TOMASZ STAWICKI ①, PAWEŁ SĘDŁAK ①, ADAM KONIUSZY ①

The testing of the influence of the roughness of the crankshaft journal upon the durability of the crankshaft bearing in engines of agricultural machines

Badanie wpływu chropowatości czopa na trwałość łożyskowań mechanizmu korbowego silników maszyn rolniczych

Key words

Tribological tests, linear wear, durability, reliability, roughness.

Słowa kluczowe

Badania tribologiczne, zużycie liniowe, trwałość, niezawodność, chropowatość.

Summary

In the process of the operation of agricultural tractors and harvesters, it is necessary to perform periodical technical service related to the repair of the crankshaft bearings in Diesel engines. The solutions applied in machine finishing of crankshaft journals regenerated by grinding, make it necessary to run the same in operation, which results from the fact that working surfaces are not suitable for the conditions of use. Therefore, testing was initiated in order to establish whether the roughness of working surfaces of crankshaft journals obtained as a result of the repairs may have a considerable influence upon the limitation of durability of the journal-bushing sliding joint. Wear tests were performed in the model arrangement constituting material representation and, in the case of crankshaft journals, also the geometrical representation of real parts. The wear tests were performed for established sliding and load values with the assumption of variable roughness of roller modelling the crankshaft journals. On the basis of the statistical evaluation of the test results, it was shown that there is a significant relationship between the initial condition of microgeometry of the rollers as described by values of average arithmetic deviation of the profile from the medium line (parameter Ra) and the measure of linear use of the bush material of the sample.
V45, nr 4, (164), 2010

Streszczenie

W procesie eksploatacji ciągników rolniczych i kombajnów zbożowych zachodzi potrzeba okresowego wykonania obsługi technicznej w zakresie naprawy łożyskowań mechanizmu korbowego silników spalinowych. Stosowane rozwiązania techniczne w zakresie obróbki wykańczającej, regenerowanych szlifowaniem czopów wałów korbowych wymuszają jednak potrzebę ich docierania eksploatacyjnego, co jest efektem nieprzystosowania powierzchni roboczych do warunków użytkowania. W związku z tym podjęto badania zmierzające do ustalenia, czy uzyskiwany w naprawach stan chropowatości powierzchni roboczych czopów wałów korbowych może istotnie wpływać na ograniczenie trwałości węzła ślizgowego czop–panewka. Wykonano badania zużyciowe w układzie modelowym stanowiącym odwzorowanie materiałowe, a w przypadku czopów również geometryczne części rzeczywistych. Testy zużyciowe realizowano przy ustalonych wartościach prędkości ślizgania i obciążenia, przyjmując za zmienną chropowatość powierzchni rolek modelujących czopy wały korbowego. Na podstawie oceny statystycznej wyników badań wykazano, że istnieje istotna zależność między stanem początkowym mikrogeometrii rolek, opisanym wartościami średniego arytmetycznego odchylenia profilu od linii średniej (parametr Ra), a miarą liniowego zużycia materiału panewkowego próbki.
① Agrotechnical System Engineering; Szczecin University of Technology; Papieża Pawła VI 1 Street, 71-459 Szczecin, Poland; e-mail: .
spmom-10v45n4_p-007.pdf (410K)



STANISŁAW ŚCIESZKA ①, WOJCIECH GRZEGORZEK ①, MARCEL ŻOŁNIERZ ①

Laboratory methods for combined testing of abrasiveness, grindability and wear in coal processing systems

Metody laboratoryjne do łącznego badania własności ściernych, kruszalności i zużycia w systemach przeróbki węgla

Key words

Abrasiveness, grindability, wear resistance.

Słowa kluczowe

Własności ścierne, kruszalność, odporność na zużycie.

