Ирина Эланс

Автор который поможет с любыми образовательными и учебными заданиями

Надежность буксовых узлов

Реферат

В курсовом проекте 27 стр., 13 рис., 5 табл., использовано 4 источника.

Надежность буксового узла, безотказность, стопорная планка, торцовая гайка, резиновая прокладка, подшипники, техническое обслуживание, отказы буксового узла, графики показателей надежности.

В курсовой работе проведен анализ надежности буксового узла полувагона модели 12-532, определены показатели надежности корпуса буксы, предложены мероприятия по повышению надежности данного узла.

Введение

Увеличение скоростей движения поездов и, следовательно, повышение требований к безопасности движения поездов, к сохранности груза и комфорту в пути следования вызывают необходимость дальнейшего усложнения и совершенствования вагонного парка. В частности высокие требования предъявляются к таким ходовым частям подвижного состава, как буксовые узлы.

Так как конструкция вагона состоит из множества узлов и деталей, то надежность всего вагона напрямую зависит от надежности составляющих его элементов. Поэтому в данной курсовой работе рассмотрена надежность одного из элементов четырехосного вагона, а именно буксового узла, проведено исследование надежности.

1 Анализ надежности буксового узла

Под надежностью буксового узла вагона понимается способность объекта сохранять во времени в установленных пределах значения всех параметров, характеризующих способность выполнять требуемые функции в заданных режимах и условиях применения, технического обслуживания, ремонта, хранения и транспортирования.

Надежность является комплексным свойством, которое включает в себя безотказность, долговечность, ремонтопригодность и сохраняемость.

Буксовый узел вагона является восстанавливаемым, расходующим в процессе эксплуатации свой ресурс. Буксовый узел является ремонтопригодным так, как работоспособное состояние поддерживается в процессе эксплуатации при техническом обслуживании и ремонте вагонов.

Работоспособное состояние буксового узла – состояние объекта, при котором оно способно выполнять все заданные функции.

Исправное состояние – это состояние буксового узла, при котором он соответствует всем требованиям нормативно-технической и (или) конструкторской (проектной) документации (смотри таблицу 1.1).

Функции буксового узла:

- передача нагрузки от рамы вагона или тележки на шейки осей;

- ограничения продольного и поперечного перемещений колесной пары при движении вагона.

Обнаружение неисправностей и восстановление работоспособного состояния буксового узла осуществляется при техническом обслуживании и ремонте вагонов (смотри таблицу 1.2)

Рисунок 1.1 – Схема нагрузок и функций буксового узла (грузового) вагона

Таблица 1.1 – Параметры буксового узла

Наименование измерений и норм	Допускаемые размеры, мм
Наименование измерений и норм	При изготовлении	При ремонте
Корпус буксы	Диаметр внутренней цилиндрической части буксы, мм……………………..……	Диаметр внутренней цилиндрической части буксы, мм……………………………..…
	Овальность внутренней цилиндрической части буксы, мм не более: из стального литья…………….0,024 из алюминиевого сплава………0,024	Овальность внутренней цилиндрической части буксы, мм не более: из стального литья…………………….0,2 из алюминиевого сплава………...……0,35
	Конусность внутренней цилиндрической части, не более: для букс диаметром 250 мм,……………....……….…….0,024	Конусность внутренней цилиндрической части, не более: для букс диаметром 250 мм, ………..………..….0,1
	На посадочной внутренней поверхности в верхней части допускаются продольные задиры или задиры риски не допускаются.	На посадочной внутренней поверхности в верхней части допускаются продольные задиры или риски глубиной не более, мм……….…...1
	Не допускаются заусенцы, коррозия, забоины и другие дефекты на лабиринтной части	Не допускаются заусенцы, коррозия, забоины и другие дефекты на лабиринтной части; они должны быть выведены и зачищены.
		Не допускается коррозия на торцовой и посадочной части корпуса буксы; подвергается зачистке шлифовальной шкуркой № 6 с маслом.
Подшипники	Разность радиальных зазоров парных подшипников в свободном состоянии, мм 0,02 или 0,01	Разность радиальных зазоров в подшипнике, устанавливаемых на одну шейку оси, не должна превышать, мм…………………………………….. 0,02 В том случае, когда измерение радиального зазора производиться с применением эталонного кольца этот зазор должен быть не более, мм……………..………….………...….0,01 в случае, когда измерения проводятся при полной ревизии букс без снятия внутренних колец, мм………………. 0,03

