SVEUČILIŠTE U ZAGREBU

FAKULTET PROMETNIH ZNANOSTI

mr.sc. Ivo Jurić

ODRŽAVANJE CESTOVNIH VOZILA

PROMJENA STANJA VOZILA TIJEKOM EKSPLOATACIJE

NASTAVNI MATERIJAL

Zagreb, 2010.

1

SADRŽAJ

1. UVOD ........................................................................................................................................... 2

2. TROŠENJE ................................................................................................................................... 5

2.1. Suho trenje ................................................................................................................................ 8

2.2. Hidrodinamičko trenje .............................................................................................................. 8

2.3. Promjena karaktera trošenja tijekom eksploatacije ................................................................ 11

2.4. Klasifikacija oblika trošenja ..................................................................................................... 16

3. ZAMOR ..................................................................................................................................... 20

4. KOROZIJA ................................................................................................................................ 22

5. UTJECAJ EKSPLOATACIJSKIH UVJETA NA INTENZITET PROMJENE STANJA

VOZILA ..................................................................................................................................... 25

5.1. Klasifikacija eksploatacijskih (uporabnih) uvjeta ..................................................................... 25

5.2. Karakteristični režimi rada motora .......................................................................................... 26

5.3. Putni i transportni uvjeti ......................................................................................................... 28

5.4. Atmosfersko – klimatski uvjeti ................................................................................................ 33

5.5. Kultura uporabe cestovnih vozila ............................................................................................ 36

6. LITERATURA .......................................................................................................................... 42

2

1. UVOD

Osnova složenog sustava vozila je mehanički sustav koji osigurava njegovu osnovnu

funkciju. Za upravljanje i reguliranje rada mehaničkih podsustava u sustavu vozila nalazi se i

veći broj uređaja sa električno-elektroničkim komponentama.

Promjena stanja komponenata s mehaničkom osnovom bitno utječe na postupke

održavanja. Električno–elektroničke komponente se često promatraju kao nepopravljive pa se

najveća pažnja posvećuje komponentama s mehaničkom osnovom [10].

Tijekom eksploatacije, zbog utjecaja različitih fizičko-kemijskih procesa, materijali

neizbježno mijenjaju svoja svojstva, mijenjaju se odnosi između spregnutih elemenata što za

posljedicu ima pogoršavanje izlaznih karakteristika elemenata i sklopova vozila.

Do promjene radnih sposobnosti dolazi zbog djelovanja različitih vidova energije, i

to:

• mehaničke • toplotne • kemijske • svjetlosne • elektromagnetne • svjetlosne

Kao posljedica djelovanja energija nastaju zamor materijala, starenje, trošenje,

korozija, deformacije, itd. U puno slučajeva, isti element vozila je istovremeno pod utjecajem

većine navedenih energija, ali je po pravilu najintenzivnije djelovanje jedne od njih [3].

Stanje pojedinih elemenata i međudjelovanje u njihovim parovima uvjetovano je i

okarakterizirano geometrijskim, mehaničkim, fizičkim, kemijskim i drugim karakteristikama.

Vrijednosti ovih karakteristika se nazivaju parametri stanja i određuju stanje svakog elementa,

sklopa i vozila kao cjeline. Primjerice, geometrijske karakteristike cilindra mogu biti promjer

(d) i duljina (L). Ove veličine nisu jednoznačne, pa postoji:

• Lr – proračunska veličina

• Lk – zaokružena proračunska veličina (standardizacija, unifikacija,…)

• Liz – veličina prilagođena načinu izrade

• LM – statički izmjerena veličina s greškom ΔM nakon obrade i

• Le – veličina izmjerena tijekom eksploatacije

3

Vrijednost LM je stohastična veličina koja se nalazi u granicama tolerantnog područja

jer je sama proizvodnja stohastične naravi. Vrijednost Le=f(t) jer se početkom eksploatacije

javljaju različiti utjecaji. Pošto su eksploatacijski uvjeti izrazito stohastične naravi, a i sama

vrijednost LM je takova, naravno da je onda i vrijednost Le stohastična [10].

Pošto su eksploatacijski uvjeti raznovrsni, promjenjivi i uvjetovani brojnim

čimbenicima slučajne i promjenjive prirode (intenzitet eksploatacije, okolina, način

uporabe,…), pitanje je da li projektant može realno sagledati svaki od njih. Vrlo često se

mogu čuti tvrdnje da su promjene stanja i pojava različitih kvarova posljedica baš onih

eksploatacijskih uvjeta i opterećenja koje on nije uzeo u obzir. Konstruktori i proizvođači se

zbog toga ograđuju uputama za rukovanje, koje korisnika upozoravaju na poštivanje uvjeta

rada za koje je vozilo projektirano.

Ovaj problem će uvijek postojati, jer će svako vozilo, kao složeni tehnički sustav,

uvijek u sebi nositi određene slabosti kao posljedicu nesuglasja konstrukcije i uporabnih

uvjeta. Projektant nikad neće biti u mogućnosti potpuno predvidjeti sve rizične situacije u

kojima bi se vozilo moglo naći tijekom normalne uporabe, jer i mnogi radni i parazitski

procesi koji se normalno odvijaju na vozilu tijekom rada “u projektiranim uvjetima” prirodno

doprinose promjenama stanja uslijed vlastitih slabosti vozila. Mjere za smanjenje ovakvih

rizika su unaprjeđenje metoda projektiranja, istraživanje eksploatacijskih uvjeta i radnih

opterećenja, analiza promjene stanja, analiza mogućih vrsta i uzroka kvarova još u fazi

projektiranja, primjerice metodom stabla kvarova (FTA – Fault Tree Analysis) [3].

Svako vozilo se projektira za određene uporabne uvjete (režim rada) određene

raspodjelama opterećenja pojedinih elemenata i sklopova, pa promjena stanja može biti:

• posljedica rada u projektiranim uvjetima

• posljedica rada u ekscesnim uvjetima

Čest je slučaj, prilikom uporabe vozila, pojava prekoračenja područja projektiranog

režima rada zbog povremenih preopterećenja, koja su posljedica:

• prekoračenja dozvoljene nosivosti

• udarnih neravnina podloge

• nekvalitetnog održavanja

• lošeg rukovanja

• prometnih nezgoda, itd

4

U analizi uzroka kvarova vozila se, pored uporabnih uvjeta i grešaka u konstrukciji,

bitno ističe loša kvaliteta primijenjenih materijala, odnosno loša kvaliteta izrade, koja

nedvojbeno utječe na sposobnost vršenja postavljene funkcije namjene vozila, uključujući i

njegov vijek trajanja.

Poznato je da kvaliteta vozila samo djelomično ovisi o „inicijalnoj“ kvaliteti, to jest o

kvaliteti elemenata za prvu ugradnju. Naravno da je kvaliteta doknadnih dijelova jako važna i

utjecaj je bitan.

Analiza udjela pojedinih uzročnika neispravnosti najvažnijih elemenata i sklopova

vozila pokazuje da je[10]:

• trošenje uzrok preko 30% svi neispravnosti

• oko 40% neispravnosti uzrokuje neodgovarajuća eksploatacija, održavanje i

kontrola

• ostali uzročnici su van direktnog utjecaja korisnika

Najvažniji uzroci promjene stanja vozila, kao složenog tehničkog sustava, su:

• zamor (vratila, nosači,…)

• trošenje (kočne obloge, spojke, pneumatici, ležajevi, zupčanici,…)

• korozija

• starenje nemetalnih dijelova

• kemijsko-mehaničke promjene tekućina (ulje, rashladna tekućina)

• ugrađene greške

• preopterećenja

Još jednom treba naglasiti da je, kod vozila, proces trošenja osnovni uzrok promjene

stanja i da se na njega, tijekom eksploatacijskog perioda, može utjecati.

5

2. TROŠENJE

Trošenje je direktna posljedica trenja i, kako je ranije rečeno, jedan je od najvažnijih

uzročnika promjene stanja elemenata i sklopova vozila [11]. Trenje nastaje tijekom mirovanja

ili relativnim kretanjem između dva susjedna elementa (površine u dodiru). Izražava se silom

trenja koja je reakcija (otpor) površine ili sredstva relativnom gibanju tijela. Direktno je

proporcionalna normalnoj sili između elemenata u relativnom gibanju i čimbeniku

proporcionalnosti (koeficijent trenja µ). Trenje je, uglavnom, nepoželjna pojava i nastoji se,

gdje god je to moguće, spriječiti ili smanjiti. Izuzetak su frikcijski mehanizmi gdje je cilj

razviti što veće trenje (kočnice, spojka, …).

Tribologija je područje znanosti koje se bavi proučavanjem trenja, trošenja,

podmazivanja i međudjelovanja dodirnih površina pri njihovom gibanju.

