Для чего нужна букса
Буксовые узлы и рессорное подвешивание вагонов
Назначение и типы букс вагонов
Буксовые узлы (буксы) относятся к ходовым частям вагона и предназначены для:
В соответствии с перечисленным букса должна обладать достаточной прочностью для передачи нагрузки, быть достаточно герметичной, обеспечивать удобство и легкость монтажа и демонтажа подшипников, а также осмотр деталей буксового узла. Одновременно с этим буксы должны обеспечивать вращение колесных пар с наименьшим сопротивлением.
В зависимости от типа вагона буксовые узлы подразделяют на буксы грузовых вагонов и буксы пассажирских вагонов, предназначенные для обычных, скоростных и высокоскоростных поездов.
Основными требованиями при проектировании буксового узла являются:
В настоящее время в России все вагоны грузового и пассажирского парков оборудованы буксами с подшипниками качения. С 1998 г. эксплуатация букс с подшипниками скольжения на сети дорог России запрещена. Буксовые узлы с подшипниками скольжения можно встретить только в вагонах промышленного транспорта, не эксплуатируемых на сети дорог общего пользования.
Подшипники качения обладают бóльшими преимуществами по сравнению с подшипниками скольжения. Использование их в буксах пассажирских и грузовых вагонов позволило не только резко сократить расход цветных металлов, идущих на изготовление подшипников скольжения, но и значительно повысить эффективность работы подвижного состава. Вагоны, оборудованные подшипниками качения, легче передвигаются вследствие уменьшения силы трения при вращении оси. При той же мощности локомотива и при прочих равных условиях это дает возможность увеличить полезный вес поезда и скорость движения, а следовательно, повысить пропускную способность дорог, так как уменьшается расход смазки, снижаются эксплуатационные расходы. Кроме того, в 7-10 раз уменьшается сопротивление движению состава при трогании с места, что важно для работы с тяжеловесными грузовыми поездами.
Применение подшипников качения в подвижном составе также повышает эксплуатационную надежность вагонов в связи с отсутствием отцепок по нагреву букс, увеличивает срок службы вагонных осей, ликвидирует надобность в подбивочных материалах. Уход за роликовыми подшипниками в эксплуатации сводится только к ревизии букс и замене в них смазки. При правильном монтаже и эксплуатации срок службы подшипников качения весьма значителен.
Конструкции буксовых узлов
Внутренние кольца подшипников закреплены на шейке оси с торца корончатой гайкой, либо торцевой шайбой (7) с болтами (14). Между корпусом буксы и крепительной крышкой установлено уплотнительное кольцо (9), обеспечивающее герметизацию буксового узла. Внутренняя полость буксы заполнена консистентной смазкой, обеспечивающей надежную работу подшипников в сложных условиях их нагружения. Корпус буксы может изготавливаться из стали или алюминиевого сплава.
Особенность конструкции буксы пассажирского вагона заключается в том, что в нижней части корпуса отлиты заодно с корпусом кронштейны с отверстиями для пропуска шпинтонов, укрепленных на раме тележки. Кронштейны предназначены для размещения пружин буксового подвешивания. Передняя часть корпуса позволяет устанавливать редукторно-карданный привод подвагонного генератора. В потолке корпуса буксы имеется несквозное отверстие, служащее для крепления термодатчика контроля за состоянием буксы при движении вагона. Задняя часть корпуса буксы выполнена как одно целое с лабиринтной частью.
Буксы вагонов скоростных поездов отличаются от обычных наличием упорного шарикового подшипника (4), воспринимающего повышенные осевые нагрузки, возникающие при высокой скорости движения до 200 км/ч и более.
С 2007 года на грузовые вагоны начали устанавливать бескорпусные буксы с кассетными подшипниками. Кассетный подшипник запрессовывается внутренними обоймами на шейку оси колесной пары. Непосредственно на подшипник установлена полубукса («адаптер»), имеющая массивную верхнюю часть для передачи нагрузок от боковой рамы тележки на буксу. Горизонтальные (поперечные и продольные) усилия передаются также через челюсти. Торец оси с шайбовым креплением и центровочный конус остаются открытыми.
