Пояснительная записка (1229405), страница 5

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 5)

- снижение удельного сопротивления движению и, как следствие, снижение расхода топлива или электроэнергии локомотивами (на 4–11% в зависимости от типа подшипников) или возможность увеличения скорости движения или массы поезда, что обеспечивает повышение пропускной и провозной способности дорог, снижение расходов на ремонт локомотивов;

- снижение сопротивления движению при трогании с места в 7–10 раз; при этом величина сопротивления не зависит от времени стоянки и температуры наружного воздуха;

- практически полное отсутствие случаев нагрева букс при повышении скоростей движения, удлинении безостановочных пробегов и ускорении оборота локомотива;

- значительное или даже полное сокращение расхода цветных металлов (при изготовлении сепараторов роликовых подшипников из стали, специального чугуна или полимерных материалов);

- большая экономия смазочных материалов, а также полное исключение расхода подбивочных материалов и необходимости сезонной смены смазки.

Недостатками роликовых подшипников качения являются:

- ограниченная возможность применения при очень больших нагрузках и высоких скоростях;

- непригодность для работы при значительных ударных и вибрационных нагрузках из-за высоких контактных напряжений и плохой способности демпфировать колебания;

- значительные габаритные размеры в радиальном направлении и масса;

- шум во время работы, обусловленный погрешностями форм;

- сложность установки и монтажа подшипниковых узлов;

- повышенная чувствительность к неточности установки;

- высокая стоимость при мелкосерийном производстве уникальных по размерам подшипников.

Однорядные конические подшипники, которые используются на ЭП1 являются разъемными, что позволяет вести раздельный монтаж наружных и внутренних колец подобно цилиндрическим роликоподшипникам. Ролики выполняют с «бомбиной» их поверхностей качения, торец роликов – сферический для снижения трения по бортам внутренних колец; сепаратор металлический или полимерный с базированием по телам качения. Однорядные конические роликоподшипники при монтаже и в процессе эксплуатации требуют тщательной регулировки осевых зазоров. Наличие зазоров, не соответствующих нормам, приводит к недопустимому нагреву подшипника и разрушению деталей.

Подшипниковые узлы букс колёсных пар локомотивов относят к опорам тяжёлых режимов эксплуатации. Условия их работы во многом определяются конструкцией ходовых частей буксового узла, эксплуатационными, климатическими и другими особенностями.

В особо сложных условиях находятся подшипники грузовых и пассажирских локомотивов. Неблагоприятные условия работы подшипников букс колёсных пар наблюдаются при движении локомотива по криволинейному участку пути. Силы инерции при торможении и соответствующие тормозные силы вызывают дополнительное неравномерное радиальное нагружение букс. Это дополнительное радиальное нагружение реализуется в виде реакций связей рам тележек с шейками осей, действующих вдоль рам тележек.

Итак, условия передачи нагрузки от пассажирского и грузового локомотива на буксы таковы, что последние нагружены неодинаково как вертикальными (радиальными), так и горизонтальными (осевыми) силами. При этом радиальная нагрузка неравномерно распределяется между парой подшипников в буксе даже после тщательного их подбора из-за трудностей учета деформации шейки оси, величин радиальных зазоров, погрешностей геометрической формы деталей подшипников. Таким образом, на цилиндрические роликоподшипники букс вагонов, во-первых, действуют различные по величине радиальные и осевые силы и, во-вторых, силы приложены к подшипникам внецентренно. Эти особенности нагружения роликоподшипников могут приводить к перекосам колец.

Кинематические соотношения в идеальном подшипнике качения определяют без учета влияния многих факторов: реальной геометрии деталей, зазоров в подшипнике, смазки, сложного характера нагрузки. Не зная фактическую кинематику роликоподшипника, невозможно адекватно оценить износостойкость и прочность его деталей.

На износостойкость роликоподшипников существенное влияние оказывает скольжение роликов по поверхностям качения колец. Скольжение с постоянным направлением оси вращения ролика характерно для цилиндрических роликоподшипников, а изменение направления оси вращения – для конических и сферических роликоподшипников. Следствием изменения направления оси вращения роликов в пространстве является их гироскопическое скольжение по дорожкам качения колец.

