Техсредства 1 семестр / Буксовые узлы

КОНСТРУКЦИЯ БУКС

Корпус буксы предназначен для размещения элементов буксового узла и смазки. Конструкция корпуса буксы определяется схемой опирания рамы тележки на буксовый узел и различается также конструктивным оформлением лабиринтной части.

В вагонах применяют корпуса букс двух типов: челюстные — без опор под рессорные комплекты, но с направляющими пазами для челюстей боковой рамы тележки — для грузовых вагонов и бесчелюстные — с опорными кронштейнами под пружины рессорных комплектов — для пассажирских вагонов

Корпуса букс могут быть цельными — когда корпус выполнен заодно целое с лабиринтной частью (такой вариант представлен на нижней картинке для пассажирского вагона - там, обратите внимание - сзади имеется лабиринтная часть в виде концентрических канавок), и составными — с впрессованной лабиринтной частью.

На верхней картинке, как видите, нет никакой лабиринтной части - туда впрессовывается лабиринт, изготовленный отдельно.

Буксы грузовых вагонов имеют как цельные, так и составные корпуса, буксы пассажирских вагонов — только цельные.

О лабиринтном уплотнении надо сказать подробнее. В буксе есть место соприкосновения корпуса с вращающейся осью, которое непременно должно быть уплотнено, чтобы препятствовать попаданию грязи извне.На некоторых тепловозах, например, для этого используется войлочный сальник, укрепленный на задней стенки буксы и касающийся оси, проходящий через его центральный вырез. На вагонных буксах с подшипниками скольжения (которые давно уже не употребляются) применялась круглая резиновая "гармошка". На современных вагонах сделано просто и надежно: есть два кольца с круговыми канавками, вставленными одно в другое. Лабиринтное кольцо (изображено желтым цвентом) насажено на ось и вращается вместе с ней. Лабиринт корпуса буксы неподвижен. Чтобы грязь проникла внуть корпуса, ей надо преодолеть непростой путь - показанный стрелками на картинке ниже. Не правда ли, похоже на лабиринт, по которому Тесей отправился на битву с Минотавром? К тому же эти канавки заполнены консистентной (то есть густой) смазкой. Отличное уплотнение!

Лабиринтное кольцо

Лабиринтное кольцо и лабиринтная часть корпуса, образуя четырехкамерное безконтактное уплотнение, препятствуют вытеканию смазки из буксы и попаданию в нее механических примесей. Кроме герметизации корпуса с внутренней стороны, кольцо фиксирует положения корпуса буксы на шейке оси и внутреннего кольца заднего роликового подшипника.

Кольцо насаживают на предподступичную часть оси в горячем состоянии при температуре 125-150°С. После остывания кольцо удерживается на оси за счет натяга 80-150 мкм. Кольца изготавливают из стали Ст.5 и Ос.В.

В стенках передней части корпусов делают отверстия с нарезкой под болты М20 для закрепления крепительной крышки.

Корпус буксы грузового вагона по бокам имеет приливы и пазы для соединения с боковой рамой тележки. Для равномерного распределения нагрузки между роликами вдоль образующей на потолке буксы сделаны ребра жесткости, а для также ребра для опоры рамы тележки. Корпуса букс отливают из стали марок 20ФЛ, 20ГЛ. Масса стальной буксы 45 кг.

Вагонный парк начинает оснащаться корпусами букс из алюминиевого сплава АМгб, что позволяет снизить массу необрессоренных элементов и улучшить взаимодействие вагонов с верхним строением пути. Корпус роликовой буксы из алюминиевого сплава АМгб по своей конструкции имеет большое сходство с корпусом, изготовленным из стали. Корпус буксы из сплава АМгб имеет массу 15,3 кг, что почти в 3 раза легче стального. Крепительные крышки и корпуса букс из алюминиевого сплава соединяют стандартными болтами и пружинными шайбами. Как показали результаты наблюдений, корпус из сплава АМгб удов­летворяет условиям прочности для современных и перспективных условий эксплуатации подвижного состава. Его достоинство — стабильность механических параметров в течение длительного времени, а также улучшение взаимодействия вагона и пути.