Negativne posljedice trenja su:

• povišene temperature na frikcijskim površinama

• trošenje frikcijskih površina

Cestovna vozila se sastoje od velikog broja tribomehaničkih sustava koji se mogu

podijeliti u tri grupe [10]:

• podsklopovi u kojima se vrši vođenje kretanja jednog elementa po drugom

(klizni ležajevi, vodilice, ...)

• sustavi kojima se vrši prijenos energije i rada (zupčasti prijenosnici,

remenice, ...)

• sustavi kojima se prenose informacije (brijeg i podizač, električni kontakti, ..)

Na slici 1. tribomehanički sustav je predočen kao “crna kutija” s ulazima, izlazima i

gubicima. Pretvaranje ulaznih u izlazne veličine se prati preko vrijednosti sile ili momenta,

dimenzije (pozicije), temperature i karakteristika materijala. U istom cilju se često promatraju

izvedene veličine: snaga (intenzitet rada), brzina (obimna ili linearna), intenzitet prijenosa

toplote, mase, ...

6

Slika 1. Shema tribomehaničkog sustava [10]

U tribomehaničkim sustavima se, u području kontakta, odvijaju dva procesa [10]:

• formiraju se i raskidaju frikcijske veze u području kontakta (proces trenja) po

vrhovima neravnina obadva tijela u dodiru (neravnine postoje i kod najfinije

obrade površina)

• prijenos (kretanje) masa s jednog na drugi element

Tribomehanički sustav s dva čvrsta elementa (1 i 2) i mazivom (3) kao trećim

elementom je prikazan na slici 2. Za kretanje elementa 1 po elementu 2 neophodno je utrošiti

odgovarajuću količinu rada (energije) na raskidanje formiranih frikcijskih veza.

Fn – vanjsko opterećenje Ft – sila trenja

v – brzina kretanja elementa 1 po elementu 2

Slika 2. Tribomehanički sustav [10]

7

Za vrijeme rada sustava, zbog kontakta i kretanja između elemenata, jedan dio

energije se troši na svladavanje trenja. U vozilima se i do 50 % uložene energije može rasuti

zbog pojave trenja, a smanjenje rasipanja se postiže podmazivanjem

Tijekom prvog procesa (proces trenja) istovremeno se odvija i drugi proces, odnosno

mijenjaju se mase i dimenzije čvrstih elemenata (1 i 2) sustava, na svakom elementu se nalaze

čestice ostala dva, dakle razvija se proces trošenja. Nakon određenog vremena rada, zbog

nastalih promjena, elementi više nisu u stanju kvalitetno vršiti svoju funkciju, nastaju

poremećaji u radu, a na kraju i potpuni kvar tribomehaničkog sustava. U tom slučaju se

zamjenom jednog ili više istrošenih elemenata sustav ponovno vraća u ispravno stanje, stanje

u radu, dakle obnavlja se.

U mazivu se, kao trećem elementu tribomehaničkog sustava, tijekom vremena

pojavljuju čestice mase obiju čvrstih elemenata u dodiru te se mijenjaju i osnovne fizičko-

kemijske karakteristike maziva (viskoznost, pH vrijednost,…). To znači da i mazivo s

vremenom postaje nekvalitetno (istrošeno) kao i oba elementa u dodiru i više nije u stanju

vršiti svoju funkciju podmazivanja i odvođenja topline, pa je nužna njegova izmjena.

Osnovna funkcija maziva u sustavu je tribološka, ono smanjuje trenje u području dodira i

usporava proces trošenja. U ovakvim sustavima nije moguće zaustaviti ni proces trenja ni

trošenja, ali je moguće smanjiti trenje i realizirati proces trošenja tako da se dobije manje

rasipanje energije u sustavu i njegov dulji vijek trajanja .

Obzirom na postojanje sloja maziva, trenje može biti: suho i hidrodinamičko (trenje s

mazivom, unutarnje, tekuće) (slika 3.).

Slika 3. Karakteristični slučajevi trenja [9]

8

2.1. Suho trenje Suho trenje (vanjsko) nastaje na dodirnim površinama dvaju elemenata, ono je

međudjelovanje koje se suprotstavlja njihovom relativnom kretanju. U ovom slučaju ne

postoji mazivo između tarnih površina, nego su one prekrivene suhim filmovima (produkti

trošenja). Kod suhog trenja sila trenja je posljedica međudjelovanja (suprotstavljanja)

mikroneravnina na kontaktnim površinama elemenata. Visoke temperature na površinama,

koje su posljedica velikih specifičnih tlakova, uzrokuju pojavu mikrovarova, odnosno dolazi

do vezivanja elemenata na molekularnoj razini. Relativnim kretanjem elemenata mikrovarovi

se kidaju i smicanjem se kidaju čestice materijala (produkti trošenja). Primjer suhog trenja

kod vozila su kočnice i spojke

U slučaju suhog trenja je veličina stvarne dodirne površine jako važna jer određuje

veličinu specifičnih tlakova obzirom da se sila koju jedan par prenosi raspodjeljuje na stvarnu

površinu dodira, koju određuje kvaliteta obrade te površine. Dakle, geometrijski iste dodirne

površine mogu, ovisno o finoći obrade (ili uhodavanja), imati različite stvarne dodirne

površine. Čisto suho trenje se može ostvariti samo u laboratorijskim uvjetima, jer u realnoj

sredini uvijek postoji i treći sloj, a to je vlaga ili prašina u zraku.

2.2. Hidrodinamičko trenje Hidrodinamičko trenje (unutarnje, tekuće, trenje s mazivom) se javlja kada su

kontaktne površine razdvojene stalnim slojem maziva (ulje). Ovisno o vrsti i debljini sloja

maziva može doći do pojave [10]:

• hidrodinamičkog podmazivanja

• graničnog podmazivanja

• EP podmazivanja

U slučaju hidrodinamičkog podmazivanja, nema direktnog dodira površina, a samim

tim ni površinskog trenja. U tom je slučaju debljina uljnog filma (h) veća od zbroja visina

neravnina mikroprofila oba elementa (h1,h2)

h > h1max + h2max (2.1)

9

Zbog unutarnjeg trenja svaki fluid pruža otpor relativnom kretanju svojih čestica

razmjerno brzini tog kretanja. Trenje uglavnom ovisi o viskoznosti ulja, a indeks viskoznosti

je utjecaj temperature na viskoznost.

Javlja se kod kliznih ležajeva i koljenastog vratila u stacionarnom režimu rada.

Granično podmazivanje predstavlja prijelaz između vanjskog i unutarnjeg trenja.

Javlja se između kliznih površina kada postoji veoma tanak sloj uljnog filma (0,1 μm), koji ne

razdvaja površine kao kod hidrodinamičkog podmazivanja, već se mijenjaju uvjeti trenja.

Ovdje je osnovna kvaliteta maziva mazivost, koja se izražava kroz osobinu maziva da

penetrira i apsorbira (površinski se vezuje) u neravnine mikroprofila na metalnim površinama,

a ostvaruje se pomoću aditiva.

Izraziti primjeri graničnog podmazivanja su:

• klip – cilindar

• vodilica ventila – ventil i sl.

Pri startanju motora, svi ležajevi koji se hidrodinamički podmazuju, rade u uvjetima

graničnog podmazivanja.

EP1

U pogledu trajnosti za elemente motora vozila je najpovoljnije hidrodinamičko

podmazivanje jer su kontaktne površine odvojene slojem ulja, praktično ne postoji trošenje

tarnih površina, a samim tim su i gubitci snage i brzina trošenja najmanji.

podmazivanje se javlja u uvjetima ekstremno visokih tlakova. U takvim

uvjetima je nužna primjena specijalnih ulja s aditivima koji se na mjestima visokih tlakova,

samim tim i temperatura, kemijski vezuju na metalne površine s ciljem njihove zaštite,

stvarajući tvrde spojeve s metalom u obliku sulfida, fosfida i klorida. Ulje u ovom slučaju ima

funkciju prijenosa aditiva do mjesta na kojima se javljaju tlakovi (diferencijal, mjenjač).

Na primjer, uljni sloj između kliznog ležaja i rukavca koljenastog vratila se stvara

okretanjem rukavca u ležaju, ulje se pod tlakom uvlači u suženi dio između spregnutih

elemenata, tlak se povećava toliko da se rukavac, opterećen vanjskim silama, odvaja od

površine ležaja, „pliva“ u njemu, odnosno okreće se u ulju (slika 4). Kontaktne površine se

potpuno odvajaju te se na taj način postiže minimalno trenje.

1 Extended Pressure (EP)

10

Minimalna debljina uljnog sloja, koji je uvjet pojave hidrodinamičkog podmazivanja,

ovisi o uvjetima i režimu rada motora kao i o njegovom stanju. “Plivanje” rukavca ovisi o

broju okretaja vratila, viskoznosti ulja, opterećenju rukavca, zračnosti između rukavca i

ležaja.