Summary

Laboratory methods were developed which involved the use of the three new rigs simulating the grinding action found in the majority of existing types of coal mills. All three rigs combine abrasion and erosion in comminution process. The objective of this investigation was to develop a tests procedure that would be suitable for general use in estimating the abrasiveness of particular coal, and to study the abrasive wear in various grinding systems. Three separate industrial problems involving coal grinding were investigated by means of the novel apparatus. The results from the relatively simply laboratory procedures, designed and operated according to the principles of similarity, may be used to predict the service life of grinding machine elements. The tribo-testing procedure and apparatus can be used to evaluate the abrasiveness of any granular coal and for testing the wear resistance of any material in abrasive or erosive action.
V45, nr 4, (164), 2010

Streszczenie

Opracowano metody laboratoryjne, które dotyczą wykorzystania trzech nowych testerów symulujących proces mielenia, jaki zachodzi w większości typów istniejących młynów węglowych. Wszystkie trzy testery łączą ścieranie i erozję z rozdrabnianiem. Przedmiotem tego badania było opracowanie procedury badań, która nadawałaby się do powszechnego stosowania w szacowaniu własności ściernych określonego węgla i do badania zużycia ściernego w różnych systemach mielących. Za pomocą nowej aparatury badano trzy odrębne problemy przemysłowe dotyczące kruszalności węgla. Wyniki z relatywnie prostych procedur laboratoryjnych, zaprojektowanych i przeprowadzonych zgodnie z zasadami podobieństwa, mogą być wykorzystane do prognozowania trwałości eksploatacyjnej elementów młynów węglowych. Tribologiczne procedury badawcze i aparatura mogą być wykorzystane do oceny własności ściernych dowolnego węgla i do badania odporności na zużycie dowolnego materiału konstrukcyjnego pracującego w warunkach dominującego procesu zużycia ściernego lub erozyjnego.
① Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology, Institute of Mining Mechanisation, Akademicka 2A Street, 44-100 Gliwice, Poland; e-mail: .
spmom-10v45n4_p-019.pdf (1.1M)



STANISŁAW ŚCIESZKA ①, WOJCIECH GRZEGORZEK ①, MARCEL ŻOŁNIERZ ①

Simulative tribo-testing of erosive wear for coal impact mills

Badania symulacyjne zużycia erozyjnego w węglowych młynach udarowych

Key words

Abrasion and erosion wear, grinding action.

Słowa kluczowe

Zużycie ścierne i erozyjne, proces mielenia.

Summary

In some lignite-fired power stations, very high wear appears in the impact mills and in related processing equipment such as classifier flaps, splitters, and fuel pipe bends. In the power industry, abrasion and erosion wear are important cost generating factors during the conveyance of raw coal, during the coal grinding process, during the conveyance of pulverised fuel, and during the conveyance of ash. Three laboratory methods were developed that require the use of three separate rigs to simulate the following: a) grinding action and erosion wear in the coal impact mills, b) classifier flap erosion wear by solid coal fuel particles impingement, and c) coal fuel pipe bends and splitters erosion wear.
V45, nr 4, (164), 2010

Streszczenie

W niektórych elektrowniach opalanych węglem brunatnym pojawia się bardzo duże zużycie w młynach udarowych i związanych z nimi urządzeń, takich jak klapy sortownika, łupiarki i łuki przewodów paliwowych. W przemyśle energetycznym zużycie ścierne i erozyjne są ważnymi czynnikami generującymi koszty podczas transportu węgla surowego, podczas procesu kruszenia węgla, podczas podawania sproszkowanego paliwa do kotłów i podczas transportu popiołu. Opracowano trzy laboratoryjne metody badawcze oraz trzy odrębne testery: a) symulujący proces mielenia i zużycie erozyjne w węglowych młynach udarowych, b) symulujący zużycie erozyjne klap sortownika przez udar cząstek stałych paliwa węglowego, c) symulujący zużycie erozyjne na łukach przewodów paliwa węglowego oraz na rozdzielaczach.
① Silesian University of Technology, Faculty of Mining and Geology, Institute of Mining Mechanisation, Akademicka 2A Street, 44-100 Gliwice, Poland; e-mail: .
spmom-10v45n4_p-037.pdf (5.4M)



WOJCIECH ŻUROWSKI ①

Wear research on frictional couples of C80U/145Cr6 under conditions of stabilized friction area temperature

Badania zużycia skojarzenia tarciowego C80U/145Cr6 w warunkach stabilizacji temperatury w strefie tarcia

Key words

Tribological wear, wear resistance, dry friction.

Słowa kluczowe

Zużycie tribologiczne, odporność na zużywanie, tarcie suche.

