vestnikvniizhtВестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (ВЕСТНИК ВНИИЖТ)RUSSIAN RAILWAY SCIENCE JOURNAL2223-97312713-2560Joint Stock Company "Railway Research Institute"10.21780/2223-9731-2022-81-4-330-338vestnikvniizht-650Research ArticleТехнические средства железнодорожного транспортаTECHNICAL MEANS OF RAILWAY TRANSPORTМонометаллические моторно-осевые подшипники тепловозов: замена материала с бронзы на комплексно-легированный алюминиевый сплавMonometallic motor-axial bearings of diesel locomotives: replacing bronze with complex aluminium alloyhttps://orcid.org/0000-0002-4406-145XМироновА. Е.MironovA. E.

Александр Евгеньевич МИРОНОВ, канд. техн. наук, ведущий научный сотрудник, научный центр «Электрификация и теплоэнергетика»

129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10

Alexander E. MIRONOV, Cand. of Sci. (Engineering), Leading Researcher, Electrification and Thermal Power Engineering Researcher Centre

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

https://orcid.org/0000-0002-6370-1440ГершманИ. С.GershmanI. S.

Иосиф Сергеевич ГЕРШМАН, д-р техн. наук, главный научный сотрудник, научный центр «Электрификация и теплоэнергетика»

129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10

Iosif S. GERSHMAN, Dr. of Sci. (Engineering), Chief Researcher, Electrification and Thermal Power Engineering Researcher Centre

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

gershman.iosif@vniizht.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9473-5435КрыловА. А.KrylovA. A.

Антон Александрович КРЫЛОВ, директор научного центра «Электрификация и теплоэнергетика»

129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10

Anton A. KRYLOV, Director of the Electrification and Thermal Power Engineering Researcher Centre

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

https://orcid.org/0000-0001-6038-3435МусерскийП. О.MuserskiyP. O.

Прокопий Олегович МУСЕРСКИЙ, ведущий технолог, научный центр «Электрификация и теплоэнергетика»

129626, г. Москва, ул. 3-я Мытищинская, д. 10

Prokopiy O. MUSERSKIY, Leading Technologist, Electrification and Thermal Power Engineering Researcher Centre

129626, Moscow, 10, 3rd Mytishchinskaya St.

Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (ВНИИЖТ)РоссияRailway Research InstituteRussian Federation202229122022814330338Copyright © Миронов А.Е., Гершман И.С., Крылов А.А., Мусерский П.О., 20222022Миронов А.Е., Гершман И.С., Крылов А.А., Мусерский П.О.Mironov a.E., Gershman I.S., Krylov A.A., Muserskiy P.O.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.journal-vniizht.ru/jour/article/view/650

Введение. Замена материала монометаллических моторно-осевых подшипников, изготовляемых в настоящее время, с бронзы на алюминиевый сплав целесообразна для повышения безопасности движения в связи с более высокой надежностью и экономичностью таких подшипников.Материалы и методы. Рассмотрены материалы монометаллических моторно-осевых подшипников — бронзы и предлагаемых комплексно-легированных алюминиево-оловянных сплавов. Стандартными методами определены механические свойства: предел прочности на растяжение, относительное удлинение (пластичность), твердость по Бринеллю, ударная вязкость. Антифрикционные свойства (прирабатываемость, задиростойкость, износостойкость антифрикционного сплава и сопряженной с ним стали, температура нагрева поверхности стали и коэффициент трения) определялись по методикам ВНИИЖТ, утвержденным ОАО «РЖД», на машине трения СМЦ-2. С дизельным маслом М-14В2 испытаны бронза и три марки алюминиевых сплавов, а с осевым маслом — бронза, баббит Б16 и одна марка алюминиевого сплава.Результаты. В результате исследований показана возможность замены бронзы на комплексно-легированные алюминиевые сплавы как по экономическим показателям, так и по антифрикционным свойствам. Проведено сравнение механических свойств, по большинству из которых алюминиевые сплавы превосходят или не уступают бронзе. Исключением является пластичность, по значениям которой бронза превосходит предлагаемые сплавы.Обсуждение и заключение. По комплексу служебных характеристик, полученных при лабораторных исследованиях, представляется целесообразной замена бронзы на комплексно-легированный алюминиевый антифрикционный сплав. Окончательное решение о подобной замене может быть принято после стендовых и эксплуатационных испытаний моторно-осевых подшипников на тепловозах.

