Букса. Введение Состав и структура депо вчд1

• Название: Введение Состав и структура депо вчд1
• Дата: 11.06.2022
• Размер: 1.27 Mb.
• Имя файла: Букса.doc
• Тип: Реферат; #585207
• страница: 2 из 3

4.1. Устройство буксовых узлов

с роликовыми подшипниками

Буксы являются важнейшими элементами ходовых частей вагона, от надежности ко­торых во многом зависит безопасность движения поездов. Буксы располагаются на шей­ках оси и преобразуют вращательное движение колесных пар, обеспечивая продвижение вагона с необходимыми скоростями. Буксы воспринимают и передают колесным парам силы тяжести груженого кузова, а также динамические нагрузки, возникающие при движе­нии вагона. Буксы предохраняют шейки оси от загрязнения и повреждения, являясь резер­вуаром для смазки и местом размещения подшипников, они ограничивают продольные и поперечные перемещения колесных пар относительно рамы тележки.

Работая в таких сложных условиях нагружения и изменяющихся температурных и погод­ных условий окружающей среды, буксы должны обеспечивать минимальное сопротивление вра­щению колесных пар, высокую надежность и безопасность движения вагона. Поэтому к их кон­струкции, техническому обслуживанию и ремонту предъявляют высокие требования., в особен­ности при повышении скорости движения поездов и росте нагрузок от колесных пар вагонов.

В практике вагоностроения получило распространение большое количество типов и конст­рукций букс, которые можно объединить в отдельные группы. В зависимости от типа вагона их подразделяют на буксы грузовых и пассажирских вагонов, предназначенных для обычных, скоро­стных и высокоскоростных поездов. По типу подшипников их подразделяют на буксы с подшип­никами качения и с подшипниками скольжения. По способу посадки внутреннего кольца ролико­вого


подшипника на шейку оси применяют буксы на горячей и на втулочной посадке:. По типу торцевого крепления внутреннего кольца подшипника на шейке оси — с креплением гайкой или шайбой, а некоторые из них оснащаются упругими элементами. По количеству роликовых под­шипников на шейке применяют буксы с одним или двумя роликовыми, а для скоростных и высоко­скоростных вагонов—с дополнительным упорным шариковым подшипниками. Существуют буксы с корпусом и бескорпусные, кассетного типа с коническими подшипниками, а также буксы с упру­гими элементами, смягчающими удары и поглощающими шумовые колебания.

Буксы с подшипниками скольжения подразделяют в зависимости от типа подшипника — с двух- и трехслойным подшипником. По типу смазывающих устройств — на подбивочные, польстерные и с механическими устройствами, имеющими нижнюю или верхнюю систему подачи смазки к шейке оси. По конструкции корпуса буксы применяют с цельным, разъем­ным корпусом и бескорпусные, а по типу крышки — с откидывающейся на шарнире или глухой крышкой, укрепляемой на корпусе на болтах.

Недостатки букс с подшипниками скольжения, приводящие к массовым задержкам поездов из-за перегрева букс, повышению затрат по техническому обслуживанию' и ремон­ту вагона, нарушению безопасности движения поездов послужили причинами перевода пассажирских и грузовых вагонов на буксы с подшипниками качения. С 1960 г. все пасса­жирские, а с 1983 г. все грузовые вагоны выпускают только на роликовых подшипниках.

Оснащение вагонов буксами с подшипниками качения обеспечивает важные преимущества по сравнению с буксами, оборудованными подшипниками скольжения. Основными из них являются: снижение отказов примерно в 10 раз в связи с резким снижением случаев перегрева букс, в результате чего увеличиваются скорости движения поездов и ускоряется оборот вагонов; уменьшается сопро­тивление движению на 20 % при скоростях 60 -70 км/ч, а при трогании с места — в 7—10 раз; сопротивление движению не зависит от времени стоянки поезда и низкой температуры окружающей среды; сокращается расход топлива и электроэнергии локомотивами до 10 %, расход смазки умень­шается примерно в 5 раз; исключается расход подбивочных материалов и баббита; отпадает необходимость в штате станционных смазчиков и в сезонных перезаправках букс, сокращается штаг слеса­рей и осмотрщиков, а также количество пунктов технического обслуживания вагонов; ликвидирует­ся буксосмазочное хозяйство и обслуживающий его персонал и др. Важным преимуществом перево­да вагонов на роликовые подшипники является улучшение экологии и социальных условий работ­ников вагонного хозяйства. В настоящее время в России почти 100 % грузового вагонного парка и все пассажирские вагоны оборудованы буксами с подшипниками качения.