Продолжение таблицы 1.1 – Параметры буксового узла

Наименование детали	Параметры и размеры
Наименование детали	При изготовлении	При эксплуатации
Подшипники	Осевой разбег должен быть в пределах (для подшипников диаметром 250 мм), мм……..0,4 – 1,1 Для подшипников с наружным диаметром 230 и 250 мм (за исключением подшипников ЦКБ-1521 и ЦКБ-1522) осевой разбег обеспечивается конструкцией и может быть в пределах, мм……………………………... 0,62 – 1,38	Осевой разбег должен быть в пределах (для подшипников диаметром 250 мм), мм..0,4 – 1,1 Для подшипников с наружным диаметром 230 и 250 мм (за исключением подшипников ЦКБ-1521 и ЦКБ-1522) осевой разбег обеспечивается конструкцией и может быть в пределах, мм……..…….. 0,62 – 1,38
	Величины радиальных зазоров, с которыми подшипники допускаются в эксплуатацию (при втулочной посадке на ось), мм…………………..…0,12 – 0,17	Величины радиальных зазоров, с которыми подшипники допускаются в эксплуатацию (при втулочной посадке на ось), мм……...0,12 – 0,30
	Величины радиальных зазоров, с которыми подшипники допускаются в эксплуатацию (при горячей посадке на ось), мм……………………..…0,09 – 0,145	Величины радиальных зазоров, с которыми подшипники допускаются в эксплуатацию (при горячей посадке на ось), мм…………..………...…0,09 – 0,250
	Исправные подшипники должны вращаться легко без заеданий и торможений.	Исправные подшипники должны вращаться легко без заеданий и торможений.
	Не допускаются трещины, заусенцы и другие дефекты сепараторов.	Не допускаются трещины, заусенцы и другие дефекты сепараторов.
	Раковины на дорожках колец не допускаться.	Раковины на дорожках колец не допускаться.
	Разрывы и трещины колец не допускаются.	Разрывы и трещины колец не допускаются.
	Отколы бортов колец не допускаются.	Отколы бортов колец не допускаются.
	Шелушение на беговых дорожках колец не допускаются.	Шелушение на беговых дорожках колец не допускаются.
		Электроожоги роликов не допускаются.

Продолжение таблицы 1.1 – Параметры буксового узла

Наименование детали	Параметры и размеры
Наименование детали	При изготовлении	При эксплуатации
Подшипники		Коррозия (множественные из мелких точек) роликов не допускаются, хотя единичные точки допускаются в эксплуатацию
Подшипники	Сепараторы должны иметь гладкую поверхность без срезов, отколов, трещин и повреждения чеканки в случае заклепочных сепараторов	Сепараторы должны иметь гладкую поверхность без срезов, отколов, трещин и повреждения чеканки в случае заклепочных сепараторов
Лабиринтные кольца (рисунок 1.2)		На посадочных поверхностях и в лабиринте не допускается трещины, вмятины, забоины, заусенцы.
		На поверхностях Б, К, М (рисунок 1.2) допускается риски от выхода резца глубиной не более, мм…………….……... 0,2 и шириной, мм………….……….1
	Овальность отверстия допускается не более, мм……………………………..0,06	Овальность отверстия допускается не более, мм………………………….……..0,1
	D=238 мм (Рисунок 1.2)	D=238 мм (Рисунок 1.2)
	D₁=226 мм (Рисунок 1.2)	D₁=226 мм (Рисунок 1.2)
	D₂=210 мм (Рисунок 1.2)	D₂=210 мм (Рисунок 1.2)
	D₃=198 мм (Рисунок 1.2)	D₃=198 мм (Рисунок 1.2)
	D₄=182 мм (Рисунок 1.2)	D₄=182 мм (Рисунок 1.2)
	мм (Рисунок 1.2)	мм (Рисунок 1.2)
	d₁=155 мм (Рисунок 1.2)	d₁=155 мм (Рисунок 1.2)
	d₂=138 мм (Рисунок 1.2)	d₂=138 мм (Рисунок 1.2)
	d ₃=158 мм (Рисунок 1.2)	d ₃=158 мм (Рисунок 1.2)
	B=48 мм (Рисунок 1.2)	B=48 мм (Рисунок 1.2)
	B₁=20 мм (Рисунок 1.2)	B₁=20 мм (Рисунок 1.2)
	B₂=14 мм (Рисунок 1.2)	B₂=14 мм (Рисунок 1.2)
	B₃=14 мм (Рисунок 1.2)	B₃=14 мм (Рисунок 1.2)
	a=28 мм (Рисунок 1.2)	a=28 мм (Рисунок 1.2)
		Упорные поверхности кольца и оси должны быть параллельны, допускаемое отклонение не более, мм……………..…..….0,1
		Биение лабиринтных проточек относительно посадочного диаметра d допускается не более, мм……………...……...0,3