Summary

Research into wear resistance is based on analysing thermodynamic transformations in an open thermodynamic system and is designed to determine conditions under which a system shows the greatest resistance. The verification of theoretical considerations makes possible the utilisation of suitable exploratory positions. At present, a new device has been built to test the resistance of interface systems. In this paper, the design and research possibilities of the new tester are discussed. The device is a modified pin-on-disk system modelling typical working conditions of a disc braking system or a disc clutching system, but with control over the temperature of the friction zone. Beside the mechanical part, the stand is equipped with a cryo-circulator used for setting and stabilising temperatures in the friction zone.
Structurally, the new tester uses a physical model that assumes that the tribological system is able to exchange energy and matter with its environment, where friction is the cause of all transformations in the system and on its boundaries. The friction increases the system's internal energy and its dissipation as heat that compensates for mechanical dissipation, that is, wear.
Data presented in handbooks concerning tribological properties of materials are given for operating conditions in positive temperatures, which may lead to errors when the data are employed to select materials for friction joints working in low temperatures. Our device enables the prediction of low-temperature tribological behaviour of friction couple materials.
The research has proven that there is a precise temperature at which a given matching of materials shows minimum wear, e.g. -25°C for the tribosystem C80U/145Cr6.
V45, nr 4, (164), 2010

Streszczenie

Badania odporności na zużywanie opierają się na analizie przemian termodynamicznych zachodzących w systemie termodynamicznym otwartym. Celem opisanych w artykule badań jest stwierdzenie, w jakich warunkach układ trący uzyskuje największą odporność. Weryfikację rozważań teoretycznych umożliwia wykorzystanie odpowiednich stanowisk badawczych.
Wykonane zostało nowe urządzenie służące do badań odporności układów sprzęgających. W artykule omówiono jego konstrukcję oraz możliwości badawcze. Jest to zmodyfikowany układ typu trzpień-tarcza modelujący typowe warunki pracy tarczowego mechanizmu hamulcowego lub sprzęgłowego, ale z wymuszeniem temperatury strefy tarcia. Oprócz części mechanicznej stanowisko wyposażone jest w kriocyrkulator służący do ustalania i stabilizowania temperatury w strefie tarcia.
Założenia konstrukcyjne nowego testera opierają się na modelu fizycznym zakładającym, że system tribologiczny jest w stanie wymieniać energię i materię z otoczeniem, przy czym przyczyną wszelkich przemian zachodzących w systemie i na jego granicach jest praca tarcia. Wywołuje ona wzrost energii wewnętrznej układu, a także jej dyssypację na sposób ciepła kompensująca dyssypację mechaniczną, czyli zużywanie.
Dane zawarte w katalogach materiałowych dotyczące właściwości tribologicznych materiałów podawane są dla warunków pracy w temperaturach dodatnich, co może być błędne w przypadku ich wykorzystania przy doborze materiałów na pary tarciowe przeznaczone do pracy w niskich temperaturach. Urządzenie pozwala na sporządzenie niskotemperaturowych charakterystyk tribologicznych par tarciowych.
W wyniku przeprowadzonych badań wykazano, że istnieje temperatura, w której dane skojarzenie materiałowe wykazuje minimum zużycia, np. dla skojarzenia C80U/145Cr6 jest to 25°C.
① Faculty of Mechanical Engineering, Technical University of Radom, 29 Malczewskiego Street, 26-600 Radom, Poland; e-mail: .
spmom-10v45n4_p-055.pdf (2.6M)



HENRYK TOMASZEK ①, MICHAŁ JASZTAL ②

Outline of a method for fatigue life determination for selected aircraft’s elements

Zarys metody oceny trwałości wybranych elementów konstrukcji statku powietrznego

Key words

Fatigue life, Paris’ equation, constant and variable amplitude loading.

Słowa kluczowe

Trwałość zmęczeniowa, równanie Parisa, stało- oraz zmiennoamplitudowe widmo obciążenia.

Summary

This paper describes a method for the evaluation of the fatigue life of a structural component of an aircraft for constant and variable amplitude loading, using deterministic description of fatigue crack growth based on Paris equation with corrective coefficients. The coefficients take into consideration crack and element geometry and phenomena connected with variable amplitude loading effects. Final equations for fatigue life calculations were carried out for two special cases: when the exponent of the Paris formula is m = 2 and m = 4. Examples show the application of the method and indicate numerical verification of the mathematical model.
V45, nr 4, (164), 2010

Streszczenie

W artykule zaprezentowano sposób analitycznego wyznaczenia trwałości zmęczeniowej elementów konstrukcyjnych dla przypadku obciążenia cyklami jednorodnymi oraz dla zmiennego widma obciążenia. Opis deterministyczny rozwoju pęknięcia oparto na zależności Parisa zawierającej współczynniki korekcyjne uwzględniające geometrię elementu oraz geometrię pęknięcia, a także zjawiska związane z oddziaływaniem zmiennego widma obciążenia. Zależności końcowe na trwałość zmęczeniową zostały wyznaczone dla dwóch przypadków szczególnych, gdy wykładnik równania Parisa m = 2 oraz m = 4. Przedstawiony przykład obliczeniowy pozwolił na przeprowadzenie weryfikacji liczbowej opracowanego modelu oraz zobrazował aplikacyjny charakter opracowanej metody.
① Air Force Institute of Technology, Księcia Bolesława 6 Street, 01-494 Warsaw, Poland.
② Military University of Technology, Kaliskiego 2 Street, 00-908 Warsaw, Poland, , tel. +48 22 683 77 89.
spmom-10v45n4_p-071.pdf (485K)


^

STANISŁAW MROZIŃSKI ①, JÓZEF SZALA ①

Problem of cyclic hardening or softening in metals under programmed loading

Zagadnienie cyklicznego umocnienia lub osłabienia metali w warunkach obciążenia programowanego

Key words

Fatigue life, cyclic properties, cyclic softening and hardening, fatigue tests.

Słowa kluczowe

Trwałość zmęczeniowa, cykliczne własności, cykliczne osłabienie lub umocnienie, testy zmęczeniowe.

Summary

Problem of cyclic hardening or softening in metals and their alloys has been known for over 40 years. Despite such a long period of time there is lack of the of universal models describing these processes. The basis of their valuation are experimental tests carried out under constant amplitude sinusoidal loadings. The tests can be performed under constant stress amplitude or constant strain amplitude. These conditions are not equivalent for the range of loadings, where the law of the linear relation of stress from strain is not valid. The problem of the cyclic hardening or softening in metals and their alloys becomes significantly complex in the case of variable amplitude loadings, typical for operating loadings of construction elements.
In the paper there was described the investigating of cyclic properties of three alloys: PA7 aluminium alloy strongly hardening cyclically, 30HGSA alloy steel strongly softening cyclically and C45 constructional steel which, depending on loading level, undergoes cyclic softening or cyclic hardening. The tests were carried out under programmed loadings with gradually increasing stress amplitude.

Streszczenie

Zjawisko cyklicznego umocnienia lub osłabienia metali i ich stopów jest znane od ponad 40 lat. Mimo tak długiego okresu badań brak jest ogólnego opisu uniwersalnych modeli tych zjawisk. Podstawą w ich ocenie są badania doświadczalne prowadzone w warunkach obciążeń sinusoidalnych stałoamplitudowych. Wyróżnia się badania ze stałą amplitudą naprężenia lub stałą amplitudą odkształcenia. Warunki te nie są równoważne w zakresie obciążeń, w których nie obowiązuje prawo liniowej zależności naprężenia od odkształcenia. Zagadnienie cyklicznego umocnienia lub osłabienia metali oraz ich stopów istotnie komplikuje się w przypadku zmiennoamplitudowych obciążeń, które są charakterystyczne dla obciążeń eksploatacyjnych elementów konstrukcyjnych.
W pracy opisano badania własności cyklicznych trzech stopów metali: stopu aluminium PA7 silnie umacniającego się cyklicznie, stali stopowej 30HGSA- podlegającej silnemu cyklicznemu osłabieniu oraz stali konstrukcyjnej C45, która w zależności od poziomu obciążenia ulega cyklicznemu osłabieniu lub cyklicznemu umocnieniu. Badania przeprowadzono w warunkach programowanych obciążeń ze stopniowo rosnącą amplitudą naprężenia.
① University of Technology and Life Sciences in Bydgoszcz, al. prof. S. Kaliskiego 7, 85-796 Bydgoszcz, Poland.
spmom-10v45n4_p-083.pdf (631K)