Надежность роликов подшипников буксового узла

Министерство  транспорта Российской Федерации

Федеральное агентство железнодорожного транспорта 

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО

ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПУТЕЙ  СООБЩЕНИЯ 

Кафедра Вагоны 

Расчетно-графическая работа 

по дисциплине «Теория надежности вагонов»

на тему:

Надежность роликов подшипников буксового узла 
 
 
 

Выполнил: студент

                                                                                   Проверил: доцент Корбан.Е.В         
 

Самара,2011г.

Введение

    Буксовым  узлом называется устройство с подшипниками, обеспечивающее трансформацию вращательного  движения колесной пары в поступательное перемещение вагона, с минимальным  сопротивлением. Буксовые узлы обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона.

    Буксовые  узлы отечественных вагонов, а также современных конструкций зарубежных вагонов, оборудованы исключительно подшипниками качения. Это обусловлено тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации.

    Роликовые подшипники являются наиболее важным  элементом буксового узла и поэтому  очень важно обеспечить их качественный ремонт. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    1.Конструкция буксового узла

    Буксовый  узел (рис.1.1) включает: 1 и 2 — передний и задний цилиндрические роликовые подшипники; 3 — корпус буксы; 4 — лабиринтное кольцо; 5 — лабиринтную впрессованную часть корпуса буксы; 6 — уплотнительное кольцо; 7 — крепительную крышку; 8 — уплотнительное кольцо; 9 — крепительную шайбу; 10 — смотровую крышку; 11 — крепительный болт; 12 — шайбу; 13 — болты крепления смотровой крышки.

    Рисунок 1.1. Буксовый узел с цилиндрическими  подшипниками и крепительной шайбой

    Корпус  буксы (3) предназначен для размещения элементов буксового узла и смазки. Конструкция корпуса буксы определяется схемой опирания рамы тележки на буксовый узел.

    Лабиринтное кольцо(4) и лабиринтная часть (5) корпуса, образуя четырехкамерное бесконтактное уплотнение, препятствуют вытеканию смазки из буксы и попаданию в нее механических примесей.

    Крепительная  крышка (7) фиксирует наружные кольца подшипников и герметизирует корпус буксы с наружной стороны.

  Смотровая крышка (10) предназначена для осмотра на пунктах технического обслуживания переднего подшипника и контроля состояния смазки, а также обеспечения обточки колесной пары без демонтажа букс.

  Роликовые подшипники (рис.1.2) являются главной составной частью буксового узла, а все остальные элементы предназначены для обеспечения их надежной работы.

    Рисунок 1.2 Роликовые подшипники

а) с короткими цилиндрическими роликами однорядные с одно бортовым внутреннем кольцом на горячей (прессовой) посадке; б) с короткими цилиндрическими роликами однорядные с безбортовым внутреннем кольцом и плоским упорным кольцом на горячей (прессовой) посадке.

    Роликовые подшипники состоят из наружного кольца 1,  15 роликов 2, внутреннее кольцо 3, сепаратор 4 и упорного кольца 5.

    Внутреннее  кольцо подшипника устанавливается  на шейку оси колесной пары с натягом, а наружное кольцо свободно входит в корпус буксы. Вращение шейки оси вместе с внутренним кольцом подшипника вызывает вращение роликов вокруг своих осей и перекатывание по дорожкам качения между наружным и внутренним кольцами. Свободное перемещение роликов обеспечивается наличием осевого и радиального зазора.

    Для работы роликовых подшипников с минимальным сопротивлением их заправляют  консистентной смазкой ЛЗ-ЦНИИ (летне-зимняя, т. е. всепогодная).

    Важной  составной частью являются элементы торцевого крепления внутренних колец подшипников на шейке оси (рис.1.3).