Выявление неисправностей и техническое обслуживание буксовых узлов вагонов
Запрещается постановка в поезд и следование в нем вагонов, у которых буксовый узел имеет хотя бы одну из следующих неисправностей:
Температура верхней части букс по всему составу должна быть примерно одинаковой. Сравнение температуры букс должно производиться с одной стороны вагона или состава. Осмотрщик при движении вагонов, а также на стоянках по внешним признакам выявляет неисправные буксовые узлы, температура которых может и не отличаться от температуры исправных. Температура букс определяется на ходу поезда приборами бесконтактного обнаружения перегретых букс ПОНАБ, ДИСК, КТСМ.
Порядок технического обслуживания буксы:
По всем неисправностям, выявленным по внешним признакам осмотрщик должен принять решение о ремонте колесной пары. При невозможности установить причину нагрева буксы колесная пара должна быть заменена и направлена в вагонное депо для ремонта.
Для всех букс с роликовыми подшипниками установлены два вида ревизии: полная и промежуточная.
Полная ревизия букс производится при полном освидетельствовании колесных пар, а также при выявлении неисправности буксового узла. Она выполняется на вагоноремонтных заводах, в мастерских или депо, имеющих цеха для ремонта роликовых подшипников. После полной ревизии под один из болтов крепительной крышки устанавливают бирку с указанием даты и номера пункта ревизии.
Промежуточную ревизию букс проводят при обточке поверхности катания колес (без снятия букс), при обыкновенном освидетельствовании колесных пар и единой технической ревизии пассажирских вагонов.
Назначение рессорного подвешивания и его элементы
Для смягчения ударов, которые возникают при прохождении колесными парами рельсовых стыков, продольных неровностей рельсов, стрелочных крестовин, а также для увеличения плавности хода, повышения уровня комфорта пассажиров и обеспечения сохранности грузов и безопасности движения ходовые части вагона имеют рессорное подвешивание. Элементы рессорного подвешивания обеспечивают снижение ускорений колебательного движения и уменьшение воздействия динамических сил на элементы вагона, создавая плавный ход вагона в процессе длительной эксплуатации.
Два ряда рессор, обращенных вогнутыми сторонами друг к другу и соединенные по концам специальными наконечниками, образуют эллиптическоую рессору (рессору Галахова), которая состоит из коренных листов (1), наборов листов различной длины (2), двух стяжных хомутов (3) и двух наконечников (4, 5).
В последнее время получают распространение пневматические рессоры, являющиеся наиболее прогрессивными упругими элементами ходовых частей вагонов. Упругим телом в таких рессорах является сжатый воздух, нагнетаемый компрессором. Основным преимуществом пневморессор является способность поддержания положения кузова на определенном уровне относительно головок рельсов независимо от величины нагрузки, что обеспечивается автоматическим регулированием давления воздуха внутри рессоры. Кроме того, они обладают хорошими вибро- и шумогасящими свойствами, обеспечивающими комфорт пассажирам, а также малой массой. Пневморессоры применяются в тележках скоростных поездов и в современных вагонах метро.
В настоящее время в качестве упругих элементов ходовых частей вагонов наиболее часто применяются витые цилиндрические пружины, которые в силу своих преимуществ (высокая упругость, простота изготовления, легкость снятия и установки, высокий срок службы и др.) почти полностью вытеснили листовые рессоры.
Применяемые в вагоностроении гасители колебаний по характеру и изменению сил сопротивления колебаниям делят на фрикционные и гидравлические.
В фрикционных гасителях колебаний сопротивление создается силами трения, возникающими при скольжении трущихся частей: фрикционных клиньев по фрикционным планкам, либо фрикционных сухарей по втулке шпинтона.
В гидравлических гасителях колебаний вязкая жидкость (масло), находящаяся в корпусе гасителя, под действием поршня перетекает из одной полости в другую через узкие каналы, тем самым создавая сопротивление перемещению поршня.
Системы рессорного подвешивания
В зависимости от количества последовательно соединенных групп упругих элементов подвешивание может быть одинарным, двойным и тройным. Последовательное соединение групп упругих элементов позволяет увеличить общий прогиб и общую гибкость рессорного подвешивания тележки, а следовательно, улучшить ходовые качества вагона.
