Cichy reduktor w Tarpanie Honkerze – czy to jest możliwe?

Dźwięk pracującego reduktora jest związany zarówno z Tarpanami Honkerami 4011/4021 jak i późniejszymi wersjami 4012/4022 produkowanymi w poznańskiej FSR. Niektórzy nazywają go potwornym, trudnym do zniesienia hałasem, inni gwizdem, wyciem lub nawet śpiewem, który nasila się w czasie przyspieszania i szybkiej jazdy. Dobra informacja jest jednak taka, że jest sposób aby honkerowy reduktor tej generacji znacznie przyciszyć i jednocześnie poprawić jego niezawodność.

Do zajęcia się tematem skłoniły mnie dwa ważne czynniki. Pierwszy (kluczowy) to uwagi małżonki na zbyt duży hałas w czasie jazdy. A drugi, bardziej przypadkowy. Nabyłem dodatkowy reduktor. Miał być on urządzeniem 2 generacji, czyli z założenia cichszym. Niestety okazało się, że elementy składowe przedstawiły ów reduktor jako maszynę pierwszej generacji, czyli taką jaką miałem zamontowaną w swoim Tarpanie Honkerze 4012. Już podczas wymiany łożysk w reduktorze, który mieliśmy wmontowany w samochodzie w trakcie odbudowy pojazdu, moją uwagę zwróciły typy łożysk zastosowane w reduktorze. Zastanowił mnie ich, jak na mój gust i wiedzę błędny dobór. Wtedy jednak nie miałem czasu analizować tego zagadnienia dokładniej, ponieważ głównym założeniem było jak najszybsze doprowadzenie pojazdu do stanu jeżdżącego. Teraz mając już sprawny pojazd miałem więcej czasu aby zastanowić się nad przyczynami głośnej pracy reduktora, której doświadczyliśmy podczas jazd rodzinnych. Założyłem zatem, że jeśli uda mi się naprawić niepoprawny sposób łożyskowania to parametry użytkowe reduktora powinny się odczuwalnie poprawić. W ten sposób zaangażowałem się w projekt „cichy reduktor 1 generacji w Tarpanie Honkerze”. Dla celów porównawczych tuż przed wymianą reduktora na zmodyfikowany wykonaliśmy nagranie przejazdu z reduktorem sprzed modyfikacji. Oto i ono:

Jak widać, a raczej słychać – cicho nie było. Złe wrażenie wzrastało wraz z prędkością, a jazda powyżej 50km/h stawała się trudna do zniesienia na dłuższą metę. Zabrałem się więc za usystematyzowanie dostępnych informacji na temat reduktorów stosowanych w Tarpanach Honkerach 4011, 4012, a później w Honkerach 2324 i 2000. Z oczywistych względów zająłem się tylko i wyłącznie reduktorami produkowanymi przez Polmo Gniezno, a nie reduktorem Borg Warner, który był okazjonalnie montowany w niektórych pojazdach.

Reduktory przed 1 generacją

Pierwsze reduktory użyte w samochodzie prototypowym PW1 były urządzeniami bazującymi konstrukcją na skrzyniach biegów oraz reduktorach produkowanych przez np. fabrykę w Tczewie oraz wykorzystywanych w samochodach produkcji radzieckiej (np. UAZ, ZIŁ 157).

Były to przekładnie z kołami zębatymi o zębach prostych. Zastosowano w nich proste łożyskowanie bazujące na łożyskach kulkowych oraz łożyskach rolkowych.

Jako, że na odlewach wszystkich korpusów reduktorów znajdują się oznaczenia FSR (Fabryka Samochodów Rolniczych w Poznaniu) można przypuszczać, że formy oraz przekładnie prototypowe były produkowane w Poznaniu. W okresie późniejszym ich już seryjne wytwarzanie realizowane było natomiast w zakładach POLMO w Gnieźnie.