Корпус буксы пассажирского вагона в нижней части с обеих сторон имеет кронштейны с отверстиями для шпинтонов. На кронштейны опираются пружины буксового подвешивания, а на них — рама тележки.

Для обеспечения рационального распределения нагрузки на ролики подшипников свод корпуса букс имеет переменное сечение. В потолке буксы пассажирского вагона делается несквозное отверстие M16x1,5 для постановкитермодатчика, предназначенного для контроля температуры нагревания буксового узла при движении поезда. Термодатчик может закрепляться также с помощью болта и крепежной планки. В этом случае в потолке корпуса буксы делаются два отверстия: первое — без резьбы — для установки термодатчика; второе — резьбовое — для болта крепления.

Крепительная крышка герметизирует корпус буксы с наружной стороны и фиксирует наружные кольца подшипников в буксе. Крышку отливают из стали марок 20ФЛ, 20ГЛ либо из стали II группы, предназначенной для изготовления автосцепок. В зависимости от типа буксового узла крепительные крышки могут иметь четыре или восемь отверстий для их крепления к корпусу.

Смотровая крышка предназначена для осмотра переднего подшипника и состояния смазки, а также обточки колесной пары без демонтажа букс. Смотровую крышку присоединяют к крепительной при помощи четырех болтов M12. Крышку изготавливают штамповкой из стали 10 кп либо из алюминия АЛ9.

Элементы торцевого крепления подшипников предназначены для закрепления внутренних колец подшипников в осевом направлении. Сначала мы просто рассмотрим эти элементы, а позднее, когда будем рассказывать о порядке монтажа буксового узла, более ясно разберемся в их назначении.

В буксах колесных пар типа РУ1- 950 применяют корончатые торцевые гайки, стопорные планки и болты М12для крепления планок Изготавливают эти детали из стали Ст5 либо 40Л1 методом точного литья. Корончатые гайки обычно изготавливают шестигранными с одиннадцатью пазами для постановки стопорной планки. Планку укрепляют в пазу торца оси двумя болтами, скрепляемыми вязальной проволокой.

Шестигранная корончатая гайка с одиннадцатью пазами для постановки стопорной планки

В буксах колесных пар типа РУ1Ш-950 для торцевого крепления подшипников применяются специальные шайбы. Шайбы бывают двух разновидностей: с тремя или четырьмя отверстия­ми для постановки болтов М20. Более современной является конструкция с четырьмя болтами.

В обоих вариантах для стопорения болтов от самоотвинчивания используется объединенная стопорная отгибная шайба. Материалом для изготовления шайб является сталь СтЗ. Для крепления шайб на торцах шеек осей имеются отверстия с нарезкой, куда ввертывают крепежные болты. После завинчивания болтов лепестки стопорных шайб отгибают на грани головок болтов.

В центре шайбы предусмотрено отверстие большого диаметра для обеспечения установки центра станка при обточке поверхности катания колес, производимой без демонтажа буксовых узлов.

НАЗНАЧЕНИЕ БУКС. ПОДШИПНИКИ

Практически во всех машинах и механизмах имеются как вращающиеся, так и неподвижные части. Соединение вращающихся и неподвижных частей осуществляется при помощи подшипников. Подшипник обычно состоит из четырех частей:

1. внутреннее кольцо – оно плотно надевается на вращающуюся часть (вал) и вращается вместе с ним;

2. наружное кольцо – оно устанавливается в неподвижное «посадочное место» и само остается неподвижным;

3. ролики или шарики – расположены между кольцами, они перекатываются при вращении, благодаря чему снижается трение и обеспечивается легкость вращения;

4. сепаратор ( в переводе на русский – разделитель) – это такая решетка, которая отделяет ролики друг от друга, чтобы они не наезжали один на другой и не мешали друг дружке перекатываться.

