для чего предназначена букса электровоза
Челюстные и бесчелюстные тележки и буксы локомотивов — что за зоопарк?
Опубликовано 12.08.2019 · Обновлено 04.02.2021
Меня часто спрашивают, что это такое — челюстная и бесчелюстная тележка и букса, очень интересно, разве могут быть эти узлы с такими «медицинскими» названиями. Могут и именно так и называются в силу своих конструктивных особенностей.
Устройство буксы
Рассмотрим этот вопрос поближе, начнем с букс. Буксы надеваются на шейки оси колесной пары. Они представляют собой стальные корпуса, в которых, в зависимости от конструкции, размещают подшипники, вкладыши, смазочные и подбивочные материалы. Буксы обеспечивают соединение колесных пар с рамой тележки локомотива или вагона, передачу нагрузки от кузова через подшипники на шейке оси колесной пары, ограничение поперечного и продольного перемещений колесных пар относительно кузова или тележки.
Буксы различают по типу осей, применяемых подшипников, а также по конструкции и размерам корпуса, по виду смазочных и подбивочных материалов. По типу подшипников есть буксы с подшипниками скольжения и с подшипниками качения, то есть роликовыми. Вот подшипники скольжения мы рассматривать не будем, это уже старо, но все помнят такие характерные буксы с крышками, в которые заливалось масло, там находилось польстерное устройство, подпружиненное снизу и имеющее подбивочные валики, в них и вращалась шейка оси.
Хотя я еще застал такие буксы на цистернах, мы их называли «Сталинские бочки», состав из этих цистерн никак не бежал шустро на выбегах и поезд постоянно приходилось вести в режиме тяги. Но все это в прошлом. Сейчас на всех локомотивах и вагонах устанавливаются только буксы с роликовыми подшипниками, которые не требуют ни польстеров, ни постоянной смазки, они просты и долговечны в эксплуатации. Роликовые подшипники насаживаются на шейку оси, и вставляются в корпус буксы, упираясь в соответствующие упоры и закрепляются стопорной планкой.
Теперь мы вплотную и подошли к нашим челюстным и бесчелюстным тележкам. Хотя правильнее так называются буксовые узлы, но в общей терминологии принято так называть и тележки локомотивов. На локомотивах через буксы, а именно – буксовые узлы, передается на колесные пары не только вертикальная нагрузка от веса локомотива, но и от колесных пар на рамы тележек – усилия тяги, торможения и боковые горизонтальные силы. На всех локомотивах, электро-и-дизель-поездах применяют буксовые узлы двух типов: с буксовыми направляющими, так называемыми «челюстями» — челюстные и с резинометаллическими поводками – бесчелюстные.
Челюстная тележка
Все буксы применяют с роликовыми подшипниками. Передача всех усилий в буксовом узле челюстного типа осуществляется от корпуса буксы непосредственно на буксовые направляющие рамы тележки, которые как-бы обхватывают корпус буксы, в которых он и перемещается, вот это и называется – «челюсти». В нижней части эти направляющие фиксируются стальной пластиной, называемой «подбуксовой стрункой», которая в свою очередь крепится снизу болтами к челюстям. Челюстной узел требует постоянного контроля уровня смазки в направляющих и ее долива, через специальные отверстия, закрытые пружинным крышками, а также контроля за состоянием крепления подбуксовых струн.
Бесчелюстная тележка
Передача всех усилий в буксовом узле бесчелюстного типа осуществляется не непосредственно от корпуса буксы на буксовую направляющую раму тележки как это происходит в буксовых узлах уже разобранного нами челюстного типа, а через резинометаллические поводки, которые состоят из стального корпуса и валиков. Перемещения буксы относительно рамы возможны из-за упругой деформации резины. Еще эти буксы называют «поводковыми». Передача тягового и тормозного усилий от корпуса буксы на раму тележки происходит через поводки, которые одним шарниром закреплены к корпусу буксы, а другим – к раме тележки. Вот отсюда и название – бесчелюстные. Бесчелюстной буксовый узел в эксплуатации не требует смазки, поэтому все современные локомотивы имеют только бесчелюстные буксы. Хотя еще много локомотивов, в основном тепловозы, работают с челюстными тележками. На всех электровозах, кроме самых первых (ВЛ22) устанавливались бесчелюстные буксовые узлы.
Букса
Букса — узел ходовой части вагонов и локомотивов, воспринимающий и передающий колёсным 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, а также ограничивают продольные и поперечные перемещения колесных пар относительно рамы тележки.
