Раздел 2 Общие принципы устройства вагонов Лекция 6

Раздел 2. Общие принципы устройства вагонов Лекция 6 Вагонные буксы

Классификация и устройство вагонных букс 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.

Вагонные буксы подразделяются следующим образом: в зависимости от типа вагона — на буксы грузовых и пассажирских вагонов, предназначенных для обычных, скоростных и высокоскоростных поездов; по типу подшипников — на буксы с подшипниками качения и с подшипниками скольжения. С 1960 г. все пассажирские, а с 1983 г. все грузовые вагоны выпускают только на роликовых подшипниках качения В настоящее время в России 100 % грузового вагонного парка и все пассажирские вагоны оборудованы буксами с подшипниками качения.

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

Назначение и конструкция буксового узла. Буксы предназначены для передачи нагрузок на шейки осей колесных пар через рамы тележек от вагонов, а также для ограничения продольного и поперечного перемещения колесной пары относительно тележки оси. Надежная работа буксовых узлов с роликовыми подшипниками обеспечивается проведением полных и промежуточных ревизий букс, а также наблюдением за ними в эксплуатации.

Основными требованиями, предъявляемые к буксам • 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.

Роликовые подшипники а) цилиндрический однорядный с однобортовым внутренним кольцом; б) цилиндрический однорядный с безбортовым внутренним кольцом и плоским упорным кольцом; 1 - наружное кольцо; 2 - ролик; 3 - внутренне кольцо; 4 – сепаратор; 5 - упорное кольцо.

В буксах грузовых и пассажирских вагонов в основном применяют подшипники на глухой посадке, при которой внутреннее кольцо подшипника непосредственно устанавливают на шейку оси. 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. Небольшое количество подшипников в буксах грузовых вагонов прежних лет — на втулочной посадке, при которой внутреннее кольцо подшипника устанавливают на втулку, напрессованную непосредственно на шейку оси. В буксах грузовых и пассажирских вагонов устанавливают два цилиндрических подшипника вплотную друг к другу, при этом подшипник, расположенный у галтели шейки оси, называют задним, а у ее торца – передним.

Типы роликовых подшипников: а—цилиндрический на горячей посадке; б—сферический на втулочной посадке 1 - наружное кольцо, 3 - внутреннее кольцо, 2 - ролики, 4 - сепаратор

Для повышения надежности вагонных букс с 1995 г. организован выпуск роликовых подшипников с сепаратором из полиамида, масса которого в 10 раз меньше латунного, что, наряду с заменой меди, обеспечивает снижение инерционных нагрузок, действующих на его узлы. В результате появилась возможность выполнить более тонкой перемычку сепаратора и разместить в подшипнике 15 роликов вместо 14, что позволило увеличить его долговечность почти на 20 %, а несущую радиальную и осевую грузоподъемность на 9— 10 %. Кроме того, повышается ресурс работы смазки благодаря уменьшению скорости ее окисления в процессе эксплуатации.

Ролики подшипников 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.

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.

Тип буксы Габариты подшипник а вместе с втулками, мм Условные обозначения подшипников Типы вагонов, в которых использованы буксы 1 С двумя цилиндрическими подшипниками на горячей посадке 130 х 250 х 80 30 -42726 ЛМ (задний) 30 -232726 Л 1 М (передний) Все современные грузовые вагоны с нагрузкой от колесной пары на рельсы до 235 к. Н и пассажирские вагоны 2 С двумя цилиндрическими подшипниками на горячей посадке 140 х 260 х 80 30 -42728 ЛМ (задний) 30 -232728 ЛМ (передний) Грузовые вагоны с нагрузкой от колесной пары на рельсы 245 к. Н 3 С передним цилиндрическими и задним сферическим подшипниками на втулочной посадке 135 х 280 х 93 73727 (задний) 72727 Л 2 (передний) Цельнометаллические пассажирские (ЦМВ) и грузовые вагоны прежних лет постройки 4 С двумя сферическими подшипниками на втулочной посадке 135 х 280 х 93 7327 (задний и передний) ЦМВ и грузовые вагоны прежних лет постройки

Виды торцевого крепления подшипников на оси колесной пары а) корончатой гайкой б) тарельчатой шайбой

Буксы с роликовыми подшипниками грузовых вагонов а , б – крепление подшипников корончатой гайкой, в - крепление подшипников тарельчатой шайбой