Introduction. Replacing the material of monometallic motor-axial bearings currently manufactured from bronze to aluminium alloy is advisable to improve traffic safety due to the higher reliability and efficiency of such bearings.Materials and methods. This article studies the materials of monometallic motor-axial bearings, bronze and the proposed complex aluminium-tin alloys. Mechanical properties are determined by standard methods: tensile strength, relative elongation (ductility), Brinell hardness, impact strength. Antifriction properties (abradability, score resistance, wear resistance of the antifriction alloy and the steel associated with it, the heating temperature of the steel surface and the coefficient of friction) were determined according to the methods of the Railway Research Institute approved by JSC Russian Railways on the SMTs-2 friction machine. Bronze and three grades of aluminium alloys were tested with M-14V2 diesel oil, and bronze, B16 babbitt and one grade of aluminium alloy were tested with axial oil.Results. This research shows the possibility of replacing bronze with complex-alloyed aluminium alloys both in terms of economic indicators and antifriction properties. A comparison of mechanical properties is carried out, in most of which aluminium alloys are found superior or not inferior to bronze. The exception is ductility, in terms of which bronze surpasses the proposed alloys.Discussion and conclusion. According to the complex of service characteristics obtained in laboratory studies, it seems expedient to replace bronze with complex aluminium antifriction alloy. The final decision on such a replacement could be made after bench and operational tests of motor-axial bearings on diesel locomotives.