Наибольшее распространение в мировой практике вагоностроения получили одинарное (одноступенчатое) и двойное (двухступенчатое) рессорные подвешивания вагонов.
Каждый вариант размещения упругих элементов одноступенчатого подвешивания имеет свои достоинства и недостатки. Система с буксовым подвешиванием позволяет уменьшить массу необрессоренных частей, однако при этом усложняется конструкция тележки. Система с центральным подвешиванием наиболее проста и поэтому получила наибольшее распространение.
Двойное подвешивание широко распространено в тележках пассажирских и изотермических вагонов. Оно состоит из первичного буксового подвешивания, размещенного между буксой (1) и рамой тележки (2), и вторичного центрального подвешивания — между рамой тележки (2) и надрессорной балкой (3). Центральное подвешивание при этом может быть люлечным или безлюлечным.
В люлечном центральном подвешивании (в) кузов опирается на надрессорную балку (3), а балка через комплекты упругих элементов — на люльку (4), шарнирно связанную с рамой тележки (2) при помощи подвесок. В тележках с люлечным подвешиванием используются гидравлические гасители, обеспечивающие раздельное гашение вертикальных и горизонтальных колебаний.
В безлюлечном центральном подвешивании (г) надрессорная балка (3) опирается непосредственно на раму тележки (2) через комплекты упругих элементов.
Люлечное центральное подвешивание имеют тележки пассажирских и изотермических вагонов, безлюлечное — тележки скоростных пассажирских вагонов и вагонов дизель-поездов, а также тележки нового поколения для скоростей движения до 160 и 200 км/ч.
Буксы и буксовые узлы подвижного состава железных дорог
Колесные пары локомотивов и вагонов имеют одну и ту же общую часть – ось. На оси с обоих сторон имеются специальные шейки, на которые и устанавливаются буксы. Буксы, надеваемые на шейки колесной пары, в принципе одинаковы для локомотивов и вагонов, но, конечно, несколько отличаются конструктивно.
Так что такое буксы?
Итак, буксы представляют собой стальные корпуса, в которых размещаются подшипниковые вкладыши, смазочные и подбивочные материалы (на иллюстрации букса раскрашена красным цветом). Через буксы на колесные пары передается вертикальная нагрузка от веса локомотива, а от колесных пар на рамы тележек – усилия тяги, торможения и боковые горизонтальные силы, на вагонах буксы обеспечивают передачу нагрузки от кузова и находящегося в нем груза через подшипники на шейки оси колесной пары. Букса ограничивает перемещение рамы тележки локомотива или вагона относительно колесной пары, предотвращает попадание посторонних предметов в буксовые подшипники, ну и естественно обеспечивает соединение колесных пар с рамой тележки.
Буксы различают по типу осей, применяемых подшипников, а также по конструкции, размерам корпуса и по виду смазочных и подбивочных материалов. По типу применяемых подшипников буксы могут быть с подшипниками скольжения и с подшипниками качения (роликовыми).
Буксы с подшипниками скольжения
Букса с подшипниками скольжения (на рисунке выше) представляет из себя литой корпус в котором размещается подшипник скольжения, вкладыш и польстер, уплотняющая шайба, вся это закрывается крышкой. Подшипники скольжения изготавливаются, как правило, из антифрикционного сплава – баббита. В этих буксах с подшипниками скольжения для подачи масла к шейкам оси применяют польстеры и подбивочные валики. Польстер состоит из металлического каркаса и прикрепленной к нему подушки с шерстяными фитилями. Каркас имеет верхнюю пластину, подпружиненную снизу спиральными пружинами. Такие буксы требуют постоянной заправки маслом, чтобы фитили или валики постоянно были погружены в него и шейка оси постоянно смазывалась в движении.
Буксы с подшипниками скольжения уже практически не эксплуатируются на подвижном составе, их работа требовала постоянного контроля за уровнем смазки, ее доливки, что существенно снижало пропускную способность железных дорог, вес поезда, и очень сильно увеличивало сопротивление подвижного состава. Приходилось часто производить технические стоянки поездов для обслуживания букс. Данные буксы применялись не только на вагонах, но и на паровозных тендерах, электровозах (ВЛ19, 22 и 23), тепловозах (ТЭ1 и ТЭ2).