крепление подшипников корончатой гайкой Внутренняя полость буксы заполнена консистентной смазкой, обеспечивающей надежную работу подшипников в сложных условиях их нагружения

Варианты торцевого крепления тарельчатой шайбой с нанесением маркировки на стопорную шайбу а) б) - четырьмя болтами (соответственно правая и левая шейки оси); в) г) - тремя болтами (соответственно правая и левая шейки оси); I - шайба тарельчатая; II - шайба стопорная 1 - номер оси колесной пары; 2 - знак формирования; 3 - условный номер предприятия сформировавшего колесную пару; 4 - дата формирования колесной пары; 5 - дата последнего полного освидетельствования колесной пары; 6 - условный номер предприятия производившего последнее полное освидетельствование колесной пары; 7 - знак обточки колесной пары; 8 - условный номер пункта, производившего обточку без демонтажа букс; 9 - дата обточки колесной пары без демонтажа букс

Буксовый узел с торцевым креплением гайкой 1 - корпус с челюстями, 2 - лабиринтное уплотнение (съемный лабиринт), 3 лабиринтное кольцо, 4 и 5 - задний и передний подшипники, 6 - корончатая гайка, 7 - крепительная крышка, 8 - болт стопорной планки с пружинной шайбой, 9 – проволока, 10 стопорная планка, 11 -уплотнительное кольцо, 12 - смотровая крышка, 13 - крепительный болт с пружинной шайбой, 14 – резиновое кольцо

Букса с подшипниками кассетного типа Взамен цилиндрических роликовых подшипников в настоящее время в буксах грузовых и пассажирских вагонов внедряются двухрядные конические подшипники кассетного типа ТВU 130 и ТВU 150. Такой буксовый узел имеет существенные преимущества перед обычным узлом. В их числе компактность конструкции, уменьшенная масса, возможность реализации скоростей движения более 200 км/ч, повышенная ремонтопригодность, увеличенная эксплуатационная надежность за счет резкого сокращения числа отказов по торцевому креплению, износам и разрушению сепараторов, повышенная гарантийная ответственность изготовителя (до 8— 10 лет). При подкатке в грузовую тележку модели 18 -100 колесной пары с напрессованными в холодном состоянии на ее шейки буксовыми узлами кассетного типа необходима специальная деталь — полубукса (адаптер). Она предназначена воспринимать от боковой рамы тележки радиальные и осевые нагрузки, передавать их на кассетный буксовый узел, а также ограничивать перемещение колесной пары поперек и вдоль вагона.

Конический подшипник кассетного типа для грузовых вагонов с нагрузкой на ось 23, 5 тс. с нагрузкой на ось 25 тс.

Буксовый узел с подшипником кассетного типа 1 — уплотнительный кожух (передний и задний); 2 — упорное кольцо (переднее); 3 — стопорная шайба; 4 — болт; 5 — передняя крепительная крышка; 6 — внутреннее кольцо подшипника; 7 — наружное кольцо подшипника; 8 — сепаратор; 9 — дистанционное кольцо; 10—конический ролик; 11 — задняя крепительная крышка

БУКСОВЫЙ УЗЕЛ КАССЕТНОГО ТИПА

Буксовый узел тележки модели 18 -194 • Применение адаптеров с двухрядными коническими подшипниками кассетного типа размерами 150× 250× 175 мм (производства “ВПЗ-15”), не требующих технического обслуживания обеспечивает межремонтный пробег 1 млн. км Адаптер с полиуретановой прокладкой

Продукция SKF для грузовых вагонов Осевая нагрузка Подшипник SKF 23, 5 тонн CTBU 130 x 250 х160 25 тонн CTBU 150 x 250 х160 27, 5 тонн CTBU 150 x 250 х160 30 -35 тонн CTBU AAR Class K 35 -40 тонн CTBU AAR Class G

Буксовый узел на подшипниках SKF

Тележка грузового четырехосного полувагона, колесные пары которой оборудованы кассетными подшипниками. Опора подшипников в буксовом проеме произведена через адаптер. Понятие корпуса буксы для этого типа буксовых узлов теряет смысл

Корпус буксы пассажирского вагона Особенность конструкции буксы пассажирского вагона заключается в том, что в нижней части корпуса отлиты заодно с ним кронштейны 1 , с отверстиями 2 для пропуска шпинтонов, укрепленных на раме тележки. Кронштейны предназначены для размещения пружин буксового подвешивания.