Продолжение таблицы 1.1 – Параметры буксового узла

Наименование детали	Параметры и размеры
Наименование детали	При изготовлении	При эксплуатации
Лабиринтные кольца	Неперпендикулярность поверхностей для упора внутреннего кольца подшипника Б и предподступичной части оси А относительно посадочной поверхности у лабиринтных колец в буксах с горячей посадкой подшипников должна быть не более, мм………………………….0,03
Крепительная крышка (рисунок 1.3)	Отливается из мартеновской стали (или электростали) марок 15Л1, 20Л1, 25Л1 (ГОСТ 977-65) или из стали II группы (ГОСТ 88-55), предназначенной для изготовления автосцепок.	Торцовая поверхность, входящая в цилиндрическую часть буксы, и фланцевая часть должны быть параллельны между собой и перпендикулярны оси крышки. Непараллельность поверхностей допускается не более, мм……………….………………….…0,1
	До механической обработки тщательно обрубаются и отчищаются от песка и окалины, а заусенцы зачищаются.
	Необработанные места покрываются краской.
	На крышках не допускаются трещины, вмятины, забоины, задиры, заусенцы и другие дефекты.
Торцовая гайка (рисунок 1.4)	Торцовые гайки изготовляют из стали марки Ст. 5 Применяются также гайки и планки, изготовленные методом точного литья из стали марки 40Л1 (ГОСТ 977—65).
	Гайки допускается делать из стали марки Ос. В (ГОСТ 4728—59)
	Резьба на гайке, проверяемая при изготовлении калибрами, должна соответствовать классу чистоты 2 а.
	Заусенцы не допускаются; острые кромки притупляются до r = 0,5 мм.
	Неперпендикулярность привалочной плоскости к оси резьбы гайки допускается не более 0,2 мм.
	Не допускаются забоины, заусенцы и другие неисправности, влияющие на работу узла.
	Размеры приведены на рисунке 1.4

Продолжение таблицы 1.1 – Параметры буксового узла

Наименование детали	Параметры и размеры
Наименование детали	При изготовлении	При эксплуатации
Стопорная планка (рисунок 1.7)	Стопорные планки изготовляют из стали марки Ст.5 Применяются планки, изготовленные методом точного литья из стали 40 (ГОСТ 1050—60) Размеры приведены на рисунке 1.7	Не должна иметь трещин заусенцев и других дефектов, мешающих выполнению заданной функции: фиксировать положение торцовой гайки.
Резиновая прокладка (рисунок 1.8)	Изготавливаются из резины группы CC1 марки 98-1 по техническим условиям 1269-55 р и должны обеспечивать работу при температуре ±55°С. Прокладки могут быть изготовлены из паронита (ГОСТ 481 – 58) Размеры приведены на рисунке 1.8	Не должны иметь трещин заусенцев и других дефектов, мешающих выполнению заданной функции: уплотнение буксы от попадания пыли влаги и других веществ, а также от вытекания смазки.
Болты (рисунок 1.5)	Болты для крепления, стопорного кольца смотровой крышки и изготавливаются по размерам указанным на рисунке 1.5 или по ГОСТ 7798 – 62.	Не должны иметь трещин заусенцев и других дефектов, мешающих выполнению заданной функции: крепления, стопорной планки, стопорного кольца смотровой крышки к корпусу буксы.
Пружинные шайбы	Пружинные шайбы диаметром 20 и 12 мм (ГОСТ 6402 – 61) изготавливаются из стали марки 65Г.	Шайбы не должны иметь трещин заусенцев и других дефектов, мешающих выполнению заданной функции: создавать сопротивление самораскручиванию болтов, т.е. должны пружинить.

