Габарит подвижного состава

Расчет оси по условному методу дает возможность определить наименьшие допускаемые диаметры ее расчетных сечений:

где М — изгибающий момент от действия расчетных нагрузок в расчетном сечении оси; [σ] — допускаемое напряжение для расчетного сечения оси.

В качестве нагрузок, действующих  на ось, при этом методе расчета принимают вертикальную нагрузку, равную 1,25Q и приложенную к середине шеек оси, и горизонтальную нагрузку, равную 0,5Q и приложенную на уровне центра тяжести вагона (Q — статическая нагрузка на ось от веса вагона брутто). В качестве основных расчетных сечений оси обычно принимают сечение шейки у предподступичной галтели, сечение подступичной части в плоскости круга катания колеса и сечение посередине оси. Изгибающие моменты от расчетных нагрузок в этих сечениях следующие:

где h_K — высота центра тяжести вагона от оси колесной пары;

l₂ — расстояние между серединами шеек оси;

l₁ — длина шейки оси;

2s = 1580 мм — расстояние между кругами катания колес;

r_к — радиус колеса.

Диаметры основных сечений оси  принимают несколько большими, чем полученные расчетом: шейки оси под подшипники качения — на 2 мм, а подступичной и средней части оси — на 6 мм. Действительный диаметр шейки округляют в сторону увеличения до размера, соответствующего ближайшему номеру подшипника, выпускаемого промышленностью по действующим техническим условиям.

 

Буксы

Буксы являются важнейшими элементами ходовых  частей вагона, от их надёжности во многом зависит безопасность движения поездов. Буксы располагаются на шейках оси и преобразуют вращательное движение колёсных пар в поступательное, обеспечивая продвижение вагона с необходимыми скоростями. Они воспринимают и передают колёсным парам силы тяжести гружёного кузова, а также динамические нагрузки, возникающие:

- при движении вагона по различным  участкам пути (прямым, кривым), имеющим  неровности и стыки рельсов;

- при движении по стрелочным  переводам;

- при торможении и наезде колеса  на башмак во время роспуска  вагонов с горок;

- при наличии неравномерного проката  и ползуна на поверхности катания  колёс и др.

Буксовый  узел современного отечественного вагона — это буксовый узел с цилиндрическими  роликовыми подшипниками на горячей  посадке, которыми оснащаются все типы пассажирских и грузовых вагонов.

 

5. Конструкции применяемых подшипников качения и способы их посадки на шейку оси

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. Задний подшипник выполнен с однобортовым внутренним кольцом, а передний - с безбортовым внутренним кольцом и плоским приставным упорным кольцом, выполняющем роль борта.

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.

а) подшипник  в сборе; б) - наружные блоки переднего и заднего подшипников; в) - наружное кольцо переднего и заднего подшипника; г) - сепаратор; д) - внутреннее кольцо заднего подшипника; е) - приставное упорное кольцо; ж) - цилиндрический ролик; з) - внутреннее кольцо переднего подшипника. 1 - дорожки качения; 2 - борта; 3- расчеканка

Рисунок 7 - Роликовые подшипники и их детали:

Внутренние  кольца подшипников устанавливаются  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 1 (рис. 7) 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.

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

Неподвижность крепления внутренних колец на шейке  оси достигается соответствующей их посадкой - горячей, втулочной или прессовой.

Горячая посадка обеспечивается за счет разности диаметров шейки оси и внутреннего  кольца. Диаметр отверстия внутреннего  кольца должен быть меньше диаметра шейки  на величину натяга, равного 40-70 мкм. При  монтаже буксового узла внутренние кольца нагревают до температуры 100-120°С, в результате чего кольца расширяются и свободно надеваются на шейку. После остывания они плотно обхватывают шейку. Горячая посадка наиболее технологична для цилиндрических подшипников и поэтому применяется в типовом буксовом узле.

Втулочная посадка подшипника на шейку оси  обеспечивается с помощью конусной разрезной закрепительной втулки, которая  запрессовывается между шейкой оси и внутренним кольцом. В процессе запрессовки контролируются величина давления и продвижение втулки. Такая посадка применялась ранее для закрепления однорядных цилиндрических и двухрядных сферических подшипников в вагонах старой постройки.

Прессовая посадка применяется для установки  внутренних колец конических подшипников кассетного типа в тележках зарубежных вагонов, а также в отечественных тележках пассажирских вагонов нового поколения для скоростей движения 200 км/ч.

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.

Ролики  цилиндрического подшипника 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".

Сепаратор представляет собой кольцо, изготовленное  из латуни ЛЦ400МцЗЖ с наличием окон для установки роликов. Для удержания  роликов от выпадения из сепаратора производится расчеканка - раздавливание  металла в двух местах каждой перемычки  с внутренней стороны.

Элементы  торцевого крепления подшипников  предназначены для закрепления внутренних колец подшипников в осевом направлении.

 

6. Список использованной литературы

1. Вагоны. Проектирование, устройство и методы испытаний. Под редакцией канд. техн. наук Л.Д.Кузьмича, Москва, Машиностроение, 1978г.
2. Вагоны. Конструкция, теория и расчёт. Под ред. Л.А.Шадура, Москва, Транспорт, 1980г.
3. Конструирование и расчет вагонов: Учеб. для вузов ж.-д. трансп. / В.В. Лукин, Л.А. Шадур, В.Н. Котуранов; Под ред. В.В. Лукина. - М.: УМК МПС России, 2000. - 731 с.
4. Расчёт вагонов на прочность. Под редакцией д-ра техн. наук проф. Л.А.Шадура, Машиностроение, Москва.
5. Конструирование и расчет вагонов. В.В. Лукин, П.С. Анисимов,В.Н. Котуранов - М.: ФГОУ "УМЦ", 2011, - 688 с
6. Вагоны. Основы конструирования и экспертизы технических решений:

Учеб. Пособие для  вузов ж.д. трансп./Под ред. В.Н.Котуранова.-М.:Маршрут, 2005.-490с.

7. ГОСТ 9238-83 «Габариты  приближения строений и подвижного  состава железных дорог колеи 1520 (1524) мм»

8. «Инструкция по  применению габаритов подвижного  состава» - М.: «Транспорт», 1988

9. ГОСТ 10791-2011 Колёса  цельнокатаные. Технические условия.  Москва, Стандартинформ.

10. ГОСТ 4728-96 Заготовки  осевые для подвижного состава  железных дорог колеи 1520 мм.

11. ГОСТ 31334-2007 Оси  для подвижного состава железных  дорог колеи 1520 мм. Технические  условия.

12. ГОСТ 4835-2006 Колёсные  пары вагонов магистральных железнодо-рожных колеи 1520мм. Технические условия.