Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Буксы с подшипниками скольжения

Буксы с подшипниками скольжения

Страница 5 из 6

Буксы с подшипниками скольжения по устройству смазывающих приспособлений бывают:

  • польстерные – смазка подается из нижней части буксы на шейку оси с помощью польстера;
  • подбивочные – смазка подводится к шейке оси с помощью упругих валиков;
  • польстерно-подбивочные (рис. 1) – в качестве смазывающего устройства применяются польстер и подбивочные валики.

Корпус буксы представляет собой стальную литую коробку, имеющую в передней части прямоугольное отверстие, через которое ставятся и вынимаются вкладыш (2) и подшипник (3), заправляется и сменяется польстер (5) и подбивочный материал, заливается смазка и осматривается шейка оси. Это отверстие в корпусе буксы закрывается крышкой.

Через заднее овальное отверстие в корпусе проходит предподступичная часть оси. Оно уплотняется пылевой шайбой (4), помещаемой между двумя стенками заднего затвора буксы. Шайба плотно обхватывает предподступичную часть оси, благодаря чему устраняется зазор между осью и корпусом. Снаружи на боковых стенках корпуса буксы имеются направляющие пазы для челюстей боковых рам тележек четырехосных вагонов. На буксе имеется также место, которое воспринимает нагрузку: гнездо под рессорный хомут для листовой рессоры, бурты или шипы для пружины, цилиндрическая или плоская поверхность для балансиров и т. п.

Букса с подшипником скольжения четырехосного грузового вагона

Рис. 1 – Букса с подшипником скольжения четырехосного грузового вагона: 1 – корпус; 2 – вкладыш (клин); 3 – подшипник; 4 – пылевая шайба; 5 – польстер; 6 – крышка

Букса, являясь неподрессоренной частью вагона, жестко воспринимает нагрузки, возникающие при движении вагона. Кроме постоянно действующих сил от груза и тары вагона, она испытывает значительные удары в моменты движения колесной пары по стыкам рельсов, во время резкого торможения поезда или наезда вагона на башмак при роспуске с горки, при прохождении кривых участков пути вследствие возникновения центробежной силы и т. п. Большую нагрузку также воспринимает корпус буксы во время подъема домкратом груженого вагона, например при смене подшипника. Поэтому корпус буксы должен быть прочным, чтобы выдерживать действующие на него усилия. Такими являются стальные буксовые корпуса, которые отливают из углеродистой стали марки 15Л или 20Л, имеющей предел прочности 400–420 МН/м2 и относительное удлинение не менее 23–24%. Если обнаруживаются раковины или другие дефекты, корпус подвергают испытанию. Для этого в буксу наливают керосин, а снаружи корпуса зона расположения дефектов покрывается мелом. Если в течение 5 минут на поверхности мела окажутся следы керосина, корпус бракуют.

Стенки стальных букс делаются толщиной 8–10 мм. На каждом корпусе буксы отливают товарный знак завода-изготовителя и ставят приемочное клеймо отдела технического контроля. Снаружи буксы окрашивают в черный цвет.

На (рис. 2, а) показан корпус буксы тележек со стальными литыми боковинами для грузовых вагонов. Боковые стенки корпуса буксы имеют широкие пазы, в которые входят направляющие боковины. Верхняя стенка корпуса, непосредственно воспринимающая нагрузку от боковины тележки, усилена кольцевым ребром. Внутри буксы на этой стенке имеется обработанное место (потолок) для размещения вкладыша подшипника. В верхней части боковых стенок с обеих сторон находятся приливы для упора подшипника. Для правильной работы подшипника необходимо, чтобы эти приливы имели строго определенные размеры в, г, д, е (рис. 2, б) и располагались одинаково относительно плоскости, перпендикулярной оси корпуса буксы, совпадающей с осью колесной пары.

Корпус буксы тележки с литыми боковинами и схема расположения в ней подшипника

Рис. 2 – Корпус буксы тележки с литыми боковинами и схема расположения в ней подшипника

Для предотвращения скольжения при подъеме домкратом нижняя поверхность, корпуса буксы отливается рифленой.

