mirtrМир транспортаWorld of Transport and Transportation1992-3252Russian University of Transport (RUT)10.30932/1992-3252-2021-19-3-2mirtr-2130Research ArticleНАУКА И ТЕХНИКАSCIENCE AND ENGINEERINGАнализ триботехнических свойств и сравнительная оценка полимерных материалов и резины, применяемых в подвижном составеAnalysis of Tribotechnical Properties and Comparative Evaluation of Polymeric Materials and Rubbers Used in Rolling StockКуликовМ. Ю.KulikovM. Yu.

 доктор технических наук, профессор

Москва  

 D.Sc. (Eng), Professor

Moscow 

muk.56@mail.ruБирюковВ. П.BiryukovV. P.

 кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник

Москва

 Ph.D. (Eng), Leading Researcher

Moscow 

laser-52@yandex.ruПринцА. Н.PrintsA. N.

 младший научный сотрудник

Москва 

 Junior Researcher

Moscow 

tosha.prints.94@mail.ruРоссийский университет транспортаРоссияRussian University of TransportRussian FederationИнститут машиноведения им. А. А. Благонравова РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian FederationИнститут машиноведения им. А. А. Благонравова РАНРоссияMechanical Engineering Research Institute of the Russian Academy of SciencesRussian Federation2021280620211931624Copyright © Куликов М.Ю., Бирюков В.П., Принц А.Н., 20212021Куликов М.Ю., Бирюков В.П., Принц А.Н.Kulikov M.Y., Biryukov V.P., Prints A.N.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://mirtr.elpub.ru/jour/article/view/2130

В узлах трения подвижного состава железных дорог широкое применение находят материалы из резины, которые используются в сальниках, амортизаторах, различных уплотнителях, гофрах, манжетах и иных узлах. В процессе эксплуатации резина подвергается различным механическим воздействиям, которые приводят к износу, трещинам, истиранию, вмятинам, прожогам и прочим повреждениям, что может повлечь за собой отказ всего узла и непредвиденное поступление подвижного состава на неплановый ремонт. Любой отказ на линии и проведение внепланового ремонта несёт за собой большие экономические потери.На данный момент недостаточно изучен вопрос изнашивания материалов из резины в паре трения со сталью с подачей в зону трения смазки и изнашивания свободным и закреплённым абразивом. Продолжаются исследования по возможности замены изделий из резины на другие полимерные материалы, которые после проведения трибологических испытаний имеют значительно лучшие результаты как по показателям коэффициентов трения, так и по механизму изнашивания. Полученные данные дадут возможность выбрать наиболее оптимальные варианты материалов, которые могут выступить в качестве замены стандартным изделиям из резины в узлах трения подвижного состава.В работе представлены результаты трибологических испытаний термопластичных полиуретанов (ТПУ), сверхвысокомолекулярного полиэтилена (СВМПЭ) и полипропилена (ПП2015) в сравнении с резиной на основе бутадиен нитрильного каучука (БНК). Испытания выполнялись по двум схемам «плоскость (исследуемый образец) – втулка» и «плоскость (исследуемый образец) – образующая поверхность резинового диска с подачей в зону трения абразивного зерна».Целью работы является определение зависимости изменения коэффициентов трения от нагрузки и скорости скольжения, а также зависимости давлений схватывания пар трения от скорости, потери массы образцов после испытаний на износ свободным и закреплённым абразивом, морфологии поверхностей износа и механизмов изнашивания полимерных материалов и резины.