моторно-осевые подшипники тепловозовбронзаалюминиевые сплавымеханические свойстваантифрикционные свойстваэкономическая эффективностьстендовые и эксплуатационные испытанияmotor-axial bearings of diesel locomotivesbronzealuminium alloysmechanical propertiesantifriction propertieseconomic efficiencybench and operational testsReferencesГОСТ 613–79. Бронзы оловянные литейные. Марки [Электронный ресурс]: дата введения 1980-01-01. URL: https://rags.ru/gosts/gost/31486 (дата обращения: 12.09.2022).GOST 613–79. Bronzy olovyannye liteynye. Marki [Tin foundry bronzes. Grades]. Introduction date: 1980-01-01. URL: https://rags.ru/gosts/gost/31486 (access date: 12.09.2022). (In Russ.).Рудницкий Н. М. Материалы автотракторных подшипников скольжения. М.: Машиностроение, 1965. 164 с.Rudnitskiy N. M. Materialy avtotraktornykh podshipnikov skol'zheniya [Materials of autotractor plain bearings]. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 1965. 164 p. (In Russ.).Никифоров В. А. Состав и свойства трущихся деталей из цветных металлов на тепловозах и повышение их качества с учетом структурной самоорганизации: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01. М., 2003. 30 с.Nikiforov V. A. Sostav i svoystva trushchikhsya detaley iz tsvetnykh metallov na teplovozakh i povyshenie ikh kachestva s uchetom strukturnoy samoorganizatsii [Composition and properties of rubbing parts made of non-ferrous metals on diesel locomotives and improving their quality, taking into account structural selforganization]. Cand. of Sci (Engineering) thesis synopsis: 05.02.01. Moscow; 2003. 30 p. (In Russ.).Миронов А. Е., Никифоров В. А. О качестве бронзовых вкладышей моторно-осевых подшипников тепловозов // Вестник Всероссийского научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2003. № 1. С. 35–40.Mironov A. E., Nikiforov V. A. O kachestve bronzovykh vkladyshey motorno-osevykh podshipnikov teplovozov [On the quality of bronze liners of motor-axial bearings for diesel locomotives]. Vestnik Vserossijskogo nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta (Vestnik VNIIZhT) = Russian Railway Science Journal. 2003;(1):35-40. (In Russ.).Буше Н. А. Подшипниковые сплавы для подвижного состава. М.: Транспорт, 1967. 224 с.Bushe N. A. Podshipnikovye splavy dlya podvizhnogo sostava [Bearing alloys for rolling stock]. Moscow: Transport Publ.; 1967. 224 p. (In Russ.).Ребиндер П. А., Лих тман В. А., Ма сленников В. В. Облегчение деформации металлических монокристаллов под влиянием адсорбции поверхностно-активных веществ // Доклады Академии наук СССР. 1941. Т. 32, № 2. С. 125.Rebinder P. A., Likhtman V. A., Maslennikov V. V. Oblegchenie deformatsii metallicheskikh monokristallov pod vliyaniem adsorbtsii poverkhnostno-aktivnykh veshchestv [Facilitation of deformation of metal single crystals under the influence of adsorption of surface-active substances]. Doklady Akademii nauk SSSR = Reports of the Academy of Sciences of the USSR. 1941;32(2):125. (In Russ.).Буше Н. А. Трение, износ и усталость в машинах. М.: Транспорт, 1987. 223 с.Bushe N. A. Trenie, iznos i ustalost' v mashinakh [Friction, wear and fatigue in machines]. Moscow: Transport Publ.; 1987. 223 p. (In Russ.).Khons a r i M. M., Boos e r E. R. Applied Tribology: Вearing Design and Lubrication. 3rd Edition. New York: Wiley, 2017. 672 p.Khonsari M. M., Booser E. R. Applied Tribology: Vearing Design and Lubrication. 3rd Edition. New York: Wiley; 2017. 672 p.Основы трибологии (трение, износ, смазка): учеб. для технических вузов / А.В. Чичинадзе [и др.]; под общ. ред. А. В. Чичинадзе. 2-е изд. М.: Машиностроение, 2001. 664 с.Chichinadze A. V., Braun E. D., Bushe N. A. et al. Osnovy tribologii (trenie, iznos, smazka) [Fundamentals of tribology (friction, wear, lubrication)]. Textbook. 2nd ed. Moscow: Mashinostroenie Publ.; 2001. 664 p. (In Russ.).Lor enz N., Of fne r G., Knaus O. Thermal analysis of hydrodynamic lubrication journal bearings in internal combustion engines // Proceedings of the Institution of mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-Body Dynamics. 2017. Vol. 231 (3). P. 406–419. https://doi.org/10.1177/146441931769387.Lorenz N., Offner G., Knaus O. Thermal analysis of hydro-dynamic lubrication journal bearings in internal combustion engines. Proceedings of the Institution of mechanical Engineers, Part K: Journal of Multi-Body Dynamics. 