Назначение крышки подшипника
и устройство буксового узла
В настоящее время все локомотивы и вагоны оборудованы буксами с подшипниками качения, т.е. роликовыми. Роликовые подшипники резко сокращают сопротивление подвижного состава при движении, что позволяет увеличить его скорость и полезную массу. При роликовых подшипниках сокращается расход энергии локомотива на 4 – 11%, снижается расход осевого масла, не требуются подбивочные материалы и баббит. Значительно увеличиваются межремонтные сроки буксового узла и также не требуется такая профессия как смазчик, что существенно снижает расходы на обслуживающий персонал.
В роликовых буксах локомотивов и вагонов (на иллюстрации выше) применяются однорядные и двухрядные подшипники, а ролики изготавливают цилиндрической и сферической формы. Для исключения набегания роликов друг на друга они помещаются в беззаклепочые сепараторы. Основными узлами роликовой буксы являются корпус и роликовые подшипники. Корпус закрывается двумя крышками, задняя непосредственно соприкасается с вращающей осью, поэтому имеет специальное лабиринтное уплотнение (для исключения выдавливания смазки). Подшипники на шейке оси закрепляются гайкой, имеющей стопорную шайбу, а расстояние между подшипниками устанавливается двумя дистанционными кольцами. Радиальные подшипники не должны воспринимать осевые усилия, для устранения которых в передней крышке буксы локомотивов установлен осевой упор. Торцовая поверхность упора имеет бронзовую наплавку и смазывается маслом, которое подается фитилем из масляной ванны корпуса буксы. На некоторых тепловозах буксы оборудованы упругими осевыми упорами с пружинами (на фотографии ниже корпус упора буксы отмечен желтым цветом).
В буксах вагонов торцевой упор отсутствует, вся конструкция закреплена торцевой гайкой. Теперь буксы в сборе надеты на шейки оси, и мы подошли вплотную к буксовому узлу, именно он передает все усилия от колесной пары к раме тележки, а также боковые усилия, возникающие при вписывании экипажа в кривую и ударные нагрузки во время движения по неровностям пути, ну и конечно вес локомотива и вагона. На локомотивах применяют буксовые узлы двух типов: с буксовыми направляющими, расположенными на раме тележки (челюстные) и с резинометаллическими поводками (бесчелюстные).
Устройство буксового узла
На буксовых узлах челюстного типа передача всех усилий осуществляется непосредственно от корпуса буксы на направляющую рамы тележки (челюсти), поэтому к корпусу такой буксы приварены с боков наличники, которые смазываются маслом из ванн, с помощью фитилей. Поэтому локомотивная бригада всегда контролирует уровень масла в ваннах, и добавляет его из ручной масленки во время технического обслуживания локомотива. Ванны с фитилями закрываются сверху крышками на пружине, чтобы ее можно было легко поднять. В буксовом узле бесчелюстного типа передача всех усилий осуществляется через резинометаллические поводки, состоящие из стального корпуса и валиков. Перемещения буксы относительно рамы возможны вследствие упругой деформации резины, а передача тягового и тормозного усилий от корпуса буксы на раму тележки происходит через эти самые поводки, которые одним шарниром крепят к приливам корпуса буксы, а другим – к кронштейну рамы тележки. Литой корпус буксы имеет два боковых опорных кронштейна (крыла) для установки пружин рессорного подвешивания тележки и восприятия вертикальной нагрузки. Бесчелюстной буксовый узел во время эксплуатации не требуется смазывать, поэтому современные тепловозы и электровозы имеют только бесчелюстные буксы.
На пассажирских вагонах устанавливаются, так называемые, крыльчатые буксы (на первой иллюстрации выделены красным цветов), конструкция которых схожа с конструкцией бесчелюстных букс локомотива, только поводков на них конечно нет, ведь передавать тяговые усилия вагону не нужно, а все нагрузки передаются на буксу через пружины. В грузовых вагонах буксы находятся и перемещаются в направляющих рамы тележки (на иллюстрации выше буксовый узел окрашен красным, белым и желтым цветами), практически также, как на локомотивах с челюстными буксами, только смазки и наличников в буксах вагонов не требуется.