Все виды буксовых роликоподшипников испытывают местное и геометрическое скольжение. При местном скольжении зона контакта имеет участки скольжения и сцепления, при геометрическом скольжении участок сцепления отсутствует и тогда наблюдается проскальзывание роликов. Упругое скольжение поверхностей качения колец и роликов возникает из-за отличия по кривизне, форме и упругим характеристикам материалов. Экспериментальные исследования подшипников показали, что в процессе обкатывания металлических деталей из одного материала это скольжение незначительно. Влияние неточности изготовления деталей (овальность дорожек качения колец, гранность роликов и колец, разноразмерность роликов) на величину проскальзывания роликов буксовых роликоподшипников не установлено.

4.2 Достоинства и недостатки буксовых подшипников SKF

Интерес потребителя к новым подшипниковым узлам (SKF, CRU) колёсных пар состоит, главным образом, в продлении межремонтного срока эксплуатации и обеспечении их ремонта предприятием-изготовителем. Локомотивное хозяйство железнодорожного транспорта освобождается от значительных расходов и получает перспективу дальнейшего развития.

Подшипники SKF производятся из высококачественной нержавеющей стали, способной выдержать большие нагрузки. Они активно используются в различных промышленных отраслях: сельском хозяйстве и на производстве, в полиграфии и деревообрабатывающей промышленности, в машиностроении, комплектуют узлы, устройства, станки, автомобили, их комплектующее оборудование.

Основные функции, возложенные на подшипники SKF: технические устройства берут на себя осевые нагрузки, приложенные к валу или оси. Они передают их на корпус, раму и другие конструкционные части, удерживают вал в пространстве, обеспечивают вращение и линейное перемещение с минимальными энергозатратами.

Важная особенность подшипников SKF – их высокое качество, как результат – максимальная эффективность трудового процесса, высокий коэффициент полезного действия и длительный срок службы устройств.

К основным преимуществам подшипников SKF можно отнести:

- длительный срок службы. Технические устройства отличаются износостойкостью, они служат долго и обеспечивают полноценный трудовой процесс;

- максимальная производительность и эффективность. Устройства могут работать без перебоев, обеспечивая максимальную эффективность и работу без простоев;

- высокая скорость вращения. За счет данной особенности уменьшаются энергозатраты, как результат – расходные статьи;

- выносливость. Устройства выдерживают различные механические воздействия, не деформируются и не утрачивают свои технические свойства;

- способность работать в экстремальных условиях. Подшипники SKF работают в воде, при сильных вибрационных и ударных нагрузках.

Подшипники SKF считаются лидерами в своем представительском классе, поэтому пользуются особым спросом у потребителей.

Для массового оборудования отечественных пассажирских и грузовых локомотивов в качестве типового по техническим (большая долговечность, меньший момент трения), технологическим (упрощенный монтаж, демонтаж, промывка, осмотр), экономическим (ниже стоимость) соображениям уже более полувека принят подшипниковый узел букс колесных пар с установкой двух цилиндрических роликовых подшипников на горячей посадке.

Характерной особенностью принимаемого варианта подшипникового узла является установка подшипников вплотную друг к другу без промежуточных дистанционных колец, что дает возможность укоротить шейку оси и снизить влияние деформации изгиба на распределение нагрузки вдоль образующих роликов, а также повысить прочность оси. Крепление подшипников на оси осуществляется торцевой шайбой. Уплотнение буксы состоит из лабиринтов, расположенных в лабиринтном кольце с посадкой на оси, и лабиринта корпуса пассажирской буксы или отъемного лабиринта для корпуса грузовой буксы. Модернизация корпусов букс проводилась в направлении варьирования жесткости верхнего свода за счет изменения его сечения, образования приливов и ребер жесткости, введения полостей различной конфигурации и установки в зоне нагружения упругих (резиновых) элементов.

Основным недостатком буксы с однорядными коническими роликоподшипниками является сложность регулирования осевого и радиального зазоров, которые в конических подшипниках взаимосвязаны.

4.3 Выводы

Низкая контактная выносливость и износостойкость поверхностей трения деталей цилиндрических роликоподшипников букс колёсных пар локомотивов, находящихся в чрезвычайно тяжёлых условиях эксплуатации, может привести к их разрушению и созданию аварийной ситуации на железнодорожном транспорте с самыми серьёзными последствиями. Поэтому, повышение износостойкости деталей роликоподшипников букс локомотивов несомненно является актуальным и важным мероприятием для обеспечения безопасности движения подвижного состава железных дорог.