Основными требованиями, предъявляемыми к буксам, являются: обеспечение надеж­ности, безотказности и долговечности работы в экстремальных условиях эксплуатации в течение установленного срока службы; простота выполнения операций по монтажу и де­монтажу буксовых узлов при ремонте; надежная герметизация буксового узла от попада­ния пыли и влаги; обеспечение взаимозаменяемости и унификации деталей и др. Буксы проектируют так, чтобы равнодействующая нагрузка проходила через середину шейки оси. Благодаря этому не возникает дополнительных напряжений в расчетных сечениях оси.

Типовая букса с горячей (глухой подшипниковой) по­садкой внутреннего кольца цилиндрических роликовых под­шипников на шейку оси применяется в современных грузо­вых и пассажирских вагонах. При горячей посадке внутрен­нее кольцо подшипника, имея определенный натяг, нагрева­ется и свободно одевается на шейку оси, а после остывания прочно охватывает шейку. В буксах современных вагонов применяют радиальные роликовые подшипники с коротки­ми цилиндрическими роликами двух типов: однорядные с цилиндрическими роликами и однобортовым внутренним кольцом (рис.4.1, а) однорядные с безбортовым внутрен­ним кольцом и плоским приставным упорным кольцом.

В буксах вагонов прежних лет постройки использовали двухрядные сферические ро­ликовые подшипники на втулочной посадке (рис.4.1, б). Подшипники состоят из наруж­ного / и внутреннего 3 колец, роликов 2 и сепараторов 4. Кольца и ролики изготавливают­ся из сталей марок ШХ4, ШХ15 и ШХ15СГ.

Сталь марки ШХ4 регламентируемой прокаливаемости обладает более высокой твердостью поверхностного слоя и достаточной вязкостью внутренних волокон, что обеспечивает более высо­кую устойчивость хрупкому разрушению по сравнению со сталями марок ШХ15 и ШХ15СГ.

Цилиндрические подшипники просты в изготовлении, стоимость их ниже других ти­пов, но по сравнению» со сферическими они требуют большей точности сборки и тщательной подборки по радиальным зазорам. Радиальная нагрузка, приходящаяся на цилиндрический ролик, распределяется равномерно по всей его рабочей длине, а у сферических подшипников неравномерно, что вызывает повышенные контактные напряжения в месте соприкоснове­ния роликов и дорожек качения колец. В результате сравнения статистических данных эксп­луатации долговечность цилиндрических роликовых подшипников в 6—8 раз выше, чем сфе­рических, при равных габаритах и одинаковой радиальной нагрузке.

Ролики цилиндрического подшипника имеют сфаски на торцах. Для подшипников на горячей посадке ролики с 1973 года изготавливаются с рациональным контактом с по­верхностью дорожек качения колец — так называемой «бомбиной».

Конические роликовые подшипники на железных дорогах находят применение в кассетных буксах.

В буксах грузовых и пассажирских вагонов применяют подшипники на глухой по­садке, а небольшое количество подшипников в буксах грузовых вагонов прежних лет — на втулочной .

Преимуществами букс на глухой подшипниковой посадке являются: снижение массы буксы вследствие отсутствия втулки и уменьшения габаритных размеров подшипника; со­кращение почти в 5 раз затрат труда на монтаж и демонтаж подшипников, а в связи с этим в два с половиной раза снижение эксплуатационных затрат на ремонт букс. Однако при таком способе посадки нередко наблюдается потеря натяга и для успешного его примене­ния требуется соблюдение некоторых условий: обеспечения стабильности размеров внут­ренних колец; применения повышенных натягов; обеспечения длительной эксплуатации букс без снятия внутренних колец с шеек оси; применения нагревателей, обеспечивающих снятие внутренних колец с шеек оси без перегрева и повреждения шеек.



Рис. 4.1. Типы роликовых подшип­ников:

а —- цилиндрический на горя­чей посадке; б—сферический на вту­лочной посадке

Втулочная посадка позволяет расширить поле допусков на размеры шейки оси и отверстия внутреннего кольца, что упрощает технологию монтажа буксы; она не требует индивидуального подбора подшипников к шейке оси но натягу. Между тем, втулочная посадка обладает суще­ственными недостатками: втулка, являясь дополнительной деталью, повышает стоимость под­шипника, так как изготовить внутреннее кольцо с конусным отверстием более сложно, особенно если учесть требование строгого совпадения конусности кольца и закрепительной втулки.