Вагоны  - не исключение. Колесные пары вагонов соединяются с их тележками при помощи подшипников. Внутренние кольца закрепляются на шейках оси колесной пары, а наружные – неподвижны относительно рамы тележки. 

Подшипники должны работать в смазке, причем смазка должна быть чистой. Поэтому во всех технических устройствах подшипники размещают в какой-то полости или коробке, которая заполнена смазкой и герметично отделена от окружающей среды. Собственно говоря, такие коробки с подшипниками и смазкой  и называются вагонными буксами.

На фото - учебное пособие: букса со снятыми крышками и разрезанным корпусом. Видны наружные кольца двух подшипников

Кроме функции соединения вращающихся и неподвижных частей, буксовые узлы выполняют еще ряд важных задач.

Они обеспечивают передачу нагрузки от кузова вагона на шейки осей и ограничивают продольные и поперечные перемещения колесной пары относительно тележки. Вместе с колесными парами они являются наиболее ответственными элементами ходовых частей вагона.

Буксовый узел неподрессорен и жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, возникающие при движении вагона. Кроме постоянно действующих нагрузок от массы брутто, буксовый узел испытывает значительные удары при прохождении колес по стыкам рельсов, от толчков во время торможения поезда или наезда колес на башмак при роспуске вагонов с горки, от действия центробежной силы при прохождении кривых участков пути и др.

Основными требованиями, предъявляемыми к буксовым узлам, являются:

• безотказность и долговечность работы в существующих условиях эксплуатации в течение установленных сроков службы;

• небольшая собственная масса;

• взаимозаменяемость и унификация деталей;

• простота выполнения монтажа и демонтажа узлов при ремонте и хорошая герметизация буксового узла.

Подшипники

В мировой практике вагоностроения применялись буксовые узлы на подшипниках качения и подшипникахскольжения. Буксовые узлы отечественных вагонов, а также современых конструкций зарубежных вагонов, оборудованы исключительно подшипниками качения (роликовыми подшипниками). Это обусловлено тем, что роликовые подшипники обеспечивают реализацию высоких скоростей движения и осевых нагрузок, а также более надежны и экономичны в эксплуатации.

В практике вагоностроения используются три основных типа роликовых подшипников: цилиндрические однорядные — с короткими цилиндрическими роликами, сферические двухрядные — со сферическими роликами, конические одно- и двухрядные — с коническими роликами. Наибольшее распространение в отечественных и зарубежных вагонах получили цилиндрические роликовые подшипники. С 1964 г. отечественные вагоны на сферических подшипниках не выпускаются.

Внутри корпуса буксы обычно размещаются два подшипника качения. Подшипники для букс грузовых и пассажирских вагонов железных дорог МПС единые. Это роликовые цилиндрические подшипники — радиальные однорядные подшипники с короткими цилиндрическими роликами размером  130x250x80 мм.

Типы роликов: а — со скосами; б — с рациональным контактом "бомбиной"

Ролики имеют форму цилиндра, образующая которого представляет прямую линию, параллельную оси вращения подшипника и перпендикулярную радиальной нагрузке. Поэтому радиальная нагрузка распределяется по длине и хорошо воспринимается цилиндрической поверхностью тел качения, а осевая — лишь торцами роликов. Для предупреждения вредного влияния перекоса буксы и прогиба шейки оси на работу цилиндрических подшипников ролики стали изготавливать со скосами "бомбиной".

Роликовый подшипник состоит из наружного  и внутреннего  колец, между которыми находятся ролики. Последние удерживаются в сепараторе на одинаковом расстоянии друг от друга.

Наружное кольцо одинаковое как для переднего, так и для заднего подшипника.

Оно имеет наружный диаметр 250 мм, плотно (хотя и с небольшим зазором) входит в корпус буксы. Его внутрення поверхность имеет канавку или желобок, по которой перекатываются ролики. Края канавки не позволяют роликам сместиться ни вправо, ни влево. Кстати, на этой картиночке, которую мы не сами рисовали, а позаимствовали - явный "косяк": с одной стороны бортик нарисован, а с другой нет.