Наиболее сложные условия эксплуатации широко распространённых железнодорожных однорядных цилиндрических роликоподшипников, обусловленные внецентренным действием радиальных и осевых сил, наблюдаются в типовых буксах локомотивов. Такое нагружение подшипников, способствующее образованию несоосности колец, приводит к перекосам роликов, существенно меняет кинематику и динамику подшипников, снижая износостойкость деталей и создавая аварийную ситуацию.

Большая часть неисправностей цилиндрических роликоподшипников букс локомотивов (контактно-усталостные повреждения колец и роликов, износ торцов роликов, бортов колец и сепаратора) может быть устранена: путём замены конструкции металлического сепаратора полиамидным, позволяющим разместить большее количество роликов и улучшить условия смазки всех деталей; за счёт увеличения податливости бортов колец, позволяющей снизить коэффициент динамичности при осевом нагружении, а также улучшением антифрикционных и противозадирных свойств смазки.

5 РАСЧЕТ ПОДШИПНИКОВОГО УЗЛА

5.1 Основные требования к разработке и расчету подшипниковых узлов

При разработке буксовых узлов особое внимание должно уделяться расчету их технических параметров с учетом условий эксплуатации, которые регламентируют характеристики локомотивов, параметры железнодорожного пути и допустимая скорость движения.

Подшипники качения в значительной степени удовлетворяют требованиям их применения в транспортных средствах при умеренных частотах вращения кинематических звеньев, и действии больших радиальных и относительно небольших осевых нагрузок. По конструктивным признакам они представляют собой сложную механическую систему сопоставимую с планетарным механизмом.

Основными эксплуатационными характеристиками подшипников являются грузоподъемность и допустимая частота вращения.

При разработке конструкций буксового узла для локомотивов особое внимание уделяется расчету технических параметров подшипников с применением методов расчета динамики систем твердых тел, теории упругости, теории теплопередачи, метрологии, металловедения, материаловедения, химии смазочных материалов, машиноведения и деталей машин.

Выбор типа подшипника качения для применения его в машинах, механизмах, а также буксовых узлах локомотивов осуществляется с учетом условий образования сил при эксплуатации транспортных средств. В настоящее время разработано большое количество конструкций подшипников качения, отличающихся геометрическими размерами и формой тел качения.

5.2 Геометрические размеры подшипников буксового узла локомотива

В буксовых узлах локомотивов применяются радиальные подшипники качения с цилиндрическими роликами и радиально-упорные конические двухрядные подшипники. Конструкция этих подшипников разработана с учетом обеспечения технологичности и надежности их установки на шейки осей колесных пар. Например, в типовой буксе локомотива на горячей посадке, несмотря на идентичность размеров (таблица 5.1), применяются подшипники (рисунок 5.1) различных конструкций. Основное их отличие состоит в том, что на внутреннем кольце подшипника 42726 Л нет упорного бурта.

Таблица 5.1 – Геометрические размеры подшипников типовых букс локомотива

Конструкция радиально-упорного двухрядного подшипника с коническими телами качения (рисунок 5.2) кассетной буксы аналогична конструкции типового двухрядного сферического подшипника и отличается тем, что в нем предусмотрено одно наружное и два внутренних кольца. Внутренняя поверхность наружного кольца имеет коническую форму, обеспечивающую без применения каких-либо крепежных элементов четко фиксировать его на роликах с возможностью микроскопического перемещения в осевом направлении.

Рисунок 5.1 – Конструкция подшипников типовой буксы локомотива: а) внешний подшипник 42726Л; б) внутренний подшипник 42726Л

Рисунок 5.2 – Конструкция радиально-упорного конического двухрядного подшипника буксы кассетного типа: а) габаритные размеры подшипника; б) конструктивные размеры элементов подшипника

Геометрические размеры подшипников SKF (таблица 5.2 и 5.3) которые будут применяться на электровозе ЭП1, выбираются в соответствии с размерами сопрягаемых с ними поверхностей элементов типовых ходовых частей локомотива (внутренний диаметр корпуса буксы и шейка оси колесной пары для подшипников).

Таблица 5.2 – Геометрические размеры радиально-упорного конического двухрядного подшипника SKF (к рисунку 5.2, а)

Таблица 5.3 – Геометрические размеры конических роликов двухрядного подшипника SKF (к рисунку 5.2, б)

Геометрические размеры тел качения радиально-упорного конического двухрядного подшипника, необходимые для расчета технических характеристик, определяются по следующим формулам:

Характеристики

Список файлов ВКР