На железных дорогах СНГ получили наибольшее распространение буксы на горя­чей посадке подшипников вследствие их преимуществ.

Современная типовая букса с двумя цилиндрическими роликовыми подшипниками для любого типа грузового вагона может иметь два вида торцевого крепления внутренних колец от продольного сдвига — торцовой корончатой гайкой или тарельчатой шайбой.

Букса с торцевым креплением гайкой (рис. 4.2, а, б) имеет корпус 1 с челюстями 15, в котором размещены передний 2 и задний 3 подшипники с короткими цилиндрическими роликами. Со стороны колеса корпус закрыт лабиринтным уплотнением 4 (съемный лаби­ринт) и 5 (лабиринтное кольцо), а впереди — крепительной 8 и смотровой 10 крышками с болтами 6 и шайбами 9. Крепительная крышка из стали или алюминиевого сплава прочно удерживает наружные кольца роликовых подшипников 2 и 3 в буксе, не позволяя им про­ворачиваться и перемещаться вдоль оси при вращении колесной пары.

Внутренние кольца подшипников закреплены на шейке оси с торца корончатой гайкой 11, стопорной планкой 13 и болтами 12. Между корпусом буксы 1 и крепительной крышкой 8 с крепительными болтами 16 установлено уплотнительное кольцо 7, обеспечивающее герметиза­цию буксового узла.

Внутренняя полость буксы заполнена консистентной смазкой, обеспечивающей надежную работу подшипников в сложных условиях их нагружения. Другой вариант торцевого крепления внутренних колец подшипников отличается следующими особенностями (рис. 4.2, б).



Рис. 4.2. Букса грузового вагона с двумя цилиндрическими роликовыми подшипниками:

а - конструкция; б — торцевое крепление внутреннего кольца корончатой гайкой; в -— торцевое крепление внутреннего

кольца тарельчатой шайбой
К торцу шейки оси тремя или четырьмя (варианты) болтами 21 крепится тарельчатая шайба 17, которая своими выступающими краями нажимает на приставное кольцо 18 и прочно закрепляет внутрен­ние кольца подшипников 19 и 20 на шейке оси 14, удерживая их от продольного сдвига при дей­ствии осевых нагрузок. Такое крепление обладает повышенной надежностью в эксплуатации.

Корпус буксы в грузовых вагонах может изготавливаться из стали или алюминиевого сплава. Стальной корпус буксы представляет собой отливку из стали марок 20ФЛ, 20ГЛ. С целью получения мелкозернистой структуры отливки корпуса подвергаются термичес­кой обработке.

Особенность конструкции буксы пассажирского вагона заключается в том, что в нижней части корпуса (рис. 4.3) отлиты заодно с ним кронштейны I с отверстиями 2 для пропуска шпинтонов, укрепленных на раме тележки. Кронштейны предназначены для размещения пружин буксового подвешивания. Свод корпуса буксы имеет перемен­ное сечение для рационального распределения нагрузок на ролики цилиндрических под­шипников. Передняя часть корпуса позволяет устанавливать рсдукторно-карданный привод подвагонного генератора.

В потолке корпуса буксы имеется несквозное отверстие с резьбой М16 х 1,5 мм, служа­щее для крепления термодатчика контроля за состоянием буксы при движении вагона. Зад­няя часть корпуса буксы выполнена как одно целое с лабиринтной частью.


Рис. 4.3. Корпус буксы пассажирского вагона

4.2. Неисправности буксовых узлов

с роликовыми подшипниками

Одной из основных закономерностей повреждаемости буксовых узлов является четкая зависимость роста числа отказов в 1,5...2 раза в осенне-зимний период времени. Эта закономерность отказов бук­совых узлов связывается с влиянием температуры окружающего воздуха, изменениями в состоянии верхнего строения пути и соот­ветствующим ростом действующих силовых факторов.

Другая закономерность состоит в том, что в первые 2...3 месяца экс­плуатации буксовых узлов после ревизии число отказов также значи­тельно выше, чем в последующей период. Это объясняется тем, что в первый период выявляются отказы, связанные с недостаточно качествен­но выполненным подбором и монтажом буксовых узлов, а также вза­имной приработкой всех основных сборочных единиц буксового узла.