Содержание
Общие сведения
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.
Работая в таких сложных условиях нагружения и изменяющихся температурных и погодных условий окружающей среды, буксы должны обеспечивать минимальное сопротивление вращению колесных пар, высокую надежность и безопасность движения вагона. Поэтому к их конструкции, техническому обслуживанию и ремонту предъявляют высокие требования, в особенности при повышении скорости движения поездов и росте нагрузок от колёсных пар вагонов.
В практике вагоностроения получило распространение большое количество типов и конструкций букс, которые можно объединить в отдельные группы. В зависимости от типа вагона их подразделяют на буксы грузовых и пассажирских вагонов, предназначенных для обычных, скоростных и высокоскоростных поездов. По типу подшипников их подразделяют на буксы с подшипниками качения и с подшипниками скольжения. По способу посадки внутреннего кольца роликового подшипника на шейку оси применяют буксы на горячей и на втулочной посадке. По типу торцевого крепления внутреннего кольца подшипника на шейке оси — с креплением гайкой или шайбой, а некоторые из них оснащаются упругими элементами. По количеству роликовых подшипников на шейке применяют буксы с одним или двумя роликовыми, а для скоростных и высокоскоростных вагонов — с дополнительным упорным шариковым подшипником. Существуют буксы с корпусом и бескорпусные, кассетного типа с коническими подшипниками, а также буксы с упругими элементами, смягчающими удары и поглощающими шумовые колебания.
Буксы с подшипниками скольжения
Буксы с подшипниками скольжения подразделяют в зависимости от типа подшипника — с двух- и трехслойным подшипником. По типу смазывающих устройств — на подбивочные, польстерные и с механическими устройствами, имеющими нижнюю или верхнюю систему подачи смазки к шейке оси. По конструкции корпуса буксы применяют с цельным, разъемным корпусом и бескорпусные, а по типу крышки — с откидывающейся на шарнире или глухой крышкой, укрепляемой на корпусе на болтах.
Недостатки букс с подшипниками скольжения, приводящие к массовым задержкам поездов из-за перегрева букс, повышению затрат по техническому обслуживанию и ремонту вагона, нарушению безопасности движения поездов послужили причинами перевода пассажирских и грузовых вагонов на буксы с подшипниками качения. С 1960 г. все пассажирские, а с 1983 г. все грузовые вагоны магистральных железных дорог СССР выпускались только на роликовых подшипниках.
Буксы с подшипниками качения
Оснащение вагонов буксами с подшипниками качения обеспечивает важные преимущества по сравнению с буксами, оборудованными подшипниками скольжения. Основными из них являются:
Важным преимуществом перевода вагонов на роликовые подшипники является улучшение экологии и социальных условий работников вагонного хозяйства. В настоящее время в России почти 100 % грузового вагонного парка и все пассажирские вагоны оборудованы буксами с подшипниками качения. Основными требованиями, предъявляемыми к буксам, являются:
Буксы проектируют так, чтобы равнодействующая нагрузка проходила через середину шейки оси. Благодаря этому не возникает дополнительных напряжений в расчетных сечениях оси.
Букса с горячей посадкой
Типовая букса с горячей (глухой подшипниковой) посадкой внутреннего кольца цилиндрических роликовых подшипников на шейку оси применяется в современных грузовых и пассажирских вагонах. При горячей посадке внутреннее кольцо подшипника, имея определенный натяг, нагревается и свободно одевается на шейку оси, а после остывания прочно охватывает шейку. В буксах современных вагонов применяют радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами двух типов: однорядные с цилиндрическими роликами и однобортовым внутренним кольцом; однорядные с безбортовым внутренним кольцом и плоским приставным упорным кольцом.
В буксах вагонов прежних лет постройки использовали двухрядные сферические роликовые подшипники на втулочной осадке. Подшипники состоят из наружного и внутреннего колец, роликов и сепараторов. Кольца и ролики изготавливаются из сталей марок ШХ4, ШХ15 и ШХ15СГ.