W instrukcji użytkownika Tarpana Honkera 4011 i 4021 wymieniane są dwa typy reduktorów:

1)            Napęd na 4 koła z mechanizmem różnicowym międzyosiowym

2)            Napęd na tył z opcją dołączania napędu na przód (bardzo rzadko spotykana wersja później zastąpiona przez reduktor Borg Warner)

Na rysunkach poglądowych we wspomnianej wyżej instrukcji z 1989 roku koła zębate w reduktorach oznaczone są jako koła o zębach prostych. Natomiast w skrzyni biegów ten element ma zęby skośne. Podobną sytuację mamy też w katalogach części zamiennych – tam także zaznaczone są koła o zębach prostych na wszystkich wałkach reduktora.

Reduktory 1 generacji (1989 – 1996)

Najprawdopodobniej jeszcze w czasie testów prototypu zdecydowano o wprowadzeniu zmian w reduktorze. Zmieniono koła zębate o zębach prostych na koła zębate o zębach skośnych (ok. 20 stopni).

Zabieg ten z jednej strony wzmocnił koła zębate poprzez zwiększenie powierzchni współpracy, z drugiej strony wprowadził na wałki reduktora, nie obecne wcześniej, siły osiowe. Wówczas nie było to dużym problemem. W związku z tym można przypuszczać, iż zmiana rodzaju zębów nie miała wpływu na pogorszenie komfortu jazdy (głównie hałasu), ponieważ w tamtym czasie samochody wyposażane były w silnik benzynowy o pojemności 1500 cm3. Napędzany silnikiem benzynowym samochód nie rozwijał dużych prędkości i tym samym nie obciążał nadmiernie reduktora. Dlatego też z dużą dozą prawdopodobieństwa można stwierdzić, że uciążliwe gwizdy nie objawiły się zespołowi odpowiedzialnemu za wdrożenie modyfikacji. A być może zadaniem ekipy inżynierów było jedynie wzmocnienie kół zębatych. To zadanie zostało wykonane, niestety kosztem obniżenia komfortu jazdy. Stało się to mocno zauważalne po zastosowaniu mocniejszych jednostek napędowych w późniejszych latach.

Na początku lat 90. ubiegłego wieku stwierdzono iż należy do pojazdu zastosować mocniejszy silnik tym razem Diesla. Wówczas to do użytkowników trafiły nowe wersje samochodu oznaczone jako 4012 i 4022. Auta wyposażono w niezawodne silniki wysokoprężne Iveco Sofim 2,5 i Iveco Sofim 2,5 TD. W porównaniu z jednostką benzynową zapewniały one wyższą moc oraz większy moment obrotowy. Reduktorom przyszło się zatem mierzyć z zupełnie nowymi dla nich zakresami pracy. Były one bardzo wymagające dla łożysk wałka pośredniego.

Na wałku wejściowym i wyjściowym występują łożyska rolkowe oraz kulkowe, które są w stanie przenieść występujące siły osiowe kosztem nadmiernego zużywania się łożysk kulkowych. Natomiast na wałku pośrednim zastosowano 2 łożyska rolkowe. Przenoszą one tylko obciążenia promieniowe, zatem siły osiowe zmieniają ich pracę w pewnym zakresie z tocznej na ślizgową i prowadzą do ich dużo szybszego zużycia. Efektem towarzyszącym jest powstający uciążliwy hałas. Pojawia się on jako informacja o nieprawidłowo działającym układzie.

Owy gwizd (lub jak kto woli wycie) osiąga swój moment kulminacyjny w momencie kiedy auto jest rozpędzane przy prędkości powyżej 40-50 km/h. Obciążenia, które powstają powyżej tych obrotów powodują, że klin smarny na łożyskach rolkowych (bocznych powierzchniach rolek które pracują ślizgowo, a nie tocznie) zaczyna być zrywany przez siły osiowe. Łożyska trą bokiem rolek o podkładki oporowe. Występuje zatem tarcie suche lub mieszane zamiast ślizgowego, a tym samym pojawiają się wibracje. Powodują one coraz głośniejsze wycie. Nasila się ono wraz ze wzrostem prędkości i tym samym większym obciążeniem reduktora. Natomiast jeśli przerwiemy proces przyspieszania i ustabilizujemy prędkość (auto nie będzie ani zwalniać, ani przyspieszać) – reduktor przestanie wyć, ponieważ przestają na niego oddziaływać wysokie obciążenia z jakimi ma do czynienia w chwilach nabierania rozpędu.