Общий вид буксы пассажирского вагона

Букса пассажирского вагона с двумя цилиндрическими подшипниками с торцевым креплением гайкой 1 - корпус буксы; 2 - лабиринтное кольцо; 3 - задний подшипник; 4 - передний подшипник; 5 - крепительная крышка; 6 - смотровая крышка; 7 - торцевая гайка; 8 - стопорная планка; 9 - болт М 12 стопорной планки с пружинной шайбой; 10 – проволока; 11 -болт М 12 смотровой крышки; 12 -пружинная шайба; 13 – прокладка; 14 - кольцо уплотнительное

Свод корпуса буксы пассажирского вагона имеет переменное сечение для рационального распределения нагрузок на ролики цилиндрических подшипников. Передняя часть корпуса позволяет устанавливать редукторно-карданный привод подвагонного генератора. В потолке корпуса буксы имеется несквозное отверстие с резьбой М 16 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.

Букса скоростного поезда «Аврора» Буксы вагонов скоростных поездов отличаются от обычных наличием упорного шарикового подшипника, воспринимающего повышенные осевые нагрузки, возникающие при высокой скорости движения до 200 км/ч и более.

Условия безопасной эксплуатации буксовых узлов В целях обеспечения безопасности движения производится наблюдение и уход за буксами в эксплуатации. Наружный осмотр букс производят в пунктах подготовки вагонов к перевозкам, формирования, технического обслуживания и оборота вагонов, а также в ремонтных депо. Основным признаком возможной неисправности буксового узла вагонов является, как правило, повышенный нагрев корпуса буксы. Однако встречаются такие неисправности роликовых подшипников, которые на первоначальной стадии не вызывают нагрева букс, но представляют серьезную угрозу для безопасности движения поездов. Поэтому при встрече поездов с ходу в пунктах технического обслуживания необходимо выявлять возможные неисправности буксовых узлов по температурным режимам и внешним признакам.

Распределение неисправностей буксового узла По данным ОАО «РЖД» на 01. 2009 года

Запрещается постановка в поезд и следование в нем вагонов, у которых буксовый узел имеет хотя бы одну из следующих неисправностей: 1. ослабление болта крепления смотровой или крепительной крышек буксы; 2. повышенный нагрев верхней части корпуса буксы.

Распределение неисправностей буксового узла (по видам показаний «Тревога 1» по Каменск-Уральскому узлу Свердловской железной дороги за 2007 год)

Причины повышенного нагрева букс Основным признаком возможной неисправности буксового узла вагонов является, как правило, повышенный нагрев корпуса буксы. Причинами повышенного нагрева букс являются: • а) излишнее количество смазки, при этом поверхность верхней части корпуса буксы нагревается равномерно, а из лабиринтной части буксы вытекает смазка. Для выявления причин нагрева необходимо вскрыть смотровую крышку. • б) заедание в лабиринте вследствие отсутствия зазора между лабиринтной частью корпуса буксы и лабиринтным кольцом, при этом задняя часть корпуса буксы нагревается больше передней. В этом случае колесную пару необходимо заменить; • в) ненормальная работа роликовых подшипников, вызывающая резко повышенный нагрев буксы.

Повышенный нагрев буксы может произойти из-за неисправности подшипников: • разрыва внутреннего кольца, малого осевого и радиального зазоров подшипников, • излома или износа сепаратора, • отсутствия или потери смазкой своих свойств, • неправильной сборки подшипников и других деталей, • попадания посторонних тел (песок металлические включения и т. п ), • неправильной сборки тележки (перекос рамы, неточная установка шпинтонов и т. д ). При обнаружении вышеперечисленных или других неисправностей колесную пару необходимо заменить, а обе буксы этой колесной пары подвергнуть полной ревизии.