Корпус буксы должен обладать герметичностью, которая обеспечивается постановкой крышки и уплотняющей шайбы. Буксовые крышки должны прилегать к торцовой плоскости стенок переднего отверстия корпуса буксы по всему периметру и прижиматься к ней силой, обеспечивающей постоянный контакт при действии на буксу вертикальных ускорений величиной 15–20g и горизонтальных 5g, где g – ускорение силы тяжести. Требованиям герметичности не удовлетворяет в полной мере ни одна из существующих буксовых крышек. Попытка разработать удобную в эксплуатации крышку с надежным кулачковым затвором, самоустанавливающуюся по всему периметру отверстия корпуса буксы («плавающего типа»), оказалась неудачной из-за сложности обслуживания и неисправностей деталей кулачкового механизма.

Буксовая крышка плотно закрывает переднее отверстие корпуса и при необходимости открывается вверх не менее чем на 90° по отношению к плоскости прилегания. От состояния буксовой крышки зависит работа всего буксового узла, так как неисправность крышки может быть причиной грения буксы, а следовательно, задержки поездов или отцепки вагонов.

Крышки (рис. 3) штампуют из листовой стали толщиной 2–4 мм. Гофры и отбуртовки придают им необходимую жесткость. В комплект крышки входят полотно (1), витая пружина (3), валик (6), съемный колпак (2), отбойная планка (4) и резиновое уплотнение (5). Общая масса этой крышки 4,95 кг. Полотно ее штампуют из листовой стали марки Ст2. На полотно способом вулканизации наносится гофрированный слой из резины марки Н-26-16а, который герметизирует буксу лучше, чем уплотнение в виде гладкой полосы.. Среднее усилие прижатия крышки к буксе витой пружиной равно 68–88 Н, а крышки с лепестковыми пружинами – всего 29–34 Н.

Буксовая крышка

Рис. 3 – Буксовая крышка

Уплотняющие (пылевые) шайбы защищают от попадания пыли, влаги и посторонних предметов внутрь буксы со стороны колеса, а также удерживают смазку от вытекания через кольцевой зазор между предподступичной частью оси и отверстием в задних стенках корпуса буксы. Шайба вставляется сверху в паз корпуса и плотно обхватывает предподступичную часть оси без просветов и зазоров. Для этого внутренний диаметр шайбы делают несколько меньшим, чем наружный диаметр предподступичной части оси. Уплотняющая шайба должна быть упругой, чтобы допускать, не повреждаясь, перемещение буксы относительно шейки оси как в горизонтальном направлении (на 10 мм вдоль и поперек оси при повороте буксы относительно шейки вследствие перекоса колесной пары), так и по вертикали (в пределах, обусловленных выемкой подшипника и его износом).

Разработанная уплотняющая шайба (рис. 4, а) из маслоустойчивой и морозостойкой резины (2) с внутренней металлической армировкой (1) по периметру шайбы успешно применяется в буксах грузовых вагонов. Трехслойные уплотняющие шайбы (рис. 4, б) применяются в буксах грузовых вагонов. Первый слой (3) делается из технического шерстяного сукна, искусственной кожи или специального картона, второй (средний) слой (4) – из мешковины или хлопчатобумажного сукна, а третий (5) – из технического войлока толщиной 7–12 мм. Все три слоя прошиваются прочными нитками.

Уплотняющие шайбы

Рис. 4 – Уплотняющие шайбы: а – резиновая; б – трехслойная

Подшипники скольжения являются основной частью буксы, через них передается нагрузка от кузова вагона непосредственно на вращающуюся шейку оси колесной пары. Своей внутренней поверхностью он соприкасается с осевой шейкой по всей длине и при вращении шейки скользит по ее поверхности.