Внутреннее кольцо переднего и заднего подшипников неодинаковы. Задний подшипник выполнен с однобортовым внутренним кольцом, а передний — с безбортовым внутренним кольцом. Почему так - будет объяснено позднее.

Подшипники, имеющие один упорный борт на внутреннем кольце или оборудованные одним приставным кольцом, называются полузакрытыми. Они хорошо воспринимают радиальную нагрузку (направленную перпендикулярно оси вращения подшипников), а осевую — ограниченной величины — только со стороны борта или приставного кольца.

Передний подшипник имеет условное обозначение 232726 ГОСТ 18752, а задний — 42726 ГОСТ 18752. По этим обозначениям можно судить о размерах подшипника и его конструктивных разновидностях. Задний подшипник это тот, который ближе к колесу.

Внутреннее кольцо подшипника устанавливается на шейку оси с натягом, а наружное в корпус буксы — свободно. 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 радиального и осевого зазоров.

Радиальный зазор измеряется в свободном от нагрузки подшипнике и представляет собой сумму зазоров между дорожками качения колец и роликом. Осевой зазор измеряется между торцами роликов и бортами колец. Для новых подшипников на горячей посадке радиальный зазор 115-170 мкм, а осевой зазор 70-150 мкм. Причем меньшие значения зазоров рекомендуются для грузовых вагонов, а большие — для пассажирских.

Сепаратор представляет собой кольцо, изготовленное из латуни ЛЦ400МцЗЖ с наличием окон для установки роликов. Для удержания роликов от выпадания из сепаратора производится расчеканка его перемычек.

В мировой практике широко применяются пластмассовые сепараторы. Их важнейшие преимущества — незначительная масса, хорошие антифрикционные качества, возможность изготовления методом литья или под давлением с незначительными затратами. При недостаточной смазке пластмассовые сепараторы проявляют свои аварийные ходовые качества. В результате они нашли широкое применение за рубежом в качестве заменителей массивных латунных сепараторов.В настоящее время разработана и принята к серийному производству рамная конструкция отечественного сепаратора из стеклонаполненного полиамида, обеспечивающая существенное повышение надежности работы буксового узла за счет устранения износов сепаратора по центрирующей поверхности и перемычкам. При этом устраняются окисление смазки, задиры торцов роликов и бортовых колец, исключается заклинивание подшипников из-за разрушения сепаратора. Новая конструкция сепаратора позволила повысить живучесть буксового узла в аварийном режиме и снизить необрессоренную массу подшипника.

Полиамидный сепаратор. В латунном сепараторе 14 роликов, а в полиамидном 15

Для изготовления колец и роликов применяется сталь марки ШХ4. Раньше кольца и ролики подшипников изготавливались из стали марки ШХ15СГ электрошлакового переплава. В процессе эксплуатации подшипников, изготовленных из таких сталей, про­являлась склонность к хрупкому излому особенно внутренних колец вследствие больших напряжений, возникающих от посадки колец на шейку оси при воздействии радиальной и осевой нагрузок при движении вагона. Исследования показали, что новая сталь марки ШХ4 регламентируемой прокаливаемости обладает высокой твердостью поверхностного слоя и достаточной вязкостью внутренних волокон, что обеспечивает высокую устойчивость хрупкому разрушению по сравнению со сталью ШХ15СГ.

Цилиндрические подшипники, применяемые в вагонах, выполнены разъемными: наружное кольцо, сепаратор, ролики образуют отдельный блок, который свободно снимается и надевается на внутреннее кольцо. Это хорошо видно на картинке. Такая конструкция упрощает технологию монтажа и демонтажа буксового узла, поэтому она находит широкое применение в вагоностроении.

Размер роликового подшипника для вагонных букс 130 х 250 х 80. Это - внутренний (посадочный) диаметр внутреннего кольца х наружный (посадочный) диаметр наружного кольца х ширина колец подшипника.