Elementi vozila se i konstruiraju za rad u režimu hidrodinamičkog podmazivanja, ali

u realnim uvjetima, tijekom kraćih perioda uporabe, oni neizbježno rade i u uvjetima

graničnog podmazivanja, pa čak i u uvjetima suhog trenja.

Slika 4. Shema stvaranja uljnog sloja klizni ležaj-vratilo

Ovakvi, nepoželjni, slučajevi se događaju dok se ne stvore nužni uvjeti za postizanje

hidrodinamičkog podmazivanja, a to su odgovarajuća brzina tarnih površina, viskoznost ulja,

opterećenje i slično.

U slučaju kada ležaj i vratilo (slika 5.) ne rade u hidrodinamičkom režimu

podmazivanja (mali broj okretaja, veća zračnost, mala viskoznost ulja i sl.), debljina uljnog

filma je manja od visina mikroneravnina pa nastaje granično trenje, odnosno podmazivanje se

vrši samo preko molekula maziva koje su apsorbirane na površinama trenja (slučaj 1, slika

5.), pa je i trošenje rukavca i vratila veće.

11

Slika 5. Ovisnost trošenja vratila o uvjetima trenja

Povećanjem broja okretaja stvara se uljni sloj, odvajaju se kontaktne površine,

nastaje hidrodinamičko trenje (podmazivanje) pa se i trošenje smanjuje na minimum (slučaj 2,

slika 5.).

U određenim nestabilnim situacijama, kao što su naglo povećanje centrifugalnih sila,

rezonantnih vibracija, smanjenje viskoznosti pregrijanog ulja, trošenje se ponovo intenzivira

(slučaj 3, slika 5.).

Kada su u pitanju teži uvjeti rada s velikim opterećenjima ili u slučaju povećane

zračnosti između elemenata, hidrodinamički režim trenja (podmazivanja) se može osigurati

primjenom maziva (ulja) s većom viskoznošću.

2.3. Promjena karaktera trošenja tijekom eksploatacije Trošenje, kao posljedica trenja, je monotoni proces postupne promjene dimenzija i

veličina dodirnih površina. Trošenjem se mijenjaju geometrija i veličina elemenata te

struktura i svojstva površinskih slojeva. Brzina trošenja je slučajna veličina a trošenje slučajni

proces.

Intenzitet trošenja elemenata vozila ovisi o [11]:

• opterećenju tarnih površina

12

• zračnosti između njih, koja se mijenja tijekom rada, pa ako je ona premala

stvaranje uljnog filma je otežano, pogotovo zimi, a ako je prevelika može

zbog udara doći do pojave zamora materijala

• tvrdoći i finoći obrade tarnih površina

• brzini kretanja tarnih površina

• temperaturi, viskoznosti i čistoći ulja

• svojstvima okoline

Za sve elemente koji se troše pri uporabi veličinu trošenja tijekom vremena

karakteriziraju tri karakteristične faze intenziteta trošenja:

• faza početnog, inicijalnog trošenja I

• faza normalnog, stacionarnog trošenja II

• faza intenzivnog, razornog trošenja III

Slika 6. Prikaz ovisnosti veličine trošenja o vremenu i krivulja brzine trošenja

U fazi početnog trošenja (faza I, slika 6.) se događa uhodavanje, prilagođavanje i

razrada dodirnih površina. U tom periodu dolazi do promjene geometrije i fizičko –

mehaničkih svojstava površinskih slojeva elemenata u dodiru. Zbog velikog specifičnog tlaka

na vrhovima dodirnih površina brzina trošenja u ovoj fazi je velika. Vrhovi dodirnih površina

13

se tijekom razrade otkidaju, pa se površina nalijeganja povećava. Povećanjem te površine

specifični tlak se stupnjevito smanjuje (slika 7.), a produkte trošenja odnosi mazivo (ulje).

Slika 7. Odnos površine nalijeganja A(t) i specifičnog tlaka p(t) tijekom razrade

dodirnih površina

Na smanjenje trošenja se, u ovom periodu, može utjecati pažljivijom uporabom

vozila, primjenom specijalnih ulja s adekvatnim pročišćavanjem te zamjenom nakon kraćeg

vremena rada.

Slika 8. Prijelaz s tehnološkog na radni reljef dodirnih površina

a) tehnološki reljef; b) radni reljef

Period normalnog, stacionarnog, eksploatacijskog trošenja (faza II, slika 6.) je

vremenski najduži i u biti karakterizira vrijeme uporabe elementa. Veličina trošenja

14

kontinuirano, relativno sporo raste, odnosno brzina trošenja se stabilizira na određenu

minimalnu vrijednost.

U području intenzivnog, razornog trošenja (faza III, slika 6.) priraštaj gubitka

materijala raste u vremenu. Stupnjevito se akumuliraju oštećenja, mijenjaju zračnosti i oblik

elemenata, izrazita su oštećenja dodirnih površina. Do granice dozvoljenog trošenja elementi i

sklopovi svoju funkciju vrše na zadovoljavajući način, a nakon dostizanja graničnih

vrijednosti normalna uporaba nije više racionalna, gube se performanse i nastaju kvarovi, jer

se brzina trošenja, zbog pojave udarnih opterećenja, lupanja, izmjena toplotnih režima, uvjeta

podmazivanja, itd., bitno povećava. Dakle, u ovoj fazi, zbog progresivnog trošenja, sustav

dolazi do granice izdržljivosti u pogledu veličine trošenja, pa je vrlo velika vjerojatnost

pojave potpunih kvarova.

Na primjer, daljnja bi uporaba vozila, čiji je cilindar dostigao granicu dozvoljenog

trošenja, uzrokovala porast gareži u ulju zbog povećanog prodora produkata izgaranja u

korito motora, povećanje toksičnosti ispušnih plinova, prodor ulja u prostor izgaranja,

detonacijsko izgaranje smjese, itd. Najveće trošenje cilindra motora cestovnog vozila je u

područjima najvećih tlakova plinova, dakle neravnomjerno je po cijeloj dužini hoda klipa.

Posljedica je promjena oblika cilindra, on postaje koničan i od kružnog poprima eliptičan

presjek.

Klip se najviše troši na žljebovima klipnih prstena, a oni se troše po debljini i visini

te, uslijed smanjenja elastičnosti, može doći do njihovog pucanja. Posljedica trošenja klipno-

cilindarske grupe motora (cilindar + klip + klipni prsteni) je manji tlak u komori izgaranja što

utječe na smanjenje snage motora. Dolazi do prodora dijela radne smjese u korito motora što

uzrokuje povećanu potrošnju goriva te dolazi do miješanja goriva i ulja, a to negativno utječe

na kvalitetu podmazivanja motora.

Zbog trošenja klipno-cilindarske grupe, osim prodora goriva u uljno korito, događa

se i obrnuti proces, to jest ulje iz korita prodire u prostor za izgaranje, pa se povećava

potrošnja ulja koje, izgaranjem u komori, stvara garež koja negativno utječe na rad i snagu

motora, toksičnost ispušnih plinova, itd.

I razvodni mehanizam motora je izložen intenzivnom trošenju. Troše se bregasto

vratilo (brijeg), ventili i ležišta, podizači što uzrokuje nepotpuno i neblagovremeno otvaranje i

zatvaranje ventila, te njihovo lupanje, a posljedice su smanjenje snage motora i veća potrošnja

15

goriva. Trošenju su izloženi i ležajevi (leteći i fiksni) koljenastog vratila, mehanizmi za

paljenje i napajanje gorivom (svjećice, pumpa visokog tlaka,…).

Osim motora, i drugi sustavi na vozilu su izloženi trošenju, a vrlo intenzivno je kod

elemenata sustava za kočenje (frikcijski mehanizmi spojke i kočnica, kompresor, cilindri,…),

što bitno utječe na njihovu funkciju.

Povećano trošenje elemenata sustava upravljanja i ovjesa stvara zračnosti koje

uzrokuju nepotreban slobodan hod upravljača, poremećaj geometrije kotača, bočno klizanje,

trošenje pneumatika, neracionalno iskorištenje snage motora uz povećanu potrošnju goriva i

manje dinamičke karakteristike vozila.

Daljnja eksploatacija takvog vozila postaje neekonomična jer se povećava potrošnja

goriva uz bitno smanjenje snage, intenzitet kvarova progresivno raste, pouzdanost naglo

opada a troškovi održavanja rastu.

Na slici 9. je prikazana shema tipičnog slučaja promjene zračnosti, koji se najčešće

javlja kod spregnutog para (klizni ležaj – koljenasto vratilo, kočione obloge – bubanj

kočnice,…).