Одним из дефектов буксовых узлов является ослабление и разру­шение торцевого крепления подшипников. Причиной этой неисправ­ности является жесткая передача осевых нагрузок торцами роли­ков на приставной борт и на торцевое крепление. При этом передача осевых нагрузок происходит в несвойственном для подшипника качения режиме трения скольжения торца ролика по приставному борту, часто в условиях, когда смазка не обеспечивает надежного разделения трущихся поверхностей. Такой дефект может появить­ся также в результате нарушений технологии изготовления резьбо­вой части оси, монтажа буксовых узлов и ремонта колесных пар.

Это приводит в начале к ослаблению затяжки гайки из-за износов и деформации резьбы. Дальнейшая работа ослабленного тор­цевого крепления сопряжена с большими напряжениями во впади­не под первым витком резьбы, образованием трещины в основании резьбы и срезом первого витка.

Такой вид повреждений имеет тенденцию к дальнейшему росту в связи с увеличением скорости движения и повышения использо­вания грузоподъемности вагона.

Поэтому для увеличения прочности и надежности торцевого крепления в варианте с торцевой гайкой целесообразно перейти на изготовление резьбы на торце шейки с дополнительным пластичес­ким деформированием, накатыванием резьбы роликом и нанесени­ем на резьбу уплотняющего герметика «Ступор».

Вариант торцевого крепления подшипников с помощью шайбы более работоспособен, но и в этом варианте происходит деформа­ция и срез резьбы болтов или обрыв болтов.

Усталостные раковины на дорожках качения наружных и внут­ренних колец и роликов образуются в результате достижения пре­дела контактно-усталостной прочности металла дорожек качения. Этот процесс интенсифицируется из-за неудовлетворительного ка­чества металла и его макроструктуры дополнительными силовыми факторами, появляющимися при неизбежных перекосах буксовых узлов в вертикальной и горизонтальной плоскостях. Наиболее ха­рактерными зонами зарождения раковин являются зоны у рабочих бортов. Такая закономерность является следствием концентрации напряжений из-за перекосов роликов между бортами и из-за пере­распределения осевых нагрузок в дополнительную вертикальную составляющую нагрузку, максимальная величина которой сосредо­точена у рабочего борта. С целью предотвращения этих дефектов подшипники изготовляются с «бомбинированными» роликами, что позволяет им самоустанавливаться при перекосах букс и снижать концентрацию напряжений по сечениям концов роликов, а значит, и резко уменьшить частоту появления раковин.

Трещины и разрывы внутренних колец появляются в эксплуата­ции преимущественно в начальной стадии при небольших пробе­гах. Причинами появления этого дефекта могут стать плохое каче­ство металла, нарушения термообработки, создающие в кольцах повышенные внутренние напряжения, нарушения технологии мон­тажа, допущенные при посадке внутренних колец на шейки осей.

При изготовлении колец в процессе шлифовки происходит ло­кальный нагрев тонких поверхностных слоев до температур, соот­ветствующих состоянию ползучести металла. При последующем охлаждении в наружном слое возникают растягивающие напряже­ния, а в нижележащих слоях — напряжения сжатия. В результате этих явлений в поверхностных волокнах остаточные растягиваю­щие напряжения могут достигать значений 400... 1000 МПа.

Эти напряжения суммируются с технологическими растягиваю­щими напряжениями, возникающими от посадки внутренних ко­лец на шейки оси, и с напряжениями от действия рабочих нагрузок, что приводит к появлению трещин и разрывов. Кроме того, необ­ходимо учитывать, что подшипниковая сталь имеет повышенную хрупкость из-за сквозной прокаливаемости и очень чувствительна к различным концентраторам напряжений.

Радикальным средством предупреждения образования трещин и разрывов внутренних колец является переход к изготовлению ко­лец из стали с регламентируемой прокаливаемостью ШХ4, когда поверхностный слой получает твердость порядка 60...63 HRC, а внутренние волокна всего около 30 HRC.

Сколы борта внутреннего кольца заднего подшипника наблюда­ются наиболее часто у колесных пар с креплением редуктора при­вода вагонного генератора к корпусу буксы.

В этом случае существенно возрастают динамические силы от необрессоренной массы редуктора и буксового узла, особенно в зимнее время года.