2017;231(3):406-419. https://doi.org/10.1177/146441931769387. (In Russ.).Скрябин В. А. Особенности применения подшипников скольжения в технологических машинах // Машиностроитель. 2015. № 8. С. 8–21.Skryabin V. A. Osobennosti primeneniya podshipnikov skol'zheniya v tekhnologicheskikh mashinakh [Features of the use of plain bearings in technological machines]. Mashinostroitel' = Mechanic Engineer. 2015;(8):8-21. (In Russ.).Анализ путей совершенствования и технологии изготовления подшипников коленчатого вала тепловозных дизелей / С. М. Захаров [и др.] // Тяжелое машиностроение. 2015. № 6. С. 11–18.Zakharov S. M., Mironov A. E., Ermolaev A. A., Skvortsov A. E. Analiz putey sovershenstvovaniya i tekhnologii izgotovleniya podshipnikov kolenchatogo vala teplovoznykh dizeley [Analysis of ways to improve and the technology for the manufacture of crankshaft bearings for diesel locomotives]. Tyazheloe mashinostroenie = Heavy Engineering. 2015;(6):11-18. (In Russ.).Захаров С. М., Никитин А. П., Загорянск и й Ю. А. Подшипники коленчатых валов тепловозных дизелей. М.: Транспорт, 1981. 181 с.Zakharov S. M., Nikitin A. P., Zagoryanskiy Yu. A. Podshipniki kolenchatykh valov teplovoznykh dizeley [Bearings of crankshafts of diesel locomotives]. Moscow: Transport Publ.; 1981. 181 p. (In Russ.).Cheng K., Rowe W. B. A selection strategy for the design of externally pressurized journal bearings // Tribology International. 2007. Vol. 28, no. 7. P. 465–474. https://doi.org/10.1016/0301-679X(95)00011-R.Cheng K., Rowe W. B. A selection strategy for the design of externally pressurized journal bearings. Tribology International. 2007;28(7):465-474. https://doi.org/10.1016/0301-679X(95)00011-R.Алюминиевые сплавы антифрикционного назначения / Н. А. Белов [и др.]; под ред. А. Е. Миронова [и др.]. М.: Изд. Дом «МИСиС», 2016. 222 с.Belov N. A., Gershman E. I., Gershman I. S. et al. Alyuminievye splavy antifriktsionnogo naznacheniya [Aluminum antifriction alloys]. Moscow: MISiS Publ.; 2016. 222 p. (In Russ.).Pratt G. C. Materials for plain bearings // International Metallurgical Reviews. 1973. Vol. 18 (2). P. 62–88.Pratt G. C. Materials for plain bearings. International Metallurgical Reviews. 1973;18(2):62-88. (In Russ.).Буше Н. А. Трение, износ и усталость в машинах: Транспортная техника: учеб. для вузов ж.-д. транспорта. М.: Транспорт, 1987. 223 с.Bushe N. A. Trenie, iznos i ustalost' v mashinakh: Transportnaya tekhnika [Friction, wear and fatigue in machines: Transport technology]. Textbook. Moscow: Transport Publ.; 1987. 223 p. (In Russ.).Ра с с адин Ю. А., Рудницкий Н. М., Авинян Ю. Л. Повышение качества алюминиевых антифрикционных сплавов введением в них свинца // Повышение качества и надежности биметаллических подшипников: [сб. ст.] / [под ред. В. А. Ротенберга]. М.: ЦНИИТЭИ Тракторсельхозмаш, 1972. С. 30–35. (Технология и автоматизация производственных процессов).Rassadin Yu. A., Rudnitskiy N. M., Avinyan Yu. L. Povyshenie kachestva alyuminievykh antifriktsionnykh splavov vvedeniem v nikh svintsa [Improving the quality of aluminum antifriction alloys by introducing lead into them]. Povyshenie kachestva i nadezhnosti bimetallicheskikh podshipnikov [Improving the quality and reliability of bimetallic bearings]. Collection of articles, ed. by V. A. Rotenberg. Moscow: TsNIITEI Traktorsel'khozmash Publ.; 1972. P. 30–35. (In Russ.).Маркова Т. Ф. Антифрикционные материалы системы Al – Pb – Sn для подшипников скольжения транспортных дизелей: автореф. дис. … канд. техн. наук: 05.02.01. М., 1986. 23 с.Markova T. F. Antifriktsionnye materialy sistemy Al – Pb – Sn dlya podshipnikov skol'zheniya transportnykh dizeley [Anti-friction Al – Pb – Sn materials for plain bearings of transport diesel engines]. Cand. of Sci. (Engineering) thesis synopsis: 05.02.01. Moscow; 1986. 