Warto również dodać, że tarcie boków rolek negatywnie wpływa na żywotność łożysk rolkowych wałka pośredniego oraz oleju przekładniowego, który jest degradowany przez styk z przegrzewającym się łożyskiem.

Reduktory 2 generacji

Prawdopodobnie u schyłku produkcji Tarpanów Honkerów 4012 w fabryce w Poznaniu, czyli około 1995 roku zdecydowano się na wyeliminowanie opisanej powyżej niedoskonałości. W samochodach zaczęto montować zmodyfikowany konstrukcyjnie reduktor, tzw. reduktor 2 generacji.

Zmiany między reduktorami 1 i 2 generacji były poważne, choć z zewnątrz niewidoczne. Zmodyfikowano między innymi koła zębate poprzez zwiększenie pochylenia zębów do ok. 40 stopni. Dzięki temu możliwe było zwiększenie liczby zębów, a to przełożyło się z kolei na zwiększenie wytrzymałości tych elementów i co bardzo ważne obniżono także natężenie hałasu generowane przez przekładnie zębatą.

Efektem wprowadzonych zmian były też większe siły osiowe na wałkach reduktora. Zmieniono zatem łożyskowanie wałka pośredniego. Zamiast jednego z łożysk rolkowych zastosowano łożysko baryłkowe dwurzędowe.

Niestety, trudno powiedzieć dlaczego, ale nie wprowadzono zmian w łożyskowaniu wałków wejściowego oraz wyjściowego. Użyte tam łożyska przeznaczone są do kół zębatych z zębami prostymi.

Kolejną zmianą było skrócenie wałka wejściowego, który najprawdopodobniej we wcześniejszych wersjach był wydłużony oraz posiadał wieloklin do łatwego zastosowania z przystawką odbioru mocy (np. dodatkowy alternator, pompa hydrauliczna, wyciągarka itp). W reduktorach 2 generacji zrezygnowano z tej opcji kończąc wałek na łożysku. Uproszczono również łożyskowanie ślizgowe kół zębatych wałka wejściowego co niestety negatywnie wpłynęło na jego żywotność.

Wszystkie opisane zmiany wprowadzono bez konieczności zmiany kształtów odlewów obudowy reduktora oraz pokryw łożysk. Dla dzisiejszych użytkowników Tarpanów Honkerów oznacza to, że w teorii mechanizmy wewnętrzne są wymienne w kompletach między reduktorami wszystkich generacji. Trzeba jednak wziąć pod uwagę, że położenie jednego z pierścieni osadczych może być inne w reduktorach 1 a 2 i 3 generacji.

Reduktory 3 generacji

Tym sposobem docieramy do XXI wieku, kiedy to następuje kolejna, już trzecia zmiana w reduktorach. Tym razem miała jednak charakter bardziej kosmetyczny. Tak jak było to już wskazane w reduktorach pierwszej i drugiej generacji koła zębate biegu szosowego i terenowego oraz wałka wejściowego były łożyskowane na łożyskach ślizgowych. W czasie prac modyfikacyjnych generacji drugiej uproszczono mechanizm smarowania tych łożysk. To było prawdopodobnie najczęściej przyczyną ich szybkiego zacierania się w przypadku braku okresowych wymian oleju przekładniowego lub też eksploatacji auta z jego niskim poziomem. W czasie prac modyfikacyjnych zdecydowano się zatem na zamianę łożysk ślizgowych na igiełkowe.

Trudno powiedzieć czym tak naprawdę się kierowano, bo ulepszenie nie miało pozytywnego wpływu na łożyskowanie kół zębatych wałka wejściowego. Przyczyną tego stanu rzeczy był ograniczony dostęp oleju przekładniowego do łożysk igiełkowych. Bardzo trudne lub nawet nie możliwe było też samoistne usuwanie zanieczyszczeń spowodowanych pracą i korozją. Z tego też powodu większość regeneracji reduktorów tej generacji kończyła się zmianą łożyskowania na łożyska ślizgowe, czyli niejako cofnięciem modyfikacji.

Zmiana łożyskowania na dostosowane do kół zębatych o zębach skośnych.

W tym momencie można pokusić się o konkluzję. Wszystko co zostało wyżej powiedziane jednoznacznie wskazuje na to, iż przez cały okres produkcji reduktorów nikt poważnie nie zastanawiał się nad przyczyną głośnej pracy i wysoką ich awaryjnością. Być może nie było woli do wprowadzania modyfikacji likwidującej stwierdzone niedomagania. Już przed 1989 roku po zmianie typu kół zębatych całe łożyskowanie powinno zostać przerobione na takie, które może swobodnie przenosić siły osiowe.

W większości reduktorów gdzie zastosowano koła zębate o zębach skośnych stosuje się łożyska stożkowe (rolkowe skośne), które przy odpowiednim napięciu są w stanie przenieść zarówno znaczne obciążenia osiowe, jak i promieniowe. (zdjęcie ze strony www.szarbia.com)

W ramach modyfikacji reduktora pierwszej generacji wykonałem zmianę łożyskowania na takie, które powinno być zastosowane w tych reduktorach. Wszystkie trzy wałki zostały wyposażone w łożyska stożkowe oraz wyregulowane pomiędzy pokrywami, aby uzyskać ich odpowiednie napięcie wstępne. Po zamontowaniu reduktora postanowiłem przeprowadzić test drogowy. Jego filmowy i jednocześnie dźwiękowy zapis prezentuję poniżej. Z resztą zobaczcie sami:

Różnica w poziomie głośności jest zauważalna. Zastosowanie odpowiednich łożysk w bardzo dużej mierze wyciszyło pracę reduktora, a charakterystyczne wycie, gwizdanie jest słyszalne w bardzo małym zakresie naturalnym dla przekładni zębatych. W takiej postaci autem bez uciążliwości związanych z hałasem można pokonywać zdecydowanie większe odległości. Test drogowy wykazał bowiem, że reduktor pierwszej generacji przestał wyć przy prędkościach powyżej 40-50km/h i tym samym zapewnia bardzo podobny komfort podróżowania jak reduktor drugiej generacji, z którym miałem okazje porównywać komfort jazdy.

Podsumowując, moim zdaniem najprostszą i jednocześnie najbardziej skuteczną metodą wyciszenia honkerowego reduktora jest modyfikacja trzech wałków. Polega ona na dostosowaniu ich wymiarów do takich jakich wymagają łożyska stożkowe. Z teoretycznego punktu widzenia zastosowanie łożysk stożkowych powinno również wydłużyć żywotność i trwałość całego układu. To jednak będzie można potwierdzić dopiero po pewnym czasie. Niewątpliwie zmiana pozytywnie wpływa na zwiększenie komfortu podróżowania. Różnica naprawdę jest duża, a radość z rozwiązania problemu też cieszy. Wszystkich zainteresowanych szczegółami zapraszam do kontaktu za pośrednictwem mediów społecznościowych.

Tomasz Hryniów

P.S. Podziękowania dla Wojtka Wojasa za pomoc w pozyskaniu materiałów oraz podzielenie się wiedzą i materiałami zdjęciowymi na temat poszczególnych wersji reduktora, dla Jarka Chojnackiego za pomoc w redakcji moich nieuporządkowanych myśli, obróbkę filmów oraz dla Żony za wsparcie przy realizacji projektu.