Рисунок 1.2 – Лабиринтное кольцо

Рисунок 1.3 – Крепительная крышка буксы

Рисунок 1.4 – Торцовая гайка (Размеры в скобках для букс диаметром 250 миллиметров)

Рисунок 1.5 – Болты:

а) – стопорной планки, кольца и смотровой крышки;

б) – крепительной крышки и шайбы

Рисунок 1.6 – Смотровая крышка

Рисунок 1.7 – Стопорная планка

Рисунок 1.8 – Резиновая прокладка

Отказ буксового узла – это событие, заключающееся в нарушении работоспособности буксового узла (смотри таблицу 1.3).

Таблица 1.2 – Виды технического обслуживания и ремонта вагонов (ТО и Р)

Наименование	Место проведения технического обслуживания и ремонта	Обнаруживаемые неисправности
Техническое обслуживание	ПТО, депо, ВРЗ	Пробоины, трещины, отворачивание болтов крепления смотровой и крепительной крышек, не герметичность резиновой прокладки, по выбросу смазки на колесо определяют излом подшипников, по нагреву буксового узла определяется наличие внутренних дефектов или нарушение в смазочной работе узла.
Текущий ремонт	На предприятиях, производящих полную ревизию букс с роликовыми подшипниками.	Пробоины, трещины, отворачивание болтов крепления смотровой и крепительной крышек, не герметичность резиновой прокладки, по выбросу смазки на колесо определяют излом подшипников, по нагреву буксового узла определяется наличие внутренних дефектов или нарушение в смазочной работе узла.
Деповской ремонт	Грузовое вагонное депо (ВЧД)	Пробоины, трещины, отворачивание болтов крепления, ослабление пружинных шайб, смотровой и крепительной крышек, не герметичность резиновой прокладки, по выбросу смазки на колесо определяют излом подшипников, наличие внутренних дефектов определяется при вскрытии смотровой крышки. Раковины на дорожках качения колец Разрывы и трещины колец Отколы бортов колец. Трещины роликов. Отколы торцов роликов. Износы торцов роликов с образованием заусенцев. Коррозия на рабочих поверхностях. Шелушение на беговых дорожках колец. Малый радиальный зазор. Электроожоги, электроэрозия. Износ сепаратора по центрирующей поверхности. Трещины сепаратора. Выпадение роликов. Разрушение сепаратора.
Капитальный ремонт	Вагоносборочные предприятия	Несоответствие нормативно-технологической документации проверяется каждая деталь узла. Пробоины, трещины, отворачивание болтов крепления, ослабление пружинных шайб, смотровой и крепительной крышек, не герметичность резиновой прокладки, определяют излом подшипников, наличие внутренних дефектов. Раковины на дорожках качения колец Разрывы и трещины колец Отколы бортов колец. Трещины роликов. Отколы торцов роликов. Износы торцов роликов с образованием заусенцев. Коррозия на рабочих поверхностях. Шелушение на беговых дорожках колец. Малый радиальный зазор. Электроожоги, электроэрозия. Износ сепаратора по центрирующей поверхности. Трещины сепаратора. Выпадение роликов. Разрушение сепаратора.

Сложностью является то, что детали узла находятся внутри корпуса буксового узла и без разборки недоступны для диагностирования.

Предельное состояние буксового узла – состояние объекта, при котором его дальнейшая эксплуатация недопустима или нецелесообразна, либо восстановление его работоспособного состояния невозможно или нецелесообразно.

Возможные предельные состояния буксового узла возможны при образовании пробоины или трещины в корпусе буксы или при коррозионном износе свыше указанных (в таблице 1.1) размеров или деформация корпуса буксы с отклонением от этих размеров.

