Удосконалення математичної моделі визначення ресурсу моторно-осьових підшипиків локомотивів із гідравлічною системою змащування

Abstract

UA: У статті подано удосконалену математичну модель визначення ресурсу моторно-осьових підшипників локомотивів з урахуванням нестаціонарних режимів роботи, змінності швидкісних характеристик і особливостей змащування. Запропоновано узагальнений підхід щодо визначення інтенсивності зносу, що поєднує граничний і гідродинамічний режими тертя і враховує вплив контактних навантажень, температури та властивостей мастильного матеріалу. Встановлено швидкісну залежність інтенсивності зношування та визначено найбільш несприятливі режими експлуатації. Отримано аналітичну залежність ресурсу моторно-осьового підшипника за шляхом тертя, що дає змогу виконувати прогнозування довговічності та обґрунтовувати заходи з удосконалення системи змащування.

EN: This paper presents an improved mathematical model for determining the service life of locomotive axle journal bearings operating under non-stationary loading and lubrication conditions. Unlike conventional stationary approaches, the proposed model accounts for variable speed regimes, fluctuating contact pressures, changes in lubrication modes, and temperaturedependent lubricant properties. A generalized wear intensity model has been developed by combining a modified Archard-type relationship for boundary lubrication with a viscosity-dependent expression for hydrodynamic lubrication. The overall wear rate is defined as a weighted function of boundary and hydrodynamic regimes, where the weighting coefficient reflects the proportion of boundary friction occurring under specific operating conditions. This approach allows a more realistic description of wear evolution in locomotive axle bearings, which operate under alternating traction, transient, and steady-speed regimes. The study demonstrates that wear intensity exhibits a pronounced dependence on locomotive speed. The most severe wear conditions occur in the low-speed range (10–20 km/h), where boundary and mixed lubrication dominate. In contrast, at higher speeds (40–70 km/h), stabilization of the hydrodynamic lubrication regime significantly reduces wear intensity—by more than an order of magnitude compared to low-speed operation. It has been established that increasing the diametral clearance shifts operating conditions toward more severe friction regimes, leading to higher friction coefficients and accelerated wear. Optimal clearance values promote stable hydrodynamic film formation and improved load distribution. An analytical expression for bearing life based on sliding distance has been derived, linking permissible wear, sliding velocity, and total wear intensity. The proposed model enables quantitative assessment of the influence of operating speed, material properties, lubricant viscosity, additive concentration, and temperature on bearing durability. The developed methodology provides a scientific basis for predicting overhaul intervals of locomotives, optimizing lubrication systems, and selecting advanced lubricants with enhanced tribological performance.