Анализ триботехнических свойств и сравнительная оценка полимерных материалов и резины, применяемых в подвижном составе

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.

1. Курзина Е. Г. Совершенствование демпфирующих упругих полимерных элементов ходовых частей грузового вагона // Дис… канд. техн. наук. – М.: МИИТ, 2019. − 228 с.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.