Таблица 1.3 – Отказы буксового узла

Вид отказов буксового узла	Неисправности буксового узла
Зависимые отказы – обусловленные другими отказами	Попадание пыли и других инородных частиц в смазку, вытекание смазки из корпуса буксы, нагрев буксового узла, трещины, отворачивание болтов крепления, ослабление пружинных шайб, смотровой и крепительной крышек, негерметичность резиновой прокладки. Раковины на дорожках качения колец Разрывы и трещины колец Отколы бортов колец. Трещины роликов. Отколы торцов роликов. Износы торцов роликов с образованием заусенцев. Коррозия на рабочих поверхностях. Шелушение на беговых дорожках колец. Малый радиальный зазор. Электроожоги, электроэрозия. Износ сепаратора по центрирующей поверхности. Трещины сепаратора. Выпадение роликов. Разрушение сепаратора,
Не зависимые отказы – не обусловленные другими отказами	Пробоины и деформации корпуса, крышки и других деталей буксового узла. Коррозийный, механический и другие виды износов (более указанных в нормативно-технологической документации) Электроожоги, электроэрозия.
Явные отказы – обнаруживаются визуальными или штатными методами	Нагрев буксы. Видимые трещины. Пробоины и деформации корпуса, крышки и других деталей буксового узла. Отворачивание болтов крепления крышек.
Скрытые отказы – не обнаруживаются визуальными или штатными методами	Дефекты находящиеся внутри корпуса буксового узла и не приводящие к нагреву и вытеканию смазки. Внутренние поры, шлаковые включения в различных частях буксового узла, коррозия внутренних деталей узла. Невидимые трещины.
Конструкционные отказы – образуются в результате нарушения при проектировании	Неточность в расчетах на прочность и износостойкость. Неверный выбор материалов для буксового узла, неверный подбор размеров и посадок деталей, а как следствие, неравномерное распределение нагрузок, излишние напряжения, приводящие к отказам.
Производственные отказы – образуются в результате нарушения технологии сборки	Неправильная, приводящая к нагреву и прочим отказам, сборка: неправильный подбор натягов, неверный подбор роликов подшипников и других деталей по размерам. Неправильное усилие затягивания болтов и торцовой гайки.
Эксплуатационные отказы – образуются в результате нарушения условий эксплуатации	Превышение статических и динамических нагрузок, свыше допустимых норм.

2 Построение блок-схемы и расчет надежности буксового узла.

Букса – система, состоящая из двадцати одного смешанно соединенного элемента (рисунок 2.1): корпус буксы, лабиринтное кольцо, подшипник задний, подшипник передний, крепительная крышка, шесть болтов, шесть шайб, смотровая крышка, резиновая прокладка, торцевая гайка, стопорная планка.

Рисунок 2.1 – Буксовый узел

Составим блок-схему буксового узла:

Рисунок 2.2 – Блок-схема надежности буксового узла

Вероятность безотказной работы буксового узла, (в соответствии со схемой на рисунке 2.2 и рисунком 2.1)

определяется по формуле:

, (2.1)

Отсюда получаем:

(2.2)

где – вероятность безотказной работы корпуса буксы;

– вероятность безотказной работы лабиринтного кольца;

– вероятность безотказной работы заднего подшипника;

– вероятность безотказной работы переднего подшипника;

– вероятность безотказной работы крепительной крышки;

– вероятность безотказной работы болта;

– вероятность безотказной работы шайбы;

– вероятность безотказной работы заднего подшипника;

– вероятность безотказной работы смотровой крышки;

– вероятность безотказной работы резиновой прокладки;

– вероятность безотказной работы торцевой гайки;

– вероятность безотказной работы стопорной планки;

Подшипник задний – система, состоящая из восемнадцати последовательно соединенных элементов: кольца наружного, кольца внутреннего, сепаратора, кольца упорного, четырнадцати роликов.

Вероятность безотказной работы подшипника заднего, , определяется по формуле:

(2.3)

Подшипник передний – система, состоящая из восемнадцати последовательно соединенных элементов IV уровня: кольца наружного, кольца внутреннего, сепаратора, кольца упорного, четырнадцати роликов.

Вероятность безотказной работы подшипника переднего,

, определяется по формуле:

(2.4)

где – вероятность безотказной работы наружного кольца;

– вероятность безотказной работы внутреннего кольца;

– вероятность безотказной работы сепаратора;

– вероятность безотказной работы кольца упорного;

– вероятность безотказной работы ролика.

3 Определение показателей надежности буксового узла на стадии проектирования

3.1 Показатели безотказности

При анализе безотказности, вагон рассматривается, как сложная механическая система, состоящая из n последовательно соединенных в смысле надежности расчетных элементов, каждая из которых включает m последовательно соединенных деталей. Отказ каждой расчетной части ведет к отказу расчетной части, а отказ любой расчетной части ведет к отказу вагона.

Вероятность безотказной работы определяется для модели постепенного отказа усталостного характера без ограничения ресурсов. Должно действовать условие, что лишь небольшая часть амплитуд динамических напряжений превышает предел выносливости. Расчет вероятности безотказной работы производиться на основе гипотезы о смешении выносливости деталей вследствие перегрузок по формуле:

(3.1.1)

где Ф – функция Лапласа;

– коэффициент вариации предела выносливости, ;

– относительный коэффициент запаса, ; (3.1.2)

Надежность буксовых узлов 📙 Курсовая → 🆔 135923