23 p. (In Russ.).Tribological and Structural study of new aluminum based antifriction material / I. I. Kurbatkin [et al.] // Journal of Friction and Wear. 2014. Vol. 35, no. 2. P. 93–97. https://doi.org/10.3103/S106836661402007X.Kurbatkin I. I., Belov N. A., Ozerskiy O. N. et al. Tribological and Structural study of new aluminum based antifriction material. Journal of Friction and Wear. 2014;35(2):93-97. https://doi.org/10.3103/S106836661402007X.Phase composition and structure of aluminum Al – Cu – Si – Sn – Pb alloys / N. A. Belov [et al.] // The physics of metals and metallography. 2016. Vol. 117 (6). P. 570–587. https://link.springer.com/article/10.1134/S0031918X16040025.Belov N. A., Stolyarova O. O., Murav'eva T. I., Zagorskii D. L. Phase composition and structure of aluminum Al – Cu – Si – Sn – Pb alloys. The physics of metals and metallography. 2016;117(6):570-587. https://link.springer.com/article/10.1134/S0031918X16040025.Столярова О. О. Обоснование состава и структуры литейных антифрикционных алюминиевых сплавов, легированных легкоплавкими металлами: дис. … канд. техн. наук: 05.16.01. М., 2016. 217 с.Stolyarova O. O. Obosnovanie sostava i struktury liteynykh antifriktsionnykh alyuminievykh splavov, legirovannykh legkoplavkimi metallami [Substantiation of the composition and structure of cast antifriction aluminium alloys alloyed with low-melting metals]. Cand. of Sci. (Engineering) thesis: 05.16.01. Moscow; 2016. 217 p. (In Russ.).Миронов А. Е., Котова Е. Г. Разработка новых марок литейных алюминиевых антифрикционных сплавов для замены бронз в узлах трения // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. С. 1136–1140.Mironov A. E., Kotova E. G. Razrabotka novykh marok liteynykh alyuminievykh antifriktsionnykh splavov dlya zameny bronz v uzlakh treniya [Development of new grades of cast aluminium antifriction alloys to replace bronzes in friction units]. Izvestiya Samarskogo nauchnogo tsentra Rossiyskoy akademii nauk = Izvestia of Samara Scientific Center of the Russian Academy of Sciences (Izvestia RAS SamSC). 2011;(13):1136-1140. (In Russ.).Новые антифрикционные алюминиевые сплавы с повышенной способностью к адаптации при трении для монометаллических подшипников скольжения взамен бронз / С. Н. Григорьев [и др.]. М.: МГТУ «СТАНКИН», 2021. 136 с.Grigor'ev S. N., Mironov A. E., Podrabinnik P. A. et al. Novye antifriktsionnye alyuminievye splavy s povyshennoy sposobnost'yu k adaptatsii pri trenii dlya monometallicheskikh podshipnikov skol'zheniya vzamen bronz [New antifriction aluminium alloys with increased ability to adapt to friction for monometallic plain bearings instead of bronzes]. Moscow: MGTU STANKIN Publ.; 2021. 136 p. (In Russ.).Новые антифрикционные алюминиевые сплавы для литых монометаллических подшипников скольжения. Стендовые испытания / А. Е. Миронов [и др.] // Вестник Научно-исследовательского института железнодорожного транспорта (Вестник ВНИИЖТ). 2020. Т. 79, № 4. С. 217–223. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-4-217-223.Mironov A. E., Antyukhin G. G., Gershman E. I. et al. Novye antifriktsionnye alyuminievye splavy dlya litykh monometallicheskikh podshipnikov skol'zheniya. Stendovye ispytaniya [New anti-friction aluminum alloys for cast monometallic plain bearings. Bench tests]. Vestnik Nauchno-issledovatel'skogo instituta zheleznodorozhnogo transporta (Vestnik VNIIZhT) = Russian Railway Science Journal. 2020;79(4):217-223. https://doi.org/10.21780/2223-9731-2020-79-4-217-223. (In Russ.).ГОСТ 1497–84 (ИСО 6892–84). Металлы. Методы испытаний на растяжение [Электронный ресурс]: дата введения 1986-01-01. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200004888 (дата обращения: 12.09.2022).GOST 1497–84 (ISO 6892–84). Metally. Metody ispytaniy na rastyazhenie [Metals. Tensile test methods]. Introduction date: 1986- 01-01. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200004888 (access date: 12.09.2022). (In Russ.).ГОСТ 9454–78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах [Электронный ресурс]: дата введения 1979-01-01. URL: https://docs. cntd.ru/document/1200005045 (дата обращения: 12.09.2022).GOST 9454–78. Metally. Metod ispytaniya na udarnyy izgib pri ponizhennykh, komnatnoy i povyshennykh temperaturakh [Metals. Test method for impact bending at low, room and elevated temperatures]. Introduction date: 1979-01-01. URL: https://docs.cntd.ru/document/1200005045 (access date: 12.09.2022). (In Russ.).

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