Rubber materials are widely used in friction assemblies of railway rolling stock. Rubbers are used oil seals, other various seals, shock absorbers, corrugated hoses, sleeves, sealing rings, etc. During operation, rubbers are exposed to various mechanical influences that cause wear, cracks, abrasion, dents, burnthroughs, etc., which can lead to the failure of the entire unit and unforeseen unscheduled repairs of the rolling stock. Any failure on the route together with unplanned repairs incur heavy economic losses.Currently, the issue of wear of rubbers in rubber-steel tribopairs has not been sufficiently studied in case of supply of lubricant to the friction zone and of wear caused by a free and fixed abrasive. There is ongoing research on the possibility of replacing rubber products with other polymeric materials, which have shown significantly better results in tribological tests, both in terms of friction coefficients and in the wear mechanism. The data obtained will make it possible to choose the most optimal options for materials that can act as a replacement for standard rubber products in rolling stock friction assemblies.The paper presents the results of tribological tests of thermoplastic polyurethanes (TPU), ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE) and polypropylene (PP2015) in comparison with rubber based on nitrile butadiene rubber (NBR). The tests were carried out according to two schemes: «plane (tested sample) – bushing» and «plane (tested sample) – generatrix of a rubber disk with supply of abrasive grain to the friction zone». The objective of the work is to determine the dependence of the change in friction coefficients on load and sliding speed, as well as the dependence of seizure pressures of tribo-pairs on speed, weight loss of samples after wear tests with a free and fixed abrasive, the morphology of wear surfaces, and wear mechanisms of polymer materials and rubbers.