Сталь марки ШХ4 регламентируемой прокаливаемости обладает более высокой твердостью поверхностного слоя и достаточной вязкостью внутренних волокон, что обеспечивает более высокую устойчивость хрупкому разрушению по сравнению со сталями марок ШХ15 и ШХ15СГ. Цилиндрические подшипники просты в изготовлении, стоимость их ниже других типов, но по сравнению со сферическими они требуют большей точности сборки и тщательной подборки по радиальным зазорам. 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 сферических, при равных габаритах и одинаковой радиальной нагрузке Ролики цилиндрического подшипника имеют фаски на торцах. Для подшипников на горячей посадке ролики с 1973 г. изготавливаются с рациональным контактом с поверхностью дорожек качения колец — так называемой «бомбиной». Конические роликовые подшипники на железных дорогах находят применение в кассетных буксах.
Букса с втулочной посадкой
В буксах грузовых и пассажирских вагонов применяют подшипники на глухой посадке, а небольшое количество подшипников в буксах грузовых вагонов прежних лет — на втулочной. Преимуществами букс на глухой подшипниковой посадке являются:
Однако при таком способе посадки нередко наблюдается потеря натяга и для успешного его применения требуется соблюдение некоторых условий:
Втулочная посадка позволяет расширить поле допусков на размеры шейки оси и отверстия внутреннего кольца, что упрощает технологию монтажа буксы; она не требует индивидуального подбора подшипников к шейке оси по натягу. Между тем, втулочная посадка обладает существенными недостатками: втулка, являясь дополнительной деталью, повышает стоимость подшипника, так как изготовить внутреннее кольцо с конусным отверстием более сложно, особенно если учесть требование строгого совпадения конусности кольца и закрепительной втулки. На железных дорогах России получили наибольшее распространение буксы на горячей посадке подшипников вследствие их преимуществ.
Буксы вагонов метрополитена
Букса вагона метрополитена, представленная на рисунке состоит: из корпуса, двух роликовых подшипников, крепительной крышки и контрольной крышки. Со стороны колеса корпус буксы уплотнён лабиринтным кольцом. От сдвига с шейки оси букса удерживается осевой гайкой. Для смазывания в корпус буксы закладывают консистентную (густую) смазку.
К буксам колёсных пар вагонов Г и Д крепят пластинчатые стальные наличники, по которым скользят кронштейны — челюсти рамы тележки.
Смазочные материалы букс
Надежность работы буксы во многом зависит от качества смазывания подшипников. С 1973 г. для буксовых узлов с роликовыми подшипниками применяется консистентная смазка ЛЗ-ЦНИИ, обеспечивающая противоизносные, противокоррозионные и противозадирные явления в процессе интенсивного нагружения подшипников в эксплуатации.
Однако при попадании в буксу воды до 5 % качество смазки ухудшается, что снижает работоспособность подшипников, так как происходит схватывание торцов роликов с бортами колец, износ центрирующей поверхности сепаратора, а также наблюдаются коррозионные повреждения и др. В связи с этим испытаны новые смазки для роликовых подшипников со специальными химически активными присадками, обладающие более высокой стабильностью свойств в процессе работы буксового узла. Этим требованиям отвечает модифицированная универсальная смазка на литиевой основе под условным названием «Литол», разработанная во ВНИИЖТ.
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 позволит увеличить его долговечность почти на 20 %, а несущую радиальную и осевую грузоподъемность на 9—10 %. Применение полиамидных сепараторов способствует повышению класса шероховатости поверхностей скольжения (торцов роликов) подшипников, что приводит к значительному росту несущей их способности при действии аксиальных нагрузок. Кроме того, повышается ресурс работы смазки благодаря уменьшению скорости ее окисления в процессе эксплуатации.