    Рисунок 1.3 Варианты торцевого крепления внутренних колец подшипников на шейке оси

    а — корончатой гайкой; б — торцевой шайбой

    Корончатые  гайки 1 обычно изготавливают шестигранными с одиннадцатью пазами для постановки стопорной планки 2. Планку укрепляют в пазу торца оси двумя болтами 3, скрепляемыми вязальной проволокой.

    В современных колесных парах типа РУ1Ш-950 для торцевого крепления подшипников применяются специальные шайбы 4 (рис.1.3.б) . Для стопорения болтов от самоотвинчивания используется объединенная стопорная отгибная шайба 6. 
 
 
 

    2. Анализ повреждений роликовых  подшипников

    Надежность  работы буксового узла во многом зависит  от тщательности монтажа  его на шейке оси колесной пары. Опыт эксплуатации буксовых узлов показал, что главными причинами выхода их из строя являются допускаемые нарушения технологии при подборе и монтаже роликовых подшипников на шейку оси, а также несовершенства элементов корпуса буксы.

 Таблица 1 - Неисправности подшипников и методы их устранения

    Продолжение таблицы 1

    Продолжение таблицы 1

    Продолжение таблицы 1

     3.1 Расчет долговечности роликовых подшипников

     Буксовые  узлы в эксплуатации передают все  основные статические и динамические нагрузки от рамы тележки вагона вращающимся  коленным парам. Они должны обеспечивать при этом высокую надежность в  сложных условиях эксплуатации, нормируемую долговечность работы. Наиболее ответственным элементом  буксового узла является подшипник.

     Долговечность роликовых подшипников в километрах пробега вагона для типового буксового  узла

где С_r – динамическая радиальная грузоподъемность подшипников;

D_k – диаметр круга катания среднеизношенного колеса: при номинальном диаметре колеса 0,95 м принимается D_k = 0,9 м;

Р_э - эквивалентная динамическая сила на один подшипник.

     Эквивалентная динамическая сила, приходящаяся на роликовый  подшипник,

Р_э = Р_стК_д,

Где Р_ст- вертикальная статическая сила, действующая на один подшипник в эксплуатации, Н,

m_бр – масса вагона брутто;

m_кп – масса колесной пары;

m₀ – число колесных пар в вагоне;

n_п – число подшипников в одной буксе, воспринимающих радиальные нагрузки: для типовой буксы n_п = 2;

К_д – коэффициент, учитывающий динамичность приложения нагрузки в эксплуатации: К_д =1,3.

     Расчетная долговечность должна быть не менее 1,5 млн.км.

     Число сделанных сделанных оборотов подшипником  за пробег

     Контактные  напряжения на поверхностях соприкосновения наиболее нагруженного ролика и колец цилиндрического подшипника

где P_ор – наибольшая нагрузка на ролик, Н;

l_p, d_p – соответственно фактические длина и диаметр ролика, l_p=38 мм, d_p=32 мм;

R_в, R_н – радиусы дорожек качения соответственно внутреннего и наружного колец, R_в=80 мм, R_н=112 мм.

     Расчетная радиальная нагрузка, действующая в  эксплуатации на наиболее нагруженный  ролик

где P_ст- статическая нагрузка на один подшипник;

z – число роликов в подшипнике, z=14.

     Полученные контактные напряжения недолжны превышать допускаемые , т.е должно соблюдаться условие

Где - допускаемые контактные напряжения, которые для стали марки ШХ15СГ принимаются =3500 МПа.

     Таким образом, соблюдается условие  , т.е контактная прочность материала роликовых подшипников обеспечена. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

    4. Мероприятия по повышению надёжности

    Увеличение  скоростей и осевых нагрузок требует  постоянного повышения эксплуатационной надежности буксовых узлов. Увеличение эксплуатационной надежности буксовых узлов ведется по следующим направлениям : повышение надежности и долговечности подшипников; улучшение качества смазки; повышение надежности и долговечности торцевого крепления подшипников; уменьшение динамических нагрузок, действующих на подшипники; контроль за состоянием подшипников перед монтажом, строгое соблюдение требований монтажа; контроль за состоянием букс в поездах.