Подшипник скольжения должен быть прочным и устойчивым, как от опрокидывания так и от смещения поперек шейки под действием горизонтальных сил со стороны корпуса буксы. Конструкция подшипника должна обеспечивать возможно более равномерное распределение нагрузки по его длине. При этом требуется, чтобы во время движения вагона шейки оси, находящиеся в сопряжении с подшипниками, изнашивались как можно меньше и чтобы температура нагрева подшипника не превосходила допускаемой нормы. Это достигается выбором соответствующего материала для подшипника, установлением правильных размеров и применением рациональной смазки. В буксах вагонов применяют так называемые трехслойные подшипники, состоящие из стального корпуса, бронзовой армировки и баббитовой заливки. Конструкция и размеры подшипников скольжения, применяемых в вагонах (рис. 5), зависят в основном от длины и диаметра шеек осей и типа буксы.

Подшипник для грузовых вагонов

Рис. 5 – Подшипник для грузовых вагонов

Корпуса подшипников (1) изготовляются литые из стали марки 15Л или 20Л и штампованные из стали марок Ст0, Ст2, СтЗ или Ст4. Нижняя часть подшипника (3), соприкасающаяся с шейкой, оси, заливается мягким антифрикционным сплавом – баббитом.

Между корпусом и баббитовым слоем имеется прокладка (2) из марганцовисто-свинцовой латуни марки ЛМцС58-2-2 или из бронзы марки БрОЦС5-5-5. Такая армировка предохраняет от порчи шейку оси в случае выплавления баббита. Армировка закреплена в корпусе подшипника в пазах, имеющих форму «ласточкина хвоста», так же крепится и баббитовая заливка в армировке.

Баббитовая поверхность подшипника скольжения делается цилиндрической и обхватывает шейку оси примерно на 1/3 ее окружности. Для обеспечения нормальной работы подшипника необходимо, чтобы его внутренний радиус Rп (рис. 6) был всегда несколько больше радиуса шейки оси Rш (примерно на 1–2 мм), тогда между подшипником (1) и шейкой (2) у краев проникает смазка, при этом продольные грани баббитовой заливки подшипника должны иметь небольшие фаски шириной 5–8 мм, чтобы смазка не срезалась.

Схема правильного расположения подшипника на шейке оси

Рис. 6 – Схема правильного расположения подшипника на шейке оси

Длина подшипника Lп должна быть короче длины шейки Lш на величину а+б = 6÷8 мм для четырехосных вагонов. Эта величина называется разбегом подшипника. Разбег необходим для свободного перемещения подшипника вдоль шейки при проходе вагона по кривым участкам пути. При отсутствии разбега подшипник будет заклиниваться и вызывать сильное нагревание шейки. При большом разбеге вагон будет испытывать сильные боковые толчки. Угол обхвата шейки оси в эксплуатируемых подшипниках составляет около 120°.

Работоспособность подшипников скольжения в значительной мере определяется свойствами антифрикционных сплавов.

Антифрикционный слой подшипника (баббитовая заливка) должен удовлетворять следующим требованиям:

  • обладать большой сопротивляемостью сжатию при достаточной способности деформироваться;
  • легко прирабатываться к шейке оси;
  • быть износо- и теплостойким;
  • обладать хорошими литейными качествами.

Баббитами называются антифрикционные сплавы на оловянной или свинцовой основе. Они представляют собой пластичную массу олова и свинца, в которой равномерно размещаются более твердые зерна сурьмы, кальция, натрия и других химических элементов. Эти зерна воспринимают нагрузку и передают ее всей массе сплава. В случае когда отдельные зерна оказываются перегруженными, они вдавливаются в пластичную массу, вследствие чего нагрузка выравнивается по всей поверхности трения.

Для заливки подшипников применяется кальциевый баббит БКА, в состав которого входят кальций 0,95–1,15%, натрий 0,70–0,90%, алюминий 0,05–0,20% и примеси не более: 0,1% висмута, 0,25% сурьмы, 0,02% магния и прочих 0,3%. Основной составной частью баббита является свинец, содержание которого в сплаве достигает 98 %.

Кальциевый баббит имеет ряд преимуществ перед оловянистым и сурьмянистым баббитом. Он имеет высокую температуру плавления (320°С), выдерживает более высокие нагрузки, обладает большой сопротивляемостью ударным нагрузкам и хорошо прирабатывается к шейкам осей.