Маневровые локомотивы
Буксы
Буксы служат для передачи нагрузки от подрессоренных масс кузова и тележек на шейки осей колесных пар. В процессе движения они должны обеспечивать возможность вращения шеек осей с минимальным сопротивлением. Это возможно только при подшипниках качения. Поэтому на локомотивах применяют исключительно роликовые буксы. Роликовые подшипники состоят из наружного (с буртами) и безбуртового внутреннего колец, роликов и латунного сепаратора. Сепаратор служит для дистанционного распределения роликов по периметру подшипника. На торцах роликовых подшипников имеются клеима, указывающие условное обозначение подшипника, завод-изготовитель, год изготовления, комплектовочный номер и месяц выпуска подшипника, обеспечиваемого буквами алфавита по порядку. Для смазывания роликовых подшипников применяется консистентная смазка. Общее количество смазки, заправляемой в буксу, 3 кг. Различаются буксы способом восприятия роликами вертикальных нагрузок, способами передачи тяговых усилий к раме тележки и усилий, возникающих между колесными парами и тележкой в поперечном направлении. На тепловозах приме-
Рис. 200. Роликовая букса тепловоза ТЭМ2:
Челюстные буксы. Применяемые на тепловозах 2ТЭ10Л, ТЭМ2 и др буксы (рис 200) имеют стальной литой корпус, две плоские стороны которого служат в качестве направляющих в буксовых челюстях рамы тележки Для передачи осевых усилий к раме тележки на боковых поверхностях буксы выполнены приливы, к которым через приваренные подкладки прикреплены винтами сменные на личники К боковым поверхностям буксы также приварены наличники из износостойкой стали 60Г К наличникам поступает масло из ванн, находя щихся в верхней части корпуса
В расточку корпуса 8 на легкопрессовой посадке установлены два цилиндрических роликовых подшипни ка 7, разделенных дистанционными кольцами 5, 6 Корпус буксы сзади и спереди закрыт крышками 4, 10 на болтах В задней крышке 4 выполнена кольцевая расточка, в которую захо шт лабиринтное кольио 3, защищаю щее полость буксы от попадания пыли и грязи В переднюю крышку вставлен осевой упор 12 с бронзовой или капроновой наделкой, в которую упирается ось колесной палы при поперечных перемещениях Для смазывания трущихся поверхностей торца оси и упора предусмотрен войлочный фитиль, укрепленный на пластинчатой пружине упора Конец фитиля опущен в масляную ванну крышки, образованную ее корпусом и вваренной в крышку разделительной перегородкой Для слива масла предусмотрена пробка Буксы крайних колесных пар имеют пружину, расположенную меж-ту упором и его крышкой Пружина предварительно сжата усилием 15 000 Н и допускает упругое поперечное перемещение упора на 10- 11 мм Упругие упоры уменьшают рамные динамические усилия при движении тепловоза в кривой
Средние оси имеют жесткие упоры, и букса может свободно перемещаться на оси на ±14 мм от среднего положения Это перемещение обеспечивается за счет зазоров между упором и торцом оси, а также между дном кольцевой выточки в задней крышке и лабиринтным кольцом. При этом ролики подшипников проскальзывают в осевом направлении по внутренним кольцам подшипников. Осевой упор смазывается дизельным маслом, заливаемым в полость, ограниченную задней крышкой и перегородкой в буксе. Уровень масла определяется нижней кромкой заправочного отверстия. Для смазки роликовых подшипников применяют консистентную смазку ЖРО (ТУ 32-ЦТ-520-77). Ею заполняют пространство между роликами и полость лабиринтного кольца. Количество смазки на одну буксу 1,4 кг. Вертикальная нагрузка на буксу передается через специальную арку (рис. 201, а), опирающуюся на каблучки корпуса, удаленные от вертикальной оси буксы на некоторое расстояние. Такое нагружение буксы позволяет за счет упругой деформации корпуса нагружать не только верхний центральный ролик, но и часть соседних с ним, что значительно уменьшает максимальные нагрузки на ролики. В буксе же тепловоза ТЭЗ предусмотрено центральное нагружение подшипников (рис. 201, б), при котором верхний ролик один воспринимает почти всю нагрузку, действующую на подшипник. На арку буксы нагрузка передается через опоры 1 (см. рис. 200) балансиров с закругленными головками.
Буксы бесчелюстные. Связь с рамой тележки у этих букс осуществля-
ется буксовыми поводками с резино-металлическими амортизаторами. Такие поводки дают возможность упругого перемещения буксы в вертикальном и горизонтальном (поперечном) направлениях. Конструкции бесчелюстных букс различных тепловозов отличаются друг от друга главным образом формой корпуса и его посадочных гнезд для пружин. В отличие от челюстных в бесчелюстных буксах крайних осей колесных пар вместо скользящих осевых упоров применены упорные шариковые подшипники, воспринимающие осевые нагрузки. Применение упорного подшипника в качестве осевого упора позволило сократить габаритные размеры буксы, Исключить осевое трение и упоры скольжения, взамен двух видов смазки применить только консистентную смазку.
Корпус бесчелюстной буксы тепловозов 2ТЭ10В(М) представляет собой фасонную отливку из стали 25ЛП с кронштейнами для установки пружин рессорного подвешивания. Внутренняя часть корпуса 7 (рис. 202, а) расточена под наружные кольца роликовых подшипников 6. В приливах корпуса выфрезерованы клиновидные пазы для крепления двух поводков, связывающих буксу с рамой 1 слежки.