    Работоспособность подшипников качения в последние  годы заметно повысилась в результате применения новых материалов для их элементов, совершенствования технологии изготовления, улучшение геометрии контактных поверхностей и совершенствование конструктивных элементов – сепаратора, роликов и колец.

    Особое  внимание уделяется вопросам повышения  усталостной прочности отдельных элементов подшипников.

    Изготовление  колец и роликов из хромистой  стали регламентируемой прокаливаемости  ШХ4, т.е. стали с поверхностным  упорчнением, позволило увеличить  их долговечность в 2 раза, а также  исключить разрывы внутренних колец и сколы бортов в процессе эксплуатации.

    Применение  полиамидных сепараторов, позволило  обеспечить существенное повышение  надежности работы буксового узла за счёт  устранения износов сепаратора по центрирующей поверхности и перемычкам. При этом устраняется окисление смазки, задиры торцов роликов и бортовых колец, исключается заклинивание подшипников.

    Проводятся  работы по созданию новых влагостойких смазок на литиевой основе с добавлением  присадок.

    Проводятся  комплексные работы по повышению  надежности торцевого крепления, так внедрена гайка с кольцевой выточкой, что повышает её упругость и податливость. В осях типа РУ-1Ш внедрено торцевое крепление шайбой с четырьмя болтами вместо трех. Внедрена регламинтированная затяжка болтов М20 динамометрическим ключом, повышен класс прочности болтов до 4,8 и резьба выполняется накаткой вместо нарезки.

    Гарантийный срок эксплуатации колесной пары по качеству сборки торцевого крепления подшипников  установлен до 3-х лет.

    Снижение  действующих на подшипники динамических сил обеспечивается введением резиновых прокладок между корпусом буксы и рамой тележки или между наружными кольцами подшипников и элементом, передающим нагрузку на подшипники от рамы тележки.

    Ведется разработка новой безремонтной конструкции  буксового узла кассетного типа с двухрядным малогабаритным коническим роликовым подшипником.

    Контроль  за состоянием букс в поездах осуществляется с помощью систем ПОНАБ ( прибор для  обнаружения аварийно нагретых букс) и ДИСК-Б (комплексной дистанционно-инфармационной системы обнаружения перегретых букс), в пассажирских вагонах также есть система СКНБ ( система контроля нагрева букс) для своевременного изъятия из эксплуатации колесных пар, у которых подшипники или стопорные устройства находятся в стадии разрушения.

    4.1 Контроль и дефектоскопия роликов подшипников

    Контроль  линейных размеров роликов подшипников  и сортировка их на размерные группы осуществляется с помощью прибора  Робокон (рис.1.1).

Рисунок 1.1. Прибор полуавтоматический для контроля и сортировки 
роликов подшипников - Модель 4155 
 

    Контролируемые  параметры ролика:

• Средний диаметр в среднем сечении ролика;
• Овальность в среднем сечении ролика;
• Бомбина;
• Длина ролика;

    Результаты  контроля выводятся на дисплей в виде:

• Цифрового значения контролируемых параметров;
• Номеров размерных групп по диаметру и длине;
• Световой сигнализацией при переходе значения контролируемых параметров за границы полей допусков.

    Применение  данного прибора наиболее эффективно при использовании его в составе производственно – метрологической системы, образованной на базе измерительных приборов фирмы «Робокон». Система включает в себя, кроме данного прибора:

• Полуавтомат для контроля блоков роликовых подшипников модели 4156;
• Полуавтомат для контроля и сортировки наружных колец модели 4161;
• Микропроцессорная скоба для сортировки внутренних колец по диаметру дорожки качения  модели 4150М-158;
• Микропроцессорный прибор для сортировки внутренних колец по диаметру отверстия модели 4152-130;
• Микропроцессорная скоба для сортировки шеек осей на размерные группы модели 4152М-130.

Таблица №1 – Технические характеристики.