Slika 9. Shema promjene zračnosti između elemenata – mogućnost povećanja perioda II

16

Analiza krivulja trošenja ukazuje na mogućnost povećanja perioda eksploatacijskog

trošenja (period II – najduži, u biti vrijeme uporabe elementa) pri početnoj zračnosti i zadanoj

veličini granične zračnosti. To je moguće postići odgovarajućom razradom kojom se na kraju

perioda razrade postiže manja zračnost (ΔII2, slika 9.), kao i smanjenjem intenziteta trošenja

tijekom eksploatacije (ΔII3, slika 9.). Nepotrebnim rasklapanjem negativno se utječe na

uporabni vijek elemenata i sklopova (smanjuje se i do 30%), jer kontaktne površine ponovo

prolaze period uhodavanja (R, ΔII1, slika 9.).

Upravljanje procesom trenja i trošenja je moguće u fazi proizvodnje, što

podrazumijeva sposobnost prognoze parova trenja i mjesta na promatranim parovima gdje će

se pojaviti najintenzivnije trošenje, te optimalnim izborom karakteristika materijala za široko

područje mehaničkih opterećenja s minimalnom silom trenja i intenzitetom trošenja dodirnih

površina, kao i u eksploatacijskom periodu racionalnom uporabom u fazama razrade i

normalnog korištenja. Dužnost projektanta vozila je neprekidan rad na smanjenju negativnih

posljedica trenja i trošenja kroz konstrukcijska poboljšanja, primjenu suvremenih materijala i

drugo.

2.4. Klasifikacija oblika trošenja Švedski znanstvenik Brinel je 1921. godine izvršio prvu klasifikaciju oblika trošenja,

a kasnije su se i mnogi drugi bavili ovom temom. Treba naglasiti da nijedna od podjela nema

općevažeći karakter za sva područja. Jedna od najpraktičnijih i najviše korištenih u literaturi

koja se bavi pitanjima tehničke eksploatacije motornih vozila je klasifikacija po ruskom

profesoru M. M. Hrušovu [7]. Po toj klasifikaciji razlikuju se:

• mehaničko trošenje

• molekularno – mehaničko

• korozijsko – mehaničko

Uz navedene, kod nekih elemenata cestovnih vozila, javljaju se i drugi oblici trošenja

kao što su kavitacija i erozijsko trošenje.

Mehaničko trošenje je rezultat različitih mehaničkih djelovanja, a može biti:

• abrazivno,

• trošenje plastičnom deformacijom i

• trošenje krtim lomom

17

Abrazivno trošenje je rezultat međusobnog djelovanja pri dodiru dva materijala

različite tvrdoće, tvrđi klizi po mekšem i u njemu stvara brazde. Ovaj oblik trošenja nastaje i

pod djelovanjem stranih abrazivnih čestica (produkti trošenja, prašina,…). To je najprostiji

vid razaranja površina trenja, a posljedice ovog oblika trošenja su gubitak mase, promjena

dimenzija i pojava “riseva”. Najčešći uzrok je neodgovarajuće podmazivanje površina trenja.

Elementi motornih vozila kod kojih se abrazivno trošenje najčešće javlja su cilindri, klipovi i

klipni prsteni.

Sprječavanje ili smanjenje intenziteta trošenja se postiže pravilnim izborom

materijala parova trenja, zaštitom površina od stranih abrazivnih čestica, čišćenjem produkata

trošenja, potrebnim uvjetima podmazivanja, itd.

Trošenje plastičnom deformacijom nastaje u uvjetima velikih opterećenja i

temperature, dijelovi se deformiraju, a površinski sloj metala se polako premješta pod

utjecajem sile trenja u vidu klizanja. Posljedica ovakvog trošenja nije gubitak mase već

promjena dimenzija elemenata. Karakteristično je za klizne ležajeve, gornji dio klipnjače,

otvor za osovinicu klipa, itd. Intenzitet ovog trošenja se može smanjiti ograničenjem

specifičnih tlakova i temperatura na površinama trenja, racionalnijim podmazivanjem, itd.

Trošenje krtim lomom je posljedica trenja i popratnih plastičnih deformacija

površinskih slojeva. Plastično deformiran površinski sloj se tijekom rada intenzivno nabija

(udara) zbog djelovanja opterećenja i nakon nekog vremena postaje krt, dolazi do popuštanja i

polaganog prekida veza između krtog deformiranog dijela i osnove elementa, pa se površinski

sloj odvaja (ljušti). Proces se s svakim slijedećim slojem ponavlja. Ovo trošenje je

karakteristično za elemente opterećene velikim tlakovima i temperaturama (zubi zupčanika,

ležajevi radilice, šalice kugličnih i valjkastih ležajeva, ...), a posljedice su gubitak mase i

promjena dimenzija elemenata. Smanjenje intenziteta ovakvog trošenja se postiže pravilnim

izborom materijala parova trenja, održavanjem odgovarajućih zračnosti i dosjeda, specijalnom

obradom površina trenja (poliranje), itd.

Molekularno – mehaničko trošenje je rezultat molekularnog cijepanja materijala s

površina trenja. Javlja se u uvjetima povećanih opterećenja, zagrijavanja te brzina kretanja

kontaktnih površina zbog čega dolazi do cijepanja uljnog sloja između njih. Posljedično

nastaju plastične deformacije površinskih slojeva i dolazi do narušavanja tankih oksidnih

slojeva što uzrokuje spajanje molekula tarnih površina. Površine su u međusobnom kretanju

pa se kidaju tako nastale veze, stvaraju se vrhovi i udubljenja što uzrokuje povećanje

18

specifičnih tlakova na vrhovima. Metal manje čvrstoće lijepi se na površinu elementa s većom

čvrstoćom.

Na primjer, materijal kliznog ležaja se, u uvjetima lošeg podmazivanja i povećanog

opterećenja, lijepi na rukavac koljenastog vratila. Posljedica ovakvog trošenja je promjena

dimenzija elementa. Najčešće nastaje na kliznim ležajevima i klipovima. Ovo trošenje se

može smanjiti racionalnim podmazivanjem, pravilnim izborom zračnosti, kraćim vremenom

rada u uvjetima velikih opterećenja i manjim brzinama kretanja površina trenja.

Korozijsko – mehaničko trošenje je posljedica zajedničkog djelovanja mehaničkog

trošenja i agresivnih spojeva okoline u kojoj spregnuti par radi. Pod utjecajem kemijskih

spojeva bitno se mijenjaju karakteristike površinskih slojeva, što utječe na njihovu tvrdoću, pa

se mehaničkim djelovanjem lakše troše. Proces se na ovaj način ponavlja.

Javlja se na cilindrima motora, rukavcima koljenastog vratila, itd., a smanjenje

intenziteta trošenja se može postići primjenom kvalitetnijih goriva i maziva, antikorozivnih

materijala, itd.

Erozijsko trošenje nastaje pri prolasku tekućine ili plina preko (pored) metalne

površine (cijevi). Zbog trenja tekućina ili plinova, koji prolaze, udaraju o površine, nastaje

trošenje skidanjem pojedinih čestica materijala, koje se intenzivira ako fluid u sebi sadrži i

čvrste čestice. Posljedica protoka tekućine je hidroerozijsko, a plina plinoerozijsko trošenje.

Ovom vidu trošenja su najviše izloženi elementi za dovod goriva, ispušni ventili, elementi

sustava za hlađenje, itd.

Kavitacija je pojava stvaranja i apsorpcije parozračnih mjehurića pri kretanju

tekućina ka površinama elemenata s određenim tlakom i temperaturom u promjenjivim

presjecima protoka te vibracija. Stvaraju se zrakoprazni prostori između metala i tekućine te

nastaju šupljine (kaverne) na površinama elemenata. Ovaj vid trošenja nastaje na opterećenim

površinama cilindara koji se hlade tekućinom, površinama pumpe tekućine za hlađenje, itd.

Isti element transportnog sredstva, ovisno o uvjetima uporabe, može istovremeno biti

pod utjecajem više vidova trošenja. U pravilu je jedan od njih najizraženiji, jer je svaki oblik

trošenja uvjetovan određenim parametrima:

• brzinom kretanja tarnih površina

• uvjetima podmazivanja

• provodljivošću toplote

19

• pojavom difuzije, itd.

Primjerice, vršni dio radne površine cilindra motora je istovremeno pod utjecajem

abrazivnog, molekularno - mehaničkog i korozijsko - mehaničkog trošenja. Pri startanju i

zagrijavanju motora osnovni vid trošenja cilindra je korozijsko – mehanički, pri radu u okolini

s velikom koncentracijom prašine u zraku je abrazivni, a pri radu pod velikim opterećenjem i

malim brojem okretaja koljenastog vratila osnovni vid trošenja je molekularno – mehanički.

20

3. ZAMOR

Zamor je proces stupnjevitog pogoršavanja karakteristika materijala zbog

višekratnog djelovanja promjenjivih opterećenja što uzrokuje pojavu pukotina ili krtog loma.

Uvijek počinje na najopterećenijem mjestu (koncentracija napona) i u jednom metalnom zrnu.