Заливка подшипников баббитом осуществляется в формах (рис. 7), состоящих из металлической пластинки (2), с обеих сторон которой приклепаны сердечники (3). Наружная поверхность сердечника имеет высокий класс шероховатости, форму и размеры соответствующей шейки оси.

Форма для заливки подшипников баббитом

Рис. 7 – Форма для заливки подшипников баббитом

Подшипник, подлежащий заливке, тщательно очищают от грязи и пыли. Особое внимание обращают на состояние его внутренней поверхности, пазов и конических отверстий в армировке. Поверхность армировки, соприкасающаяся с баббитом, должна быть не ниже 4-го класса шероховатости. Острые кромки должны быть притуплены.

Подготовленные подшипники (1) приставляют к сердечнику формы и плотно прижимают хомутом (4) с нажимным болтом (5). Места неплотного прилегания промазывают замазкой из растертой глины с 25% поваренной соли. Собранные формы устанавливают на тележки и вкатывают в камеру печи для нагрева до температуры 200–250°С. Печи служат также для плавки баббита и подплавления изношенного баббита подшипника. Одновременно с подготовкой форм производится подготовка баббита к плавке.

Кальциевый баббит должен строго отвечать требованиям, установленным стандартами и техническими условиями. Поэтому каждая партия баббита, получаемая для заливки подшипников, должна иметь соответствующий заводской сертификат с данными химического анализа. Учитывая, что толщина баббитового слоя подшипников равна 4,5±0,5 мм и что под вагонами работают оси с различными по диаметру и длине шейками, подшипники заливают баббитом по градациям. При каждой плавке тигель загружается баббитом в количестве, не превышающем необходимое для заливки подготовленной партии подшипников. После загрузки шихтой тигель нагревают равномерно по всей высоте для расплавления баббита и заканчивают нагрев при достижении им температуры 520–550°С. Повышать температуру расплавленного баббита выше 570°С нельзя, так как при этом излишне выгорают кальций и натрий, а также образуются газовые и усадочные раковины в заливке.

В процессе плавки температуру систематически контролируют термоэлектрическим пирометром. Плавка баббита в закрытом тигле позволяет ускорить расплавление баббита и уменьшить выгорание его компонентов. В процессе заливки подшипников следят за тем, чтобы к концу этой операции температура баббита в тигле была не ниже 475°С, т. е. чтобы он оставался достаточно жидким. Разливку баббита по формам одной партии производят не более 15 мин, спокойно, равномерно и обязательно непрерывной струей до полного заполнения форм, чтобы получить монолитный баббитовый слой подшипников. Залитые формы постепенно остывают до температуры 15–20° С. Искусственное охлаждение подшипников применять нельзя. Остывшие подшипники вынимают из формы, очищают от обмазки, удаляют заусенцы и опиливают галтели. Затем тщательно осматривают качество заливки и негодные подшипники бракуют.

Подшипники скольжения, залитые баббитом, должны удовлетворять следующим требованиям:

  • поверхность залитого слоя должна иметь матово-серебристый цвет; наличие желтого оттенка свидетельствует о перегреве баббита во время заливки и такие подшипники бракуются;
  • соединение заливки с корпусом и армировкой должно быть плотным, что контролируется легким простукиванием подвешенного подшипника; при хорошем соединении получается чистый звук, а при неплотном – дребезжащий;
  • поверхность залитого баббитового слоя должна быть чистой, в средней части не допускаются трещины, пористость и раковины. По краям подшипника на участках шириной 25 мм не допускается более двух раковин диаметром и глубиной более 2 мм на 1 см2 поверхности. Отдельные крупные раковины в баббитовой заливке с диаметром до 10 мм допускается заплавлять баббитом той же марки;
  • твердость баббитового слоя должна быть не ниже НВ 18 по истечении 3 ч после заливки или не ниже НВ 23 по истечении 24 ч. Твердость баббитового слоя проверяется на прессе Бринелля. Испытание на твердость состоит в том, что стальной закаленный шарик установленного диаметра с определенной нагрузкой вдавливается в течение заданного времени в гладкую плоскую поверхность испытуемого сплава. При этом на поверхности сплава остается лунка, диаметр которой тем больше, чем меньше твердость сплава.