транспортжелезная дорогаподвижной составкоэффициент тренияполимерыдемпфирующий материалтриботехнические свойстваскорость скольженияабразивное изнашиваниеtransportrailwayrolling stockfriction coefficientpolymersdamping materialtribotechnical propertiessliding speedabrasive wearReferencesКурзина Е. Г. Совершенствование демпфирующих упругих полимерных элементов ходовых частей грузового вагона // Дис… канд. техн. наук. – М.: МИИТ, 2019. − 228 с.Kurzina, E. G. Improvement of damping elastic polymer elements of freight wagon running gears. Ph.D. (Eng) thesis [Sovershenstvovanie dempfiruyushchikh uprugikh polimernykh elementov khodovykh chastei gruzovogo vagona. Dis…kand. tekh. nauk]. Moscow, MIIT publ., 2019, 228 p.Tao, Guan; Zhipeng, Hui; Yong, Gao; Kun, Yang. Condition monitoring of PTFE composite material bearing through the correlation between lubricant condition and wear simulation. Fourth International Conference on Transportation Information and Safety (ICTIS), 2017, pp. 1028−1033. DOI: 10.1109/ICTIS.2017.8047896.Tao, Guan; Peng Hui; Yong, Gao; Kun, Yang. Condition monitoring of PTFE composite material bearing through the correlation between lubricant condition and wear simulation. Fourth International Conference on Transportation Information and Safety (ICTIS), 2017, pp. 1028−1033. DOI: 10.1109/ICTIS.2017.8047896.Bingqi, Jiang; Xiaohong, Jia; Zhugang, Wang; Tao, Wange; Fei, Guo; Yuming, Wang. Influence of Thermal Aging in Oil on the Friction and Wear Properties of Nitrile Butadiene Rubber. Tribology Letters, 2019, pp. 67–86. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-019-1201-8.Bingqi, Jiang; Xiaohong, Jia; Zhugang, Wang; Tao, Wange; Fei, Guo; Yuming, Wang. Influence of Thermal Aging in Oil on the Friction and Wear Properties of Nitrile Butadiene Rubber. Tribology Letters, 2019, pp.67–86. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-019-1201-8.Dong, Feng; Ming-xeu, Shen; Xu-dong, Peng; Xiang-kai, Meng. Surface Roughness Effect on the Friction and Wear Behaviour of Acrylonitrile–Butadiene Rubber (NBR) Under Oil Lubrication. Tribology Letters, 2017, рр. 65–10. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-016-0793-5.Dong, Feng; Ming-xeu, Shen; Xu-dong, Peng; Xiangkai, Meng. Surface Roughness Effect on the Friction and Wear Behaviour of Acrylonitrile–Butadiene Rubber (NBR) Under Oil Lubrication. Tribology Letters, 2017, рр. 65–10. DOI: https://doi.org/10.1007/s11249-016-0793-5.Angerhausen, J., Woyciniuk, M., Murrenhoff, H. [et al]. Simulation and experimental validation of translational hydraulic seal wear. Tribology international, 2019, Vol. 134, pp. 296−307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.01.048.Angerhausen, J., Woyciniuk, M., Murrenhoff, H. [et al]. Simulation and experimental validation of translational hydraulic seal wear. Tribology international, 2019, Vol. 134, pp. 96 − 307. DOI: https://doi.org/10.1016/j.triboint.2019.01.048.Balasooriya, W., Schrittesser, B., Chao, Wang; Hausberger, A., Pinter, G., Schwarz, T. Tribological Behavior of HNBR in Oil and Gas Field Applications. Lubricants, 2018, рр. 6–10. DOI:https://doi.org/10.3390/lubricants6010020.Balasooriya, W., Schrittesser, B., Chao, Wang; Hausberger, A., Pinter, G., Schwarz, T. Tribological Behavior of HNBR in Oil and Gas Field Applications. Lubricants, 2018, рр. 6–10. DOI: https://doi.org/10.3390/lubricants6010020.Krasnyi, V. A., Maksarov, V. V. Improving wear resistance of friction assemblies of oil-well pumps having seals from directionally reinforced polymer composites. Chemical and Petroleum Engineering, 2017, Vol. 53, pp. 121−125. DOI: https://doi.org/10.1007/s10556-017-0306-x.Krasnyi, V. A., Maksarov, V. V. Improving wear resistance of friction assemblies of oil-well pumps having seals from directionally reinforced polymer composites. Chemical and Petroleum Engineering, 2017, Vol. 53, pp.121−125. DOI: https://doi.org/10.1007/s10556-017-0306-x.Gheisari, R., Polycarpou, A. A. Tribological performance of graphite-filled polyimide and PTFE composites in oillubricated three-body abrasive conditions. Wear, 2019, pp. 436–437, 203044. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203044.Gheisari, R., Polycarpou, A. A. Tribological performance of graphite-filled polyimide and PTFE composites in oil-lubricated three-body abrasive conditions. Wear, 2019, pp. 436–437, 203044. DOI: https://doi.org/10.1016/j.wear.2019.203044.Jie, Zhou; Blair, B., Argires, J. [et al]. Experimental Performance Study of a High Speed Oil Lubricated Polymer Thrust Bearing. Lubricants, 2015, Vol. 3, pp. 3−13. DOI: https://doi.org/10.3390/lubricants3010003.Jie, Zhou; Blair, B., Argires, J. [et al]. Experimental Performance Study of a High Speed Oil Lubricated Polymer Thrust Bearing. Lubricants, 2015, Vol. 3, pp.3−13. DOI: https://doi.org/10.3390/lubricants3010003.Capanidis, D., Sokolska, J. Effect of pressure and sliding speed on the friction coefficient of polyurethane elastomers (EPUR) of different hardness during their friction on steel when lubricating with grease. Tribologia, 2019, Vol. 5, pp.33−41. DOI: 10.5604/01.3001.0013.6559.Capanidis, D., Sokolska, J. Effect of pressure and sliding speed on the friction coefficient of polyurethane elastomers (EPUR) of different hardness during their friction on steel when lubricating with grease. Tribologia, 2019, Vol. 5, pp.33−41. DOI: 10.5604/01.3001.0013.6559.Guezmil, M., Bensalah, W., Mezlini, S. Tribological behavior of UHMWPE against TiAl6V4 and CoCr28Mo alloys under dry and lubricated conditions. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedica Materials, 2016, Vol.-63, pp. 375−385. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.07.002.Guezmil, M., Bensalah, W., Mezlini, S. Tribological behavior of UHMWPE against TiAl6V4 and CoCr28Mo alloys under dry and lubricated conditions. Journal of the Mechanical Behavior of Biomedica Materials, 2016, Vol.63, pp. 375−385. DOI : https://doi.org/10.1016/j.jmbbm.2016.07.002.Принц А. Н., Бирюков В. П. Исследование трибологических характеристик полимерных материалов при абразивном изнашивании // XXXII Международная инновационная конференция молодых учёных и студентов по проблемам машиноведения: Cб. трудов конференции. – М., 2021. − С. 228−234.Prints, A. N., Biryukov, V. P. Investigation on tribological characteristics of polymer materials during abrasive wear [Issledovanie tribologicheskikh kharakteristik polimernykh materialov pri abrazivnom iznashivanii]. XXXII International Innovative Conference of Young Scientists and Students on Mechanical Engineering Problems: Proceedings of the conference. Moscow, 2021, pp. 228−234.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.