Višekratnom promjenom opterećenja ono gubi sposobnost deformacije, naponi dostižu

vrijednost zatezne čvrstoće, javlja se prva mikropukotina koja prerasta u makropukotinu u

cijelom metalnom zrnu. Spajanjem pukotina u susjednim zrnima (slika 10.) prijelom se zbog

zamora širi od jednog do drugog zrna [10].

Slika 10. Transkristalni prijelom zbog zamora [10]

Nakon određenog vremena prijelom (pukotina) zahvaća veći dio presjeka. Tada u

preostalom dijelu i normalno opterećenje stvara napone identične vrijednosti čvrstoće

materijala te dolazi do prijeloma. Prijelom ima dvije različite površine: zamorom prelomljeni

dio izgleda glatko i mat je, dok je završni lom hrapaviji, krupnozrnast i sjajniji.

Slika 11. prikazuje karakteristike promjene stanja zbog zamora. Linija 1 (slučaj a,

slika 11.) karakterizira promjenu osobina materijala zbog zamora do trenutka razaranja, kada

je čvrstoća jednaka nuli. U ovom slučaju promjena karakteristika zbog zamora ovisi o

vremenu rada, stupnjevitom akumulacijom oštećenja [4].

21

Slika 11. Promjena stanja zbog zamora [4]

Drugi slučaj (slučaj b, slika 11.) prikazuje promjene eksploatacijskih opterećenja

koja djeluju na element s promjenjivim amplitudama i srednjim opterećenjem q.

Eksploatacijska opterećenja ne dostižu graničnu vrijednost (računska čvrstoća) pri kojoj bi

lom bio trenutan. Opterećenje qmax , koje izaziva kvar elementa, uglavnom je posljedica

nepravilne uporabe, može nastati u bilo kom trenutku eksploatacije, neovisno o vremenu rada

elementa, pa vjerojatnost pojave loma (kvara) ovisi o vjerojatnosti ove pojave, a ne o vremenu

rada. Dakle, kao posljedica zamora, mogu nastati dvije vrste kvarova:

• kvar koji nastaje zbog stupnjevite akumulacije oštećenja

• iznenadni kvar kao posljedica opterećenja preko dozvoljene vrijednosti

Promjene osobina materijala (pukotine) tijekom eksploatacije vozila se teško

otkrivaju, otežano je pravovremeno provođenje preventivnog održavanja prema stanju, pa se

statistički prati vrijeme rada između kvarova na temelju kojeg se računaju optimalna vremena

preventivnih zamjena.

22

4. KOROZIJA Korozija je razaranje materijala pod utjecajem vlažnosti zraka i atmosferskih

zagađivača. Nastaje u unutrašnjosti šupljina, zatvorenim profilima, podovima, donjim

rubovima vrata, na varenim spojevima, itd. Širi se od unutrašnjosti k vanjskim (vidljivim)

dijelovima, te uzrokuje slabljenje vitalnih elemenata i smanjuje čvrstoću cijelog vozila.

Prema fizičko – kemijskom mehanizmu nastanka osnovni vidovi korozije su kemijska i

elektrokemijska (slika 12.).

Elektrokemijska korozija je najrasprostranjenija u prirodi, a procesi nastajanja su

slični procesima u galvanskom elementu, gdje se kemijska energija pretvara u električnu.

Kada se dva metala s različitim elektrokemijskim potencijalima (nejednorodnost metala)

potope u neki elektrolit nastaje električna energija koja odvaja i odvodi atome slabijeg metala

u rastvor. Slabiji metal, dakle, anodno odlazi u rastvor, a jači kao katoda biva zaštićen.

Najčešći elektroliti su voda i vodeni rastvori kiselina i soli [10].

Slika 12. Oblici korozije ovisno o procesu nastanka

Atmosferska korozija je najrasprostranjeniji vid elektrokemijske i ovisi o vrsti klime.

To je korozija u vlažnom zraku na normalnoj temperaturi. Ovdje kao elektrolit služi vlaga iz

zraka koja se kondenzira na površini metala. Kondenzat može sadržavati SO2, SO3, CO2, H2S,

a u primorskim područjima i spojeve klora. Brzina atmosferske korozije se povećava s

23

debljinom sloja kondenzata i s sadržajem korozivnih plinova i vlage u zraku, pa se korozija

brže razvija u zimskim nego u ljetnim mjesecima, brže u industrijskim nego u seoskim i brže

u primorskim nego u kontinentalnim područjima.

Brzina korozije pojedinih metala tijekom vremena u istim uvjetima je nejednaka

(slika 13.) i ovisi o mnogo čimbenika:

• vlažnosti

• plinovima u atmosferi

• sadržaju prašine, itd.

Zaštita metala od korozije u atmosferi se vrši:

• uporabom organskih, anorganskih i metalnih presvlaka

• reduciranjem relativne vlažnosti ispod 50 %

• primjenom povoljnih legura, itd.

Slika 13. Brzina korozije pojedinih metala u istim atmosferskim uvjetima

Korozija u elektrolitima nastaje zbog stvaranja lokalnih galvanskih članaka na

metalima. Kod motora s unutarnjim izgaranjem u sustavu za hlađenje dolazi do

elektrokemijske reakcije ako se između dva različita metala nalazi tekućina za hlađenje koja

provodi električnu struju, stvara se zatvoreno strujno kolo odnosno premještanje elektrona.

Tada aktivniji metal djeluje kao anoda i rastvara se, a katoda prima elektrone. Elektrolit je

24

voda koja sadrži rastvore soli, kiselina, itd., pa se intenzitet ove korozije može smanjiti

uporabom tekućina za hlađenje koje ne sadrže kiseline.

Kemijska korozija nastaje kao rezultat kemijskih reakcija, nema nastanka električnog

polja. Rezultat je uzajamnog djelovanja metala i korozijske sredine koju čine plinovi,

neelektrolitne tekućine i organski spojevi (nafta i njeni derivati). Produkt korozije je

molekularni sloj koji pokriva površinu metala, a povećanjem debljine tog sloja opada moć

difuzije atoma, pa se proces korozije usporava, a kod nekih metala i prekida. Brzina procesa

kemijske korozije ovisi o sastavu, strukturi, kvaliteti obrade metala, o temperaturi, sastavu i

vremenu djelovanja korozivne sredine [10].

Plinska korozija nastaje zbog direktnog spajanja atoma metala s atomima plinova

koji struje preko njega. Primjeri plinske korozije su radna površina ispušnog ventila, stjenke

cilindra motora, unutarnje površine ispušnog lonca i cijevi, itd.

Korozija u neelektrolitima nastaje u otopinama u kojima se nalazi neki oksidant ili

materija koja može od metala oduzimati elektrone i prevesti ga u ionsko stanje. U ovom

slučaju korozija nastaje zbog djelovanja sumpornih spojeva, smola i organskih kiselina koje

se nalaze u naftnim derivatima, a primjeri su unutarnje stjenke rezervoara za gorivo, površine

ležajeva koljenastog vratila, itd.

25

5. UTJECAJ EKSPLOATACIJSKIH UVJETA NA

INTENZITET PROMJENE STANJA VOZILA

Sustav vozač-vozilo funkcionira u složenim, neprestano promjenjivim, uvjetima

okoline, gdje se pouzdanost i vijek trajanja vozila mijenjaju ovisno o uvjetima uporabe. Pod

utjecajem uvjeta uporabe mijenjaju se režimi rada elemenata i sklopova što utječe na

intenzitet promjene njihovog stanja. Različita ispitivanja su pokazala da su opterećenja

sklopova i sustava vozila najmanja pri vožnji na otvorenim, međugradskim cestama

(najpovoljnija), za razliku od gradske (najnepovoljnije) vožnje [4].

5.1. Klasifikacija eksploatacijskih (uporabnih) uvjeta Klasifikacija eksploatacijskih (uporabnih) uvjeta (slika 14.) je uvjetna, jer je intenzitet

promjene stanja vozila uglavnom rezultat utjecaja svih čimbenika, ali se vrši kako bi se

istraživao utjecaj svakog od njih posebno i u konkretnoj situaciji mogao predvidjeti intenzitet

promjene stanja pod utjecajem najizraženijih čimbenika.

Slika 14. Moguća klasifikacija uporabnih uvjeta

Svaki od navedenih uvjeta utječe na intenzitet promjene režima rada, temperature, naprezanja, itd.