На баббите каждого подшипника как отпечаток сердечника формы отливают цифры высотой 2 мм, обозначающие диаметр и длину подшипника. На боковой вертикальной обработанной поверхности корпуса подшипника ставится клеймо, присвоенное вагонному депо (ВЧД) или вагоноремонтному заводу (ВРЗ), а также дата заливки по образцу: 9-78-29 (9 – месяц заливки, 78 – год и 29–клеймо ВЧД или ВРЗ). При каждой перезаливке подшипников старое клеймо забивается и ставится новое.

Для облегчения постановки и выемки подшипника между ним и потолком буксы ставится промежуточная деталь, называемая буксовым вкладышем, изготовляемым из стали штамповкой или литьем. Через вкладыш передается нагрузка от корпуса буксы на подшипник. Поэтому от его конструкции (жесткости, формы и выбранных размеров, особенностей сопряжения с корпусом буксы и подшипником) существенно зависит рациональное распределение нагрузки на баббитовый слой.

Вкладыш для подшипника оси типа III (рис. 8, а) при постановке на место упирается в заднее торцовое ребро подшипника, а спереди – в упорные выступы на потолке буксы. Нижняя поверхность вкладыша, как и корпус подшипника сверху, делается трехгранной, а верхняя, на которую опирается потолок корпуса буксы, имеет цилиндрическую форму с образующими, перпендикулярными шейке оси. Такая форма верхней поверхности вкладыша позволяет буксе самоустанавливаться относительно шейки оси. На нижней поверхности буксового вкладыша для подшипника старотипной оси (рис. 8, б) имеется выточка (гнездо) диаметром 134 мм и глубиной 7 мм, в которую входит опорный кольцевой выступ корпуса подшипника. Верхняя плоская поверхность вкладыша входит в гнездо потолка буксы.

Буксовые вкладыши

Рис. 8 – Буксовые вкладыши

В буксах вагонов железных дорог применяются две схемы установки вкладыша и подшипника. При установке по первой схеме (рис. 9, а) нагрузка, действующая вдоль оси колесной пары, передается буксовым корпусом (1) на торцы вкладыша (2), который передает ее подшипнику (3), входящему своей верхней частью в углубление вкладыша. Подшипник, скользя вдоль шейки (4), передает нагрузку на ее переднюю или заднюю галтель. При установке во второй схеме (рис. 9, б) нагрузка, действующая в сторону буртика шейки, передается корпусом буксы подшипнику посредством заплечика (5). Нагрузка, действующая в противоположном направлении, передается корпусом на торец вкладыша – на бурт подшипника (3). Вторая схема более целесообразна, так как она обеспечивает большую устойчивость подшипника и поэтому широко применяется.

Схемы размещения подшипников в буксах

Рис. 9 – Схемы размещения подшипников в буксах

Во время движения колесных пар между подшипником и шейкой оси возникает трение, на преодоление которого затрачивается значительная часть полезной работы локомотива. Для уменьшения силы трения применяют различные смазки.

В буксах с подшипниками скольжения смазка на осевые шейки подается снизу при помощи польстерных щеток или упругих подбивочных валиков. Последние укладываются на дно буксы и плотно прижимаются к шейке оси. Смазка поднимается со дна буксы вверх в результате капиллярности волокон подбивочного материала или щетки польстера. Большое значение имеет упругость подбивки, так как при осадке валик отстает от шейки оси и подача смазки к ней прекращается.

Польстер (рис. 10), являющийся основным смазочным устройством, применяемым в вагонных буксах, состоит из металлического каркаса и щетки с фитилями, которые заменяют подбивку. Каркас польстера имеет нижние большую (6) и малую (5) пластины, опирающиеся на дно корпуса буксы, верхнюю пластину (3), две пружины (2), скобу (4) и шарнирную ручку (1).