Скол борта происходит, как правило, по шагу расположения ро­ликов. Этот дефект является следствием усталостных трещин, воз­никающих под действием динамических сил в зоне технологичес­кой выкружки у основания борта из-за грубых рисок, остающихся после токарной обработки, и термических трещин.

Термические трещины в бортах возникали от сильного нагрева при трении неправильно подобранного сепаратора о борт кольца.

Частоту скола борта внутреннего кольца можно существенно уменьшить, применяя для его изготовления сталь регламентирован­ной прокаливаемости ШХ4.

Ослабление натяга посадки (проворот) внутреннего кольца на шейке оси происходит из-за неправильного подбора и определения величины посадочного натяга внутренних колец, а также из-за не­соблюдения температурного режима монтируемых деталей.

Натяг на посадку внутренних колец в соответствии с действую­щей инструкцией должен составлять от 30 до 65 мкм. Однако из-за неточности измерений на существующих измерительных приспособ­лениях или недостатка технологической дисциплины иногда встре­чаются отклонения.

Поэтому с целью недопущения этих явлений необходимо обес­печить выравнивание температур шеек осей и подшипников отно­сительно температуры окружающего воздуха после их обмывки в моечных машинах или обточки элементов колесных пар.

Измерение шеек осей после обмывки в моечных машинах мож­но производить через 12 часов или через 2 ч после обточки, а изме­рение подшипников — через 8 ч после обмывки.

Неисправности торцов роликов и бортов колец объясняются тем, что осевая сила, действующая на подшипник, воспринимается эти­ми рабочими поверхностями в несвойственном для подшипника ка­чения режиме трения скольжения пары торец ролика — борт кольца. Применяемая смазка ЛЗ-ЦНИИ не создает достаточно прочной мас­ляной пленки на трущихся поверхностях, не обеспечивает в полной мере жидкостной режим трения и, хотя и содержит в своем составе антизадирные присадки, не исключает появление износов, рисок и задиров на торцах роликов и упорных поверхностях бортов.

Осмотры роликовых подшипников показали, что износы этих по­верхностей резко интенсифицируются при наличии не перпендику­лярности упорных поверхностей бортов к дорожке качения кольца.

В процессе эксплуатации установлено, что с увеличением нара­ботки исходная форма борта вследствие износа трущихся поверх­ностей претерпевает значительные изменения. Причем износ сопро­вождается увеличением площади контакта, воспринимающей осевую нагрузку.

У бортов колец и роликов изменение начальной геометрии со­провождается снижением твердости с HRC 61...63 до HRC 54...60.

Установлено, что след износа на рабочем борте наружного коль­ца имеет различный характер — он более широк в зоне восприятия радиальной нагрузки. В этой же зоне могут появляться и трещины борта.

Износ торцов роликов носит также неравномерный характер: со стороны борта внутреннего кольца он ступенчатый, исчисляемый иногда десятками мкм, а со стороны рабочего борта наружного кольца — тороидальный. Следовательно, осевая нагрузка воспри­нимается главным образом роликами, несущими радиальную на­грузку, а контакт роликов с бортом внутреннего кольца происхо­дит при более высоких скоростях относительного проскальзы вания.

Все эти износы сопровождаются повышенными температурами буксового узла, что в сочетании с другими неблагоприятными фак­торами может привести к уменьшению осевого зазора и даже к зак­линиванию роликов между бортами наружного кольца.

Исследования показывают, что разница температур наружного кольца и роликов может достигать 60 °С, а это приведет к уменьше­нию осевого зазора примерно на 40 мкм, а с учетом действия других факторов и к полном у исчезновению осевого зазора в подшипнике. Поэтому величину осевого зазора приняли в пределах 70... 150 мкм.

Особую группу дефектов подшипников составляют коррозион­ные повреждения в виде коррозионных раковин, поверхностной и точечной коррозии на роликах и дорожках качения колец. Причи­нами их появления является попадание воды в подшипник в про­цессе длительного отстоя подвижного состава и при обмывке ко­лесных пар без выполнения полной ревизии букс.

Смазка ЛЗ-ЦНИИ обладает повышенной гигроскопичностью и в своем составе имеет щелочи и кислоты. Все это в совокупности создает агрессивную среду, вызывающую коррозию несущих и по­садочных поверхностей подшипника.