К числу основных причин, вызывающих разрушение буксового узла с подшипниками на горячей посадке и приводящих к излому шейки оси следует отнести: - ослабление торцевого крепления буксы; - проворот внутреннего кольца на шейки оси (потеря посадочного натяга) - усталостное разрушение сепаратора - обводнение смазки, потеря ее служебных свойств; - разработка сепаратора; - разрыв внутреннего кольца; -скол борта внутреннего кольца; -заклинивание роликов между бортами наружного кольца

Сварочные работы на вагонах и тележках, оборудованных колесными парами с буксами на роликовых подшипниках, должны выполняться так, чтобы подшипники не были включены в сварочную цепь. При этом запрещается использовать рельсы в качестве обратного провода

Конечная стадия при разрушении подшипников - излом шейки оси

Усталостные раковины наружного кольца подшипника

Излом шейки оси

Излом шейки оси на Дальневосточной дороге 16 января 2008 г. на перегоне Золотинка — Аям Дальневосточной дороги из-за проворота внутреннего кольца переднего подшипника по вине вагонного депо Черняховск Калининградской дороги

Излом шейки оси на Западно-Сибирской дороге 31 января на перегоне Камень-на-Оби — Световская Западно-Сибирской дороги из-за проворота внутреннего кольца переднего подшипника по вине ремонтного вагонного депо Мурманск Октябрьской дирекции по ремонту грузовых вагонов

Проворот внутреннего кольца на шейке оси (потеря посадочного натяга) является следствием неправильного подбора величины посадочного натяга. На ряде ремонтных предприятий качество ремонта и монтажа роликовых подшипников находится на низком уровне. Не соблюдаются требования температурного режима, замеры шеек производятся несоответствующим инструментом, в результате чего величина натяга может быть недостаточной или чрезмерной.

Надежность работы роликовых подшипников зависит от точности изготовления и ремонта колесной пары, букс и ее деталей, правильности монтажа букс и ухода за ними в эксплуатации. Сварочные работы на вагонах и тележках, оборудованных колесными парами с буксами на роликовых подшипниках, должны выполняться так, чтобы подшипники не были включены в сварочную цепь. При этом запрещается использовать рельсы в качестве обратного провода. Подвод тока должен осуществляться по двухпроводной системе с присоединением обратного провода от источника питания дуги и непосредственно вблизи места сварки так, чтобы сварочная цепь не замыкалась через буксы, автосцепку, редукторы и другие разъемные соединения. Сварочные машины и трансформаторы должны быть тщательно изолированы от ремонтных путей. При сварочных работах на вагоне или тележке с нарушением изложенных выше требований колесные пары должны быть выкачены из-под вагона или тележки и подвергнуты полному освидетельствованию со снятием внутренних и лабиринтных колец с шеек осей

Монтаж и демонтаж буксовых узлов В процессе ремонта колесных пар вагонов производится монтаж и демонтаж буксовых узлов. Автоматизированный участок для демонтажа буксовых узлов грузовых вагонов предназначен для проведения полного цикла работ по демонтажу буксовых узлов с оси колесной пары, разборки букс, мойки корпусов букс, подшипников и деталей буксового узла, очистки и мойки оси и дисков колесной пары.

Участок демонтажа буксовых узлов грузовых вагонов 1 -механизированная эстакада, с устройствами разворота колесных пар, 2 - стенд для демонтажа букс, 3 - буксосъемник, 4 - автоматизированный комплекс мойки колесных пар, 5 – устройство для выпрессовки подшипников, 6 – машина для мойки и сушки подшипников, 7 - машина для мойки корпусов букс, 8 – универсальная машина для мойки деталей и узлов подвижного состава.

Комплекс обеспечивает выполнение следующих технологических операций: подъем колесной пары на эстакаду, перемещение колесной пары по эстакаде с позиции на позицию с возможностью ее поворота; откручивание на первой позиции эстакады с помощью стенда демонтажа всех болтов буксового узла и гайки М 110; съем обеих букс с оси колесной пары на второй позиции эстакады и транспортирование их с помощью буксосъемника на позицию демонтажа подшипников автоматизированного участка распрессовки и мойки подшипников и корпусов букс; выпрессовку подшипников, передачу подшипников и корпусов букс на машины для мойки и сушки подшипников и мойки корпусов букс; мойку деталей буксового узла; передачу колесной пары без букс на автоматизированный комплекс для мойки колесных пар, где средняя часть оси и диски очищаются вращающимися щетками и обмываются моющим раствором; передачу вымытой колесной пары с эстакады на путь.

Общий вид стенда для демонтажа роликовых букс

Общий вид автоматизированного участка распрессовки и мойки подшипников и корпусов букс грузовых вагонов