Польстер буксы и его каркас

Рис. 10 – Польстер буксы и его каркас

Польстерная щетка (7) вяжется из полушерстяной пряжи. Верхняя часть ее состоит из коротких петель, а вниз спускаются длинные фитили. Щетка привязывается шнуром к верхней пластине каркаса через отверстия по краям пластины. Фитили щетки пропускают через четыре продолговатых отверстия в верхней пластине каркаса. В модернизированном польстере (ПМ-65) щетка имеет три группы фитилей (вместо двух), что позволило увеличить подачу масла к шейке оси на 40%.

Собранный польстер пропитывают в смазке и вставляют в буксу. По фитилям смазка поднимается к щетке и через нее поступает на шейку оси. Интенсивность подачи масла зависит от усилия, с которым щетка польстера прижимается к шейке: при увеличении этого усилия с 3 до 30 Н подача масла возрастает в 8–10 раз, а при давлении на шейку свыше 100 Н поток масла почти не возрастает. Сила прижатия щетки польстера к шейке оси равна 40 Н. Чтобы смазка к шейке поступала в необходимом количестве, должен быть также достаточно высоким уровень ее в корпусе буксы.

Осевые масла (смазки)

При вращении шейки оси смазка вследствие взаимного сцепления частиц и прилипания к оси попадает под подшипник и, приподняв его, обеспечивает жидкостное трение – подшипник как бы плавает на осевой шейке. Износ трущихся поверхностей и коэффициент трения при этом значительно уменьшаются.

Согласно гидродинамической теории смазки полная сила трения F в Н равна

21042014_f1

где f – абсолютная вязкость жидкости, Н∙с/м2;

 υ – относительная скорость твердых тел, м/с;

Δ – средняя толщина смазывающего слоя, м;

S – поверхность соприкосновения металла, м2 (при отсутствии смазки).

Коэффициент трения μ будет при этом равен

21042014_f2

где q = P/S – давление на шейку, Н/м2;

Р – полная нагрузка на шейку, Н.

На толщину слоя смазки влияет и качество обработки поверхности шейки и подшипника. Так как даже при самой тщательной обработке на поверхности остаются мельчайшие неровности, грубо обработанные поверхности, перемещаясь одна относительно другой, разрывают смазочный слой, что равносильно сухому трению, а это приводит к нагреванию трущихся поверхностей. Исследованием доказано, что жидкостное трение возможно, только когда наименьшая толщина смазывающего слоя Δ больше суммы высот поверхностных неровностей шейки δ1 и подшипника δ2 (Δ > δ12).

Смазка поданная на шейку (2) (рис. 11, а) подбивкой или польстером (3), как бы нагнетается в серповидный зазор между подшипником и шейкой и создает гидродинамическое давление, которое от точки А постепенно возрастает до точки С, затем быстро падает. Серповидный зазор называется масляным клином. С увеличением давления подшипника на шейку толщина слоя (1) смазки (масляного клина) уменьшается вследствие ее выдавливания. Увеличение вязкоcти смазки препятствует выдавливанию ее и вызывает утолщение смазывающего слоя. Таким образом, толщина слоя смазки зависит от вязкости смазки.

Схема смазки подшипника (а) диаграмма зависимости коэффициента трения вязкости смазки (б)

Рис 11 – Схема смазки подшипника (а) диаграмма зависимости коэффициента трения вязкости смазки (б)

Зависимость между коэффициентом трения μ и абсолютной вязкостью f смазки при постоянных частоте вращения n шейки колесной пары и давлении q на подшипник показана кривой MBAN на (рис. 11, б). Кроме того, на графике показан характер изменения толщины масляного слоя в зависимости от вязкости смазки.

На вязкость смазки влияет температура внешней среды: при повышении температуры вязкость уменьшается, при понижении увеличивается. В связи с этим на наших железных дорогах в зависимости от температурных условий, определяемых временем года и климатом, применяют три осевых масла (смазки): летнее – Л, зимнее – 3, северное – С.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика