
   2. „szkolnych”, wykorzystywanych do nauki jazdy, a więc niewprawnie prowadzanych, na krótkich, bardzo silnie pociętych przeszkodami sztucznych trasach terenowych.
3. Pomiary mikrometryczne zużycia grup tłokowych silników czołgów^**, wykorzystywanych w różnych warunkach i o różnym przeznaczeniu, po przepracowaniu określonego przepisami okresu międzyremontowego.

Pomiary przeprowadzano przy następujących założeniach:
1. Temperatura oleju i silnika = 19-21°C.
2. Maksymalne ciśnienie oleju w cylindrze - 6 kG/cm².
3. Obserwacja czasu spadku ciśnienia od 6 do 2 i od 2 - 0,5 kG/cm².
4. Tłok w czasie pomiaru ustalony w GMP ± 5° obrotu wału korbowego w suwie pracy lub sprężania.
5. Czas spadku ciśnienia mierzony z dokładnością do 0,1 sek., dokładność (pomiaru ciśnienia - 0,025 kG/cm².
6. Określanie temperatury oleju i silnika z dokładnością ± 0,5° C.

Rys. l. Schemat wykonywania, pomiaru szczelności grupy tłokowej silnika czołgu 1 - cylinder; 2 - otwór zaworu rozruchu powietrznego - wlot oleju, 3 - urządzenie wtłaczające olej do komory sprężania: zbiornik pompa tłokowa, zawór odcinający, końcówki.

W ostatecznym wyniku zamierzano:
1. Uzyskać potwierdzenie tezy, że dynamicznie obciążenia powodują szybsze zużywanie się grupy tłokowej.
2. Otrzymać metodę i wykresy pozwalające dokładnie określić stan zużycia grupy tłokowej bez demontażu silnika.

B. Statystyczne badania zużycia grupy tłokowej oraz badania na określonych eksponatach

Badania powyższe przeprowadzono w 2 etapach:
1. Statystyczne badania silników czołgów bojowych i szkolnych.
2. Badania określonych silników na czołgach: szkolnym i bojowym przy obserwacji stopnia wykorzystania mocy silnika.

1. Zmienną prędkością kątową wału korbowego silnika obracanego rozrusznikiem (zmienne obroty wpływają bardzo znacznie na spaczenie pomiaru kompresji).
2. Faktem zmiennej intensywności odprowadzania ciepła od sprężonego powietrza w suwie sprężania do silnika, wskutek pokrycia ścianek silników w różnym stopniu produktami osmolenia i kamieniem kotłowym, [7] (izolacje cieplne).
3. Małą dokładnością pomiaru kompresomierzem o dużej bezwładności przy szybkiej zmienności trwania ciśnienia.
4. Eksploatacyjną trudnością przygotowania samego pomiaru na silniku zamontowanym na czołgu (wykręcanie zaworu rozruchu powietrznego i wkręcanie końcówki kompresomierza, mierzenie obrotów wału korbowego itp.).
   Powyższe niedociągnięcia wyeliminowało statyczne badanie szczelności. Olej użyto tu dlatego, by czas spadku ciśnienia był dostatecznie długi i dokładnie mierzalny (np. przy zastosowaniu sprężonego powietrza, przy statycznym badaniu, ciśnienie spadało do zera niejednokrotnie w ciągu kilku dziesiątych części sekundy).
   Wyniki badań, przedstawione na rys. 3 w formie dwóch krzywych obrazują średnią wartość spadku ciśnienia oleju w grupach tłokowych silników: a) 46 wozów bojowych i b) 25 wozów szkolnych. W badaniach tych nie było ani jednego wypadku, by wóz; bojowy miał w większym stopniu zużyty silnik niż wóz szkolny przy tym samym stopniu wypracowania normy międzyremontowego przebiegu. Za 100% czasu spadku ciśnienia przyjęto spadek od 6 - 2 kG/cm² w silniku nowym (odpowiada to ta ok. 175 sekundom), zaś za 100% wypracowania normy przebiegu międzyremontowego przyjęto dla silników nowych 250 mtg == 2500 km dla silników po remoncie 200 mtg == 2,000 km.

   Rys. 3. Zależność spadku ciśnienia oleju w, komorze spalania od stopnia przepracowania normy przebiegu międzyremontowego: l - silniki wozów bojowych, 2 - silniki wazów szkolnych

   Z wykresu wyraźnie widać, że zużycie grup tłokowych silników wozów szkolnych, bardziej narażonych na uderzenia zarówno periodyczne, jak i przypadkowe, jest intensywniejsze niż w wozach bojowych; w efekcie silnik taki zużywa się wcześniej i okres międzyremontowy dla niego jest o 20% krótszy niż silnika wozu bojowego. Znamienne jest to tym bardziej, że stopień wykorzystania mocy w silnikach wozów szkolnych jest zawsze mniejszy niż w silnikach wozów bojowych. Gdyby więc nie istniał wpływ dynamicznych obciążeń na intensywność zużycia obraz zużycia grup tłokowych obu typów silników winien wyglądać wręcz odwrotnie: silniki wozów bojowych o większym stopniu wykorzystania pełnej mocy winny zużywać się intensywniej. -Statystyczne badania [l] dowodzą, że stopień wykorzystywania pełnej mocy silnika wyrażany pośrednio zależnością [3] wynosi dla wozów szkolnych około 56-65%, zaś dla wozów bojowych ok. 70%.

   gdzie: qn - zużycie paliwa na l /godz. pracy przy faktycznie wykorzystanej mocy; q - zużycie paliwa na l godz. ruchu przy wykorzystaniu pełnej mocy silnika,

   Jak więc z wstępnych badań statystycznych wynika - sposób wykorzystywania czołgu, a co za tym idzie - dynamiczne obciążanie silnika i częste zmiany tego obciążenia oraz przypadkowe uderzenia mają znaczny wpływ na podwyższone zużycie grupy tłokowej.
   Fakt mniejszego wykorzystywania pełnej mocy silnika w wozach szkolnych potwierdzają badania stopnia zużycia poszczególnych cylindrów silnika w bloku - w zależności od kolejności omywania ich cieczą chłodzącą - cyrkulującą w układzie. Na ogół w wypadku dużego stopnia wykorzystywania mocy silnika, ostatni cylinder w bloku, 6-ty (patrz rys. 2), najsłabiej chłodzony, wykazuje zużycie intensywniejsze niż pierwsze cylindry chłodzone intensywniej [2]. Ma to miejsce wtedy, gdy stopień wykorzystywania pełnej mocy silnika jest na tyle duży, że temperatura cieczy chłodzącej jest bardzo wysoka i sięga górnej granicy optymalnego przedziału temperatur. W wypadku mniejszego stopnia wykorzystywania mocy, tzn. w wypadku intensywniejszego chłodzenia pierwsze cylindry pracują w zbyt niskiej temperaturze, co jest przyczyną ich częściowego osmalania w trakcie pracy i przez, to nieco intensywniejszego zużywania. Tak więc obraz zużycia cylindrów szeregowo umieszczonych v bloku odzwierciedla w pewnym sensie stopień wykorzystywania silnika.
   Badania dowiodły, że na ogół wszystkie silniki wozów bojowych i szkolnych obciążane są niezbyt intensywnie, przy czym wozów szkolnych mniej. Świadczy o tym wyraźnie mniejsze zużycie grupy tłokowej szóstych cylindrów w bloku, szczególnie jaskrawie występujące w silnikach wozów szkolnych, co dowodzi o niższym stopniu wykorzystywania pełnej mocy w tych ostatnich (rys. 4).

   Rys. 4. Zużycie poszczególnych cylindrów w bloku silników W-2: l - wozy bojowe, 2 - wozy szkolne.

   Dla potwierdzenia wyników badań statystycznych i ich uzupełnienia przeprowadzono badania zużycia grupy tłokowej silnika pracującego na hamowni oraz silników pracujących na wydzielonych wozach, na których warunki wykorzystywania silników były ustalone i stale kontrolowane. Przeprowadzono badania:

   1. jednego silnika pracującego na hamowni, w którym utrzymywana była stała temperatura cieczy chłodzącej (85-90°'C), stałe obroty w granicach eksploatacyjnych (1400-1800 obr/min) i stopień wykorzystywania mocy przeciętnie wynosi t == 90 % N_max;
   2. jednego silnika zamontowanego na czołgu poruszającym się na trasie terenowej o przeciętnym stopniu trudności (wóz bojowy);
   3. jednego silnika pracującego na czołgu szkolnym wykorzystywanym na krótkich trasach czołgowiska, pociętych gęsto sztucznymi przeszkodami.
   W obu ostatnich wypadkach określono współczynnik wykorzystania mocy silnika według średniej arytmetycznej, wziętej z pomiarów^*, przeprowadzanych co 20 mtg pracy silnika. Współczynnik ten dla wozu bojowego wahał się w granicach 62 - 63% zaś dla wozu szkolnego nie przekraczał 50 %. W obu więc wypadkach stopień obciążenia tych silników był mniejszy niż silnika na hamowni. Filtry powietrzne obu czołgów były pieczołowicie obsługiwane, by wyeliminować jak najbardziej wpływ zapylenia powietrza na zużycie silnika. W efekcie uzyskano przeciętnie zapylenie powietrza zasysanego do cylindrów nie większe niż 2 mg/m³, t j. około 1,8 razy większe niż powietrza zasysanego przez silnik pracujący na hamowni (około 1,2 mg/m³). Z punktu widzenia powiększonego zapylenia zużycie silników pracujących na czołgach winno być większe najwyżej o około 40% od zużycia silnika na hamowni [4], nawet gdyby stopień wykorzystywania mocy we wszystkich 3 silnikach był taki sam.

   Rys. 5 Wykres zużycia grup tłokowych silników: l - .pracującego na hamowni, 2 - wykorzystywanego na wozie bojowym, 3 -pracującego na wozie szkolnym

   Porównanie zużyć grup tłokowych wszystkich (badanych silników przedstawiono na rys. 5. Pomiary opisaną wyżej statyczną metodą przeprowadzano co 20 mtg, zaś w początku i końcu 200 motogodzinowego okresu co 10 mtg pracy silnika. Okazuje się, że różnica między zużyciem grup tłokowych wszystkich badanych silników jest wyraźnie widoczna. Silnik zamontowany na wozie szkolnym, po 200 mtg posiadał stopień szczelności grup tłokowych, kwalifikujący go do remontu. Czas spadku ciśnienia oleju w jego cylindrach od 6 do 2 atmosfer wynosił już tylko średnio 22 - 25 sekund, co odpowiada nieco przekroczonemu maksymalnemu zużyciu -grupy tłokowej (zużycie gładzi cylindrowej na średnicy około 0,3 mm). Ciśnienie sprężania w nim nie przekraczało 16 atm (latem przy wysokiej temperaturze otoczenia) i uruchamianie było utrudnione. Silnik zamontowany na wozie bojowym wykazywał zużycie mniejsze o około 26%; natomiast silnik badany na hamowni o około 65% niższe, co pokrywa już i naturalny fakt mniejszego zużycia tego silnika ze względu na mniejsze zapylenie powietrza.

   ---

   ^*Wg wyżej omówionej zależności stosunku zużycia paliwa,

   Bezsporny jest więc fakt, że uderzenia (przypadkowe) oraz dynamiczne zmiany obciążenia intensyfikują proces zużywania grup tłokowych silnika. Nawet wtedy, gdy uwzględnimy błąd pomiarowy do 10%, różnice są wyraźne, mimo że stopień wykorzystania pełnej mocy silnika powinien w efekcie dać wręcz odwrotny obraz zużycia poszczególnych silników. Obraz różnego stopnia obciążenia silnika pokazuje rys. 6; z niego wynika, że stopień wykorzystywania pełnej mocy był największy na silniku, pracującym na hamowni, a najmniejszy na silniku wykorzystywanym na wozie szkolnym.

   Rys. 6. Zużycie poszczególnych cylindrów w bloku przy:
   silniku pracującym na hamowni, 2 - silniku wykorzystywanym na wozie bojowym i 3 - na wozie szkolnym

   C. Pomiary mikrometryczne gładzi cylindrycznych

   Pomiary mikrometryczne porównawcze gładzi cylindrowych trzech badanych silników potwierdziły słuszność badań stopnia wypracowania grup tłokowych przyjętą metodą. Charakterystyczny jest fakt, że w silniku pracującym, na wozie szkolnym stosunek zużycia gładzi na całej długości, począwszy od 4 pierścienia w GMP (rys. 7) do końca skoku (dolny pierścień w DMP), do zużycia maksymalnego (pierwszy pierścień w GMP), jest większy niż w pozostałych silnikach, nie mówiąc już o bezwzględnym większym zużyciu. Świadczy to o wpływie przypadkowych dynamicznych uderzeń (zmiana biegu, zmiana obrotów, uderzenia od gruntu), przy dużej szybkości względnej tłoku, na intensywniejsze zużycie; w części gładzi, gdzie panuje na ogół tarcie graniczne lub płynne przerywana jest -widocznie często błonka olejowa. Stąd też podwyższone zużycie na całej długości gładzi. Poza tym stwierdzono, że powierzchnia gładzi cylindrowej w silniku eksploatowanym na wozie szkolnym była jakoby „chropowata"; zużycie nie jest równe na całej długości gładzi, tworzy powierzchnię jakby „falistą". Tę falistość autor stwierdził na wszystkich z siedmiu badanych silników wozów szkolnych. W silnikach wozów bojowych fakt taki stwierdzono tylko na jednym z czternastu silników, zaś na silniku pracującym na hamowni powierzchnia była równa i gładka (pominąwszy miejsca zaznaczone na wykresie).
   Rys. 7. Zużycie gładzi cylindrowych silnika:
   - pracującego na hamowni, 2 - pracującego na wozie bojowym, 3 - pracującego na wozie szkolnym

   Wnioski

   1. Pomiary: statystyczne, eksploatacyjno-laborarboryjne^* i remontowe. zużycia grup tłokowych, potwierdzają tezę o wpływie dynamiczności obciążenia i dynamicznych uderzeń na intensywność zużycia.
   2. Powyższe badania nie wystarczają do określenia wpływu poszczególnych parametrów dynamiczności obciążenia na zużycie, takich, jak np. wielkość amplitudy wahań obciążeń, okresowość zmiany obciążenia, periodyczność lub nieperiodyczność następowania maksimum i minimum obciążenia; wpływ ten należy zbadać na drodze przeprowadzenia pierwiastkowych badań wpływu dynamiczności - zmian obciążenia na zużycie w ruchu posuwisto zwrotnym, co jest treścią dalszych badań autora.

      ---

      ^*Wykonywane na określonych silnikach.

   3. Wyniki powyższych badań są wystarczające dla wyciągnięcia wniosków eksploatacyjnych przy wykorzystaniu czołgów w okresie pokojowym, aby w efekcie zmniejszyć intensywność zużywania się silnika (wyeliminowanie sztucznych betonowych przeszkód, dających ogromne uderzenia dynamiczne, położenie nacisku na płynne operowanie mechanizmami sterującymi czołgiem i silnikiem w trakcie prowadzenia czołgu).
   4. Stwierdzony wpływ dynamiczności obciążeń na intensywność zużycia grup tłokowych silnika, dowodzi pośrednio o podobnym wpływie obciążeń dynamicznych, szczególnie na łożyska wału korbowego; konieczne jest więc zbadanie i tej grupy silnika.
   5. Powyższe badania dowodzą, że w jednostkach ogromna większość silników wozów bojowych odsyłana jest do remontu przedwcześnie, z zapasem motogodzin do 20% normy okresu między remontowego; słuszne będzie więc ocenianie stanu wypracowania grupy tłokowej oraz łożysk wału korbowego według pomiarów stopnia zużycia metodami opracowanymi przez autora oraz metodami poprzednio opracowanymi [8], opublikowanymi w miesięcznikach wojskowych. Zaznaczyć należy, że usunięcie oleju z cylindrów po wykonaniu pomiaru tą metodą nie nastręcza trudności; wystarcza kilkakrotne ręczne pokręcenie wału korbowego silnika.

   LITERATURA

   1. N. I. Gruzdiew - Tanki - Teoria, Moskwa, 1944.
   2. A. A. Siłajew - Żidkostnyje sistemy ochłażdienia tankowych dwigatielej. Moskwa, 1948.
   3. N. J. Kirżajew - Eksploatacja czołgów. Wyd. WAT 54/55 r.
   4. N. F. Pocztariew - Wlijanie zapylennosti wozducha na iznos porszniewych dwigatielej. WIMOSSSR 1957 r.
   5. W. N. Bołtyński - Awtotraktornyje dwigatieli. Moskwa, 1948 r.
   6. W. F. Lorenz - Raboczaja schiema iznasziwania. Trenie i iznos w maszinach. Izd. A.N.SSSR. Sb. VIII. 1953 r.
   7. J. Janecki - Regulacja stanu cieplnego silnika czołgu. Biul. WAT Nr 8/56.
   8. B. Bergelson - Ocena stanu technicznego silnika czołgowego. Biul. WAT 4/54.
   9. B. Bergelson - Ocena stanu technicznego łożysk wału korbowego silnika czołgowego. Biul. WAT Nr 3B/55.