26

Obzirom na prethodnu sliku, za definiranje uvjeta uporabe transportnih sredstava,

neophodno je obuhvatiti veći broj utjecajnih čimbenika i između njih uspostaviti

odgovarajuće odnose. Svi navedeni čimbenici su slučajnog karaktera pa se i uvjeti uporabe

tijekom korištenja javljaju kao slučajan proces koji definira režim eksploatacije. Matematička

interpretacija ovog procesa je uglavnom vrlo teška, a često i nemoguća, pa se ocjena utjecaja

pojedinih uvjeta odnosno čimbenika na intenzitet promjene stanja ocjenjuje pomoću

karakterističnih pokazatelja, a najčešći su [13]:

• broj okretaja koljenastog vratila

• okretni moment motora

• broj promjena stupnjeva prijenosa, zaustavljanja i uključivanja kretanja

unatrag

• broj kočenja na jedinicu prijeđenog puta

• količina impulsa promjene opterećenja za jedinicu prijeđenog puta

• distribucija opterećenja u danim uvjetima vožnje

• specifični rad proklizavanja spojke

• specifični rad trenja kočnica

• statistička distribucija kuta okretanja kola upravljača na jedinicu prijeđenog

puta

5.2. Karakteristični režimi rada motora Svaki od navedenih uvjeta uzrokuju rad motora s jednim od dva karakteristična

režima:

• ustaljeni (stacionarni)

• neustaljeni (nestacionarni)

U ustaljenom su režimu rada motora približno konstantne vrijednosti broja okretaja,

okretnog momenta, tlaka, temperature i drugih pokazatelja rada motora. Za prazan hod motora

(rad u mjestu) i vožnju konstantnom brzinom možemo reći da su ustaljeni režimi rada. Ovo

treba shvatiti uvjetno, jer uvijek postoje neustaljenosti.

27

Za neustaljeni režim rada su karakteristične brze i nagle promjene navedenih

parametara, nema konstantnih vrijednosti. U većini slučajeva, tijekom eksploatacije,

prevladava neustaljeni režim rada. U gradskoj vožnji u 95 – 98 % slučajeva motori vozila rade

pod ovim režimom, na loše profiliranim ili oštećenim cestama u 84 – 96 % slučajeva, dok je

taj odnos ustaljeni – neustaljeni režim približno jednak na kvalitetnim međugradskim

cestama. Neustaljeni režim uzrokuje puno veće trošenje elemenata i uopće promjene stanja,

veća je potrošnja goriva, itd.[8]

U ovom režimu rada je srednje trošenje elemenata motora i do dva puta veće u

odnosu na ustaljeni režim. Primjerice, intenzitet trošenja kompresijskih prstena može biti veći

i do 3 puta, klipova do 2,5 puta, ležajeva koljenastog vratila i do 80 %. Ovo je uočljivo na

slici 15. koja prikazuje intenzitet trošenja cilindra u funkciji ubrzanja radilice i opterećenja

motora.

Slika 15. Intenzitet trošenja cilindra u funkciji ubrzanja radilice i opterećenja

motora [6].

Apscisa pokazuje porast kutnog ubrzanja radilice, a ordinata intenzitet trošenja

elemenata. Trošenje na ustaljenom režimu je označeno na ordinati (ω = 0). Povećanjem

kutnog ubrzanja koljenastog vratila i opterećenja intenzitet trošenja cilindra se bitno

povećava. I kočenje motorom koje se često koristi tijekom uporabe, posebno u gradu, po

28

izlaznim karakteristikama se može smatrati kao neustaljeni režim. U ovom se slučaju trošenje

elemenata može povećati i do 3 puta u usporedbi s trošenjem u stacionarnom režimu i

opterećenju od 75%. Intenzitet trošenja ne ovisi toliko o veličini opterećenja koliko o

intenzitetu njegove promjene.

Uzroci većeg trošenja kod neustaljenog režima rada su [13]:

• intenziviranje kontaktnog trošenja zbog dodatnih inercijskih opterećenja

(pri povećanju broja okretaja javljaju se inercijske sile koje se zbrajaju u

opterećenje)

• narušavanje normalnog procesa izgaranja

• povećanje dinamičkih opterećenja elemenata (impulsno djelovanje koje

uzrokuje i zamor materijala)

• pogoršavanje uvjeta podmazivanja tijekom značajnijih promjena brzinskih

režima motora s istovremenim narušavanjem hidrodinamičkog režima

podmazivanja (svaka promjena broja okretaja odražava se na debljinu

uljnog filma)

• povećanje abrazivnog trošenja zbog porasta koncentracije produkata

trošenja (otpadne čestice koje postaju abrazivne)

Dakle, uporabni vijek elemenata vozila je uvjetovan režimima rada koji su u

direktnoj ovisnosti o uvjetima uporabe (eksploatacije). Racionalnim korištenjem se utjecaj

neustaljenih režima rada bitno može umanjiti.

5.3. Putni i transportni uvjeti Režim rada elemenata i sklopova cestovnih vozila u direktnoj je ovisnosti o putnim i

transportnim uvjetima. O putnim, kao i o transportnim uvjetima, podjednako ovise: raspon

opterećenja i brzine kretanja, okretni moment, broj okretaja motora, broj promjena stupnjeva

prijenosa, intenzitet promjena režima rada motora odnosno postotka rada u ustaljenom u

odnosu na neustaljeni režim, itd, pa će se oni razmatrati skupa.

Okretni moment se često koristi kao pokazatelj promjene opterećenja sklopova

vozila u različitim eksploatacijski uvjetima. Krivulje raspodjele opterećenja (slika 16.)

međusobno se, u različitim uporabnim uvjetima, bitno razlikuju. Na slici su prikazane krivulje

raspodjele okretnog momenta na pogonskim vratilima kotača teretnog motornog vozila. Na

29

apscisi su vrijednosti okretnog momenta, a na ordinati učestalost opterećenja, to jest broj

uočenih opterećenja za prihvaćeni interval [4].

Slika 16. Statistička raspodjela zakretnog momenta na pogonskim vratilima kotača ovisna o uvjetima uporabe

Uočljiva je velika promjena okretnog momenta i po veličini i po pravcu pri uporabi

vozila na lošim, oštećenim putovima, dok se na kvalitetnim cestama ravnomjerno raspoređuje

oko neke srednje vrijednosti. Najpovoljnija raspodjela okretnog momenta (krivulja 6) je pri

vožnji po suvremenim cestama, mijenja se u vrlo malim granicama i uglavnom se kreće oko

15% maksimalnog okretnog momenta (manje dinamičko opterećenje). Pogoršanjem kvalitete

puta okretni moment, pored promjena u sve širim granicama, dobiva i sve veće srednje

vrijednosti (promjena okretnog momenta utječe na transmisiju, spojku i mjenjač). Okretni

moment se također mijenja u širokim granicama i s promjenom opterećenja vozila teretima

koje prevoze, povećano opterećenje i lošija kvaliteta ceste uzrokuju veće rasipanje okretnog

momenta, a srednja se vrijednost približava maksimalnoj.

Stabilnost uvjeta rada se može dobro ocijeniti analizom broja promjena stupnjeva

prijenosa po jedinici prijeđenog puta, odnosno vremena rada. Nestabilni uvjeti rada, kao što

su oštećen kolnik, veliki broj vodoravnih zavoja, velika gustoća prometnog toka na određenoj

dionici, itd., karakteriziraju se velikim brojem promjena stupnjeva prijenosa. U tablici 1 su

prikazani rezultati jednog mjerenja broja promjena stupnjeva prijenosa na 100 kilometara

prijeđenog puta teretnim motornim vozilom [4]

30

Tablica 1. Broj promjena stupnjeva prijenosa u različitim uporabnim uvjetima

Pri pokretanju vozila s mjesta je najveće opterećenje sklopova transmisije (slika 17.),

dok je mnogo manje pri promjeni ostalih stupnjeva prijenosa. Treba naglasiti da se svakom

promjenom stupnja prijenosa mijenja i režim rada motora, pa se uvjeti u kojima je veliki broj

kretanja s mjesta i česte promjene stupnjeva prijenosa smatraju teškim. Intenzitet trošenja i,

općenito, promjene stanja bitno ovise o režimu rada i opterećenju elemenata i sklopova.

Slika 17. Krivulje promjene okretnog momenta na izlazu iz mjenjača:

1 – pri polasku s mjesta; 2 – pri promjeni stupnja prijenosa;

3 – pri vožnji na oštećenoj cesti

31

Razmjerno opterećenju, brzini kretanja (broju okretaja elemenata u sklopu) mijenja

se i intenzitet trošenja elemenata sklopova. Na slici 18. je prikazan utjecaj broja okretaja

koljenastog vratila i srednjeg efektivnog tlaka na intenzitet trošenja nekih elemenata [5].

Slika 18. Utjecaj broja okretaja (n) koljenastog vratila i srednjeg efektivnog tlaka (pe) na intenzitet trošenja elemenata motora

1 – istrošenje cilindra; 2 – klipni prsten;

3 – rukavac koljenastog vratila; 4 – vodilica ventila

Srednji efektivni tlak se mijenja ovisno o masi vozila, putnim uvjetima, brzini

kretanja i prijenosnim odnosima u mjenjaču u granicama od 100 do 700 kPa.

Prikazane ovisnosti trošenja su uvjetovane različitim oblicima trenja spregnutih

elemenata, tlakovima i brzinama kretanja tarnih površina s različitim režimima podmazivanja

i temperature.

Najveće trošenje cilindra motora je u zoni GMT, jer se poslije paljenja smjese i u

taktu ekspanzije enormno povećavaju temperatura i tlak plinova, izgara uljni sloj, stvara se

garež i privremeno nastaje suho trenje klipnog prstena o stjenke cilindra. Trošenje cilindra u

području DMT je višestruko manje.

Cilindar se smatra osnovnim elementom motora, jer se prema njegovoj istrošenosti

može donijeti zaključak o vremenu rada do “generalke” cijelog motora.

32

Putni i transportni uvjeti bitno utječu i na intenzitet trošenja, odnosno vijek trajanja

elemenata sustava za kočenje. Brzina trošenja frikcijskih obloga kočnica se povećava s

povećanjem temperature njihovih površina. Razmjerno broju kočenja, koji su u funkciji

uporabnih uvjeta, mijenja se i temperatura elemenata sustava za kočenje. Slika 19. prikazuje

rezultate mjerenja režima opterećenja kočnica putničkih vozila u SAD.

Slika 19. Energetska bilanca kočenja

Prema analizi energetske bilance kočenja u metalnom se dijelu kočnica akumulira

skoro 50% razvijene količine toplote. Najveća temperatura na tarnim površinama se postiže

ekstremnim kočenjem, kada se za vrlo kratko vrijeme elementima kočenja predaje vrlo velika

toplina. Ako se, za tako kratko vrijeme, apsorbirana toplotna energija ne može odvesti u

okolinu, naglo se na površinama trenja povećava temperatura. Posljedica je pogoršavanje

frikcijskih svojstava materijala, što uzrokuje povećano trošenje (razaranje materijala), a

samim tim i smanjenje momenta kočenja na kotačima [12].

Slika 20. prikazuje smanjenje sile trenja između kočnih elemenata pri povećanju

temperature na kontaktnim površinama. Već pri temperaturi od 100 °C sila trenja čini oko

60% sile trenja na sobnoj temperaturi, a pri temperaturi od 200°C samo oko 35% te

vrijednosti.

33

Slika 20. Promjena sile trenja između elemenata za kočenje u funkciji temperature na površinama tarnog para

5.4. Atmosfersko – klimatski uvjeti

Atmosfersko-klimatski uvjeti se tijekom godine karakteriziraju temperaturom i

vlažnošću zraka, atmosferskim tlakom, vjetrom, sunčanim zračenjem, padalinama i dr. Niske

temperature okoline uzrokuju povećano trošenje elemenata motora pri startanju i u periodu

njegovog zagrijavanja na radnu temperaturu. Smatra se da trošenje u tom periodu, u uvjetima

vrlo niskih temperatura, može biti i do 50% ukupnog trošenja tijekom njegovog vijeka

trajanja.

Slika 21. Utjecaj temperature okoline na promjenu broja otkaza

34

Preniska temperatura motora (“pothlađeni” režim) je uzrok kondenzacije kiselina i

drugih elemenata iz ispušnih plinova čijim se kemijskim djelovanjem intenzivira korozijsko

trošenje. Neutralizacija kiselina (isparavanje) u ulju se postiže pri temperaturi stijenki cilindra

većoj od 140°C, što odgovara temperaturi rashladne tekućine većoj od 80°C. Tada ispareni

sastojci lagano izlaze iz korita motora, pa se njihov utjecaj na trošenje elemenata klipno-

cilindarske grupe bitno smanjuje [13].

Trošenje se u periodu puštanja u rad i dostizanja radne temperature intenzivira i zbog

neodgovarajućih uvjeta podmazivanja. Niske temperature povećavaju viskoznost ulja koje

teže prodire do površina trenja. Trošenje se povećava i zbog kondenziranja neizgorjelog

goriva i vlage na hladnim stjenkama cilindra te ispiranja ulja s njih (-20°C – polusuho trenje).

Smanjenje brzine trošenja motora je moguće postići kraćim periodom dostizanja

radne temperature. Sva novija vozila su konstrukcijski osposobljena za skraćivanje vremena

dostizanja radne temperature, prije svega uključivanjem i isključivanjem ventilatora hlađenja

na temperaturnim optimumima.

Kod većine cestovnih vozila radna temperatura je 80 - 95°C, kada je brzina trošenja

elemenata najmanja.

Slika 22. Ovisnost trošenja o radnoj temperaturi motora

35

Radna temperatura motora ovisi o mnogo čimbenika ( temperatura okoline, režim

rada, opterećenje, ispravnost sustava za hlađenje i paljenje, itd.), pa je u realnim uvjetima

često ispod optimuma (većina korisnika pazi samo na pregrijavanje). Međutim, “pothlađeni”

režim rada smanjuje vijek trajanja motora. U takvim uvjetima razvija se agresivno

elektrokemijsko i korozijsko-mehaničko trošenje, koje, za oko 5 puta (30 °C), može smanjiti

resurs motora u odnosu na rad pri optimalnim temperaturama [7].

Na slici 23. je prikazan utjecaj temperature motora na intenzitet trošenja. Usporedba

pokazuje rezultate trošenja cilindra motora koji je radio 30 000 kilometara u normalnoj

eksploataciji (1) s cilindrom motora koji je programirano radio s temperaturom rashladne

tekućine od 40 - 50°C, konstantnim opterećenjem 50% i brojem okretaja od 2000 o/min (2).

Uočljivo je puno veće trošenje u drugom slučaju, a osnovni uzrok je rad na puno nižoj

temperaturi od optimalne.

Slika 23. Utjecaj radne temperature motora na intenzitet trošenja

Pri niskim temperaturama je povećan intenzitet trošenja i elemenata i sklopova

transmisije i sustava za upravljanje, kada su pogoršani uvjeti podmazivanja zbog povećanja

viskoznosti ulja, te zbog stvaranja dodatnih otpora pri kretanju s mjesta.

36

Uporaba cestovnih vozila u ljetnim uvjetima, kada su visoke temperature, uzrokuje

manje teškoća, ali postoji opasnost od pregrijavanja. Zbog toga treba obratiti pozornost na

ispravnost elemenata sustava za hlađenje ili paljenje, te na težinu putnih i transportnih uvjeta.

Kod visokih temperatura se pogoršavaju uvjeti izgaranja i veća je oksidacija ulja u koje

prodiru produkti nepotpunog izgaranja.

Visoka temperatura i veće sunčevo zračenje uzrokuju brže starenje gumenih i

plastičnih materijala.

5.5. Kultura uporabe cestovnih vozila

Ovdje se podrazumijeva cjelokupan rad svih čimbenika tijekom eksploatacije vozila,

odnosno utjecaj menadžmenta, kvalitete procesa održavanja i vozača u pogledu njihovog

odnosa prema transportnim sredstvima.

O menadžmentu (uprava – organizacija eksploatacije) ovisi odgovarajuća organizacija

rada, izbor i nabava optimalnih transportnih sredstava (po vrsti, tipu, ekonomičnosti,

pouzdanosti, …), izbor kvalitetnih vozača, transportnog puta, odgovarajuće organizacije

održavanja, nabava odgovarajućeg eksploatacijskog materijala (mazivo, gorivo, …), itd.

Izvršenje transportnog zadatka uz racionalno korištenje vozila u mnogome ovisi o

kvaliteti vozača. Zbog toga bi pri izboru vozača trebalo voditi računa o njegovim

karakteristikama, kao što su: profesionalna sklonost, kvalifikacija, uzrast, fizičko i

zdravstveno stanje i slično.

Dobro obučen i kvalitetan vozač bitno utječe na pouzdanost vozila kroz racionalnu

uporabu (racionalni režimi rada) u svim uvjetima s gledišta smanjenja intenziteta trošenja,

ekonomičnosti, sigurnosti i slično.

Kvalitetan vozač će, također, kvalitetno opsluživati i kontinuirano pratiti stanje svih

agregata i podsustava vozila, te blagovremeno poduzimati potrebne preventivne radnje

(pritezanja, podešavanja, manji popravci, čišćenje, podmazivanje, …) i redovito izvještavati

službu održavanja o mogućim pojavama poremećaja u radu i kvarovima.

37

Način vožnje bitno utječe na nivo opterećenja, intenzitet trošenja, ekonomičnost, itd.,

to jest na pokazatelje pouzdanosti vozila. Tri su najčešće korištena načina vožnje transportnih

sredstava: impulsno, s približno konstantnom brzinom i kombinirano. Promjena brzine vozila

tijekom cijelog vremena rada je karakteristika impulsnog načina vožnje (zalet – kočenje).

Jasno da ovakav način vožnje, obzirom na pouzdanost i ekonomičnost, nije dobar, jer brzina

trošenja ne ovisi toliko o apsolutnim vrijednostima opterećenja i temperature koliko o

neravnomjernosti promjene snage, temperature, brzine, itd. Za vozilo su najnepovoljniji

neustaljeni režimi rada, a ovakvim načinom vožnje svi agregati vozila uglavnom rade baš pod

ovim režimom.

Vožnja s približno konstantnom brzinom je bitno povoljniji način vožnje, jer je to

uglavnom ustaljeni režim rada motora, koliko to konkretni uvjeti dozvoljavaju. Kvalitetni i

dobro obučeni vozači najčešće primjenjuju kombinirani način vožnje, to jest racionalno

kombiniraju prva dva.

Početni pokazatelji vještine vozača se mogu znatno poboljšati odgovarajućom

dopunskom obukom (slika 24.).

Slika 24. Promjena pokazatelja vještine vozača nakon obuke

O načinu kretanja s mjesta kao i promjeni stupnja prijenosa ovisi i opterećenje motora

i sklopova transmisije. Kretanje s mjesta se karakterizira brzim prelaskom sklopova (motor i

38

transmisija) iz jednog u drugo stanje što izaziva povećanje okretnog momenta i više od

očekivanog. Između ostalog, to ovisi o načinu polaska s mjesta, odnosno prije svega o

vremenu uključivanja spojke. Opterećenje transmisije je mnogo veće pri polasku s mjesta

“poskakivanjem” nego ravnomjernim kretanjem u teškim putni uvjetima (slika 25) [1].

Osposobljenost vozača utječe i na ocjenu stanja vozila na temelju informacija o

njegovom „ponašanju“ tijekom uporabe, te blagovremeno poduzimanje odgovarajućih mjera

u cilju sprječavanja pojave kvara tijekom vršenja zadatka. Manje složene intervencije može

obaviti i sam vozač, a kompliciranije treba prijaviti službi eksploatacije i održavanja. Na ovaj

se način znatno može utjecati na broj kvarova i teška oštećenja tijekom rada i manje ukupne

troškove održavanja i obnavljanja.

Slika 25. Krivulje promjene okretnog momenta na kardanskom vratilu pri polasku s mjesta u različitim uvjetima [1]

1 – u normalnim putnim uvjetima, 2 – u teškim putnim uvjetima, 3 – naglo kretanje

4 – kretanje “poskakivanjem”

Izrazito veliki utjecaj na pouzdanost vozila vozači imaju tijekom opsluživanja (pranje,

čišćenje, popuna eksploatacijskim materijalima,…). Vrlo je važno spriječiti unošenje

abrazivnih čestica u motor putem goriva, ulja, zraka i općenito iz okoline tijekom rada ili

održavanja, jer uzrokuju abrazivno trošenje njegovih elemenata (slika 26.) [8]. Količina

čestica koje uđu u motor ovisi o čistoći zraka iz okoline kao i o ispravnosti i efikasnosti

pročistača zraka, ulja i goriva, a također i o kvaliteti brtvljenja između elemenata.

39

Uporaba neodgovarajućeg goriva, maziva, specijalnih tekućina i slično, također

doprinosi bržoj promjeni stanja elemenata i sklopova vozila. Primjena odgovarajućih

eksploatacijskih materijala je jedan od pokazatelja kulture uporabe cestovnih vozila.

Slika 26. Utjecaj koncentracije prašine u zraku na intenzitet trošenja motora [8]

Kvalitetnim održavanjem i obnavljanjem sklopova vozila održava se njihova kvaliteta

kroz dulji period uporabe (pouzdanost). Nivo obavljenih postupaka održavanja i obnavljanja

znatno ovisi o mjestu izvođenja, raspoloživoj opremi i kvaliteti djelatnika za održavanje. Najveći nivo pouzdanosti se postiže održavanjem u stacionarnim, dobro opremljenim

radionicama, gdje se mogu zadovoljiti strogi zahtjevi kvalitete obnavljanja. Neodgovarajuće

održavanje vozila narušava uvjete optimalnog odvijanja radnih procesa. U kvaliteti

održavanja leži velika rezerva za povećanje narušene pouzdanosti vozila tijekom

eksploatacije.

Eksploatacijski uvjeti znatno utječu i na vijek trajanja pneumatika, koji ovisi o

unutarnjem tlaku, opterećenju, brzini vožnje, stanju kolovoza, kvaliteti puta, klimatskim

uvjetima, kvaliteti vožnje i slično.

Smanjenje tlaka u pneumaticima uzrokuje intenzivnije trošenje protektora,

pregrijavanje i raslojavanje zbog neravnomjerne raspodjele specifičnog tlaka u ravnini

kontakta. Pneumatik se na taj način deformira tako da se srednji pojas iskrivljuje prema

unutra, a cijeli se teret prenosi preko krajnjih zona protektora (slika 27. i 28.).

Prevelikim unutarnjim tlakom se cijelo opterećenje prenosi na srednji pojas

pneumatika, pa se on intenzivnije troši. U ovom slučaju, osobito pri nailasku na prepreke

40

zbog koncentracije opterećenja na manjem dijelu pneumatika, može doći do cijepanja

karkasa.

Preopterećenje pneumatika ima slične posljedice koje se javljaju i pri eksploataciji

pneumatika s povećanim tlakom.

Slika 27. Utjecaj uvjeta uporabe na vijek trajanja pneumatika

Zbog većih brzina i zagrijavanje pneumatika je znatnije, pa je trošenje protektora

izraženije, jer se zbog zagrijavanja znatno smanjuje otpornost na trošenje. Utjecaj putnih i

klimatskih uvjeta ovisi o tipu i stanju kolovoza, uzdužnom i poprečnom profilu ceste, veličini

i broju zavoja i slično. Neravnine na cesti su uzrok većeg dinamičkog opterećenja

pneumatika, a povećano trošenje se javlja i pri vožnji na usponima i nizbrdicama zbog

preraspodjele tereta po osovinama, djelovanja bočnih sila i čestih kočenja i ubrzanja.

41

Slika 28. Površine nalijeganja pneumatika

Intenzivnije trošenje pneumatika zbog smanjenja čvrstoće materijala (temperatura) je

u ljetnom periodu, a u zimskim uvjetima intenzitet trošenja je manji.

Jedan od glavnih uzroka smanjenja vijeka trajanja pneumatika je način vožnje. U

ovom slučaju su osnovni uzroci trošenja naglo kretanje s mjesta, naglo kočenje, prekoračenje

dozvoljenih brzina, velike brzine u zavojima i preko prepreka, itd.

Vrlo veliki utjecaj na intenzitet trošenja pneumatika ima neodgovarajuća geometrija

kotača, kao i „neizbalansiranost“ kotača, oštećenja naplataka, nepravilna montaža i

demontaža, nepravilna raspodjela tereta koji se prevozi, doticaj s naftnim derivatima tijekom

eksploatacije i slično.

42

6. LITERATURA

1. Borak, Đ., Janković, S.: Istraživanje režima opterećenja prenosnika snage terenskih motornih vozila, Beograd, 1987.

2. Čala, I.: Održavanje opreme, Inženjerski priručnik 4, treći svezak, Školska knjiga, Zagreb, 2002.

3. Duboka, Č.: Tehnologije održavanja vozila I, Mašinski fakultet, Beograd, 1992. 4. Gold, B.V. i dr.: Pročnost i dolgovečnost avtomobilja, „Mašinostroenie“, Moskva,

1974. 5. Govorušenko, N. J.: Tehničeskaja ekspluatacija avtomobilei, Viša škola, Harkov,

1984. 6. Grigorjev, Ponomarov: Trošenje i dugovečnost automobilskih motora,

„Transport“, Moskva, 1978. 7. Grupa autora: Tehničeskaja ekspluatacija avotmobilei, „Transport“, Moskva,

1972. 8. Konarčuk, V. E.: Dugovečnost i trošenje motora pri dinamičkim režimima rada,

„Transport“, Moskva, 1976. 9. Maček, I. Primjena pogonskih sredstava, II dio, Tribologija i maziva, TŠC,

Zagreb, 1978. 10. Papić, V., Mijailović, R., Momčilović, V.: Transportna sredstva i održavanje,

Saobraćajni fakultet, Beograd, 2007. 11. Rotenberg, R. V.: Osnovi nadežnosti sistem voditel-avtomobil-doroga-sreda,

„Mašinostroenie“, Moskva, 1986. 12. Todorović, J.: Istraživanje osnovnih karakteristika pouzdanosti frikcijskih obloga

kočnica u uslovima eksploatacije teških motornih vozila, doktorska disertacija, Beograd, 1972.

13. Zdanovski, N. S., Nikolaenko, A. V.: Nadežnost i dolgovečnost avtotraktornih dvigateli, „Kolos“, Lenjingrad, 1981.