В расточке корпуса буксы установлены с помощью легкопрессовой посадки два наружных кольца подшипников вместе с роликами и сепараторами. Внутренние кольца подшипников горячей посадкой монтируются на шейке оси Между кольцами обоих
Рис. 201. Схема нагружения подшипников букс:
Рис. 202. Бесчелюстные буксы тепловозов 2ТЭ10В(М) и 2ТЭ116 (а), ТЭП70 (б):
У букс средних колесных пар амортизатор вынут из своего гнезда, что позволило обеспечить свободный разбег оси ±14 мм. Разбег крайних колесных пар, обеспечиваемый за счет сжатия резиновых амортизаторов, составляет ±1,5-2 мм.
Поводки букс. Основные размеры буксовых поводков (рис. 203) для всех тепловозов унифицированы. Стальной
литой корпус 5 поводка имеет головки, в расточки которых запрессованы с натягом 0,06-0,16 мм длинный и короткий амортизаторы. Длинный амортизатор имеет две резинометалличес-кие втулки 9, 10, напрессованные с двух сторон на валик. Между резино-металлическими втулками установлены дистанционные полукольца 6. Короткий амортизатор имеет одну рези-нометаллическую втулку. Резиновые втулки специальным приспособлением с конической насадкой запрессовывают сначала в металлические втулки, а затем через конусную насадку резинометаллические втулки напрессовывают на валики 1 и 7. При запрессовке все соприкасающиеся поверхности резины и металла смазывают смесью касторового масла (30%) и этилового спирта (70%). Степень радиального поджатия (отношение разности толщин втулки до и после запрессовки к толщине втулки в запрессованном состоянии) равно 0,45- 0,46. Предварительное сжатие резины оказывает положительное влияние на долговечность амортизаторов.
Валики 1 и 7 имеют трапециевидные хвостовики, которыми они устанавливаются в соответствующие пазы кронштейнов рамы и проушин букс. С торцовых сторон головок поводка на валиках установлены четыре торцовых амортизатора 3, состоящих из наружной и внутренней шайб, к которым привулканизировано резиновое кольцо из резины 2959 или 120С толщиной 16 мм. При сборке на поводке амортизаторы сжимаются на 3 мм каждый и это положение фиксируется стопорными полукольцами 2, входящими в кольцевые проточки валиков и приваренными в трех точках к наружным шайбам. На головках поводка торцовые амортизаторы фиксируются четырьмя штифтами диаметром 6 мм. Штифты предотвращают проскальзывание амортизаторов относительно корпуса при колебаниях подрессоренных масс. Поводки устанавливают при опущенном на тележку кузове, поэтому в статическом состоянии резиновые амортизаторы не нагружены.
Вертикальные перемещения букс вызывают коаксиальное закручивание резиновых втулок и торсионное скручивание торцовых амортизаторов. На это закручивание требуется определенная сила, и при колебаниях динамический прогиб пружин с включенными буксовыми поводками будет значительно (на 20-25%) меньше, чем если бы система не имела поводков. В поперечном направлении перемещение букс осуществляется за счет деформации осевого сдвига, сжатия и перекоса резиновых элементов. Упругое поперечное перемещение буксы относительно рамы тележки дает возможность снизить динамические рамные усилия при движении в кривой. Кроме этого отсутствие металлических сопряжений в конструкции связи буксы с рамой тележки значительно упрощает уход и снижает стоимость ремонта буксового узла, так как у бесчелюстных букс отсутствуют такие быстроизнашивающиеся детали, как наличники букс и челюстей.
Буксовые узлы
Содержание
Буксы передают через подшипники 3 вертикальные нагрузки Р (от веса подвижного состава) на вращающиеся оси колесных пар, а также для передачи продольных горизонтальных (тяговых F или тормозных В) сил от буксовых шеек 2 колесных пар через раму движущемуся составу. Одновременно буксы (например, через упоры 1) воспринимают и передают на раму боковые усилия У, направляющие движение колесной пары в кривых участках пути. Под буксовым узлом понимают комплект деталей, состоящий из корпуса буксы с крышкой, подшипников, упоров и уплотняющих устройств.
Основной частью букс являются подшипники, в которых вращаются шейки осей. Подшипники могут быть двух типов: трения скольжения и трения качения. Подшипники скольжения просты по устройству, но требуют тщательного ухода в эксплуатации, контроля за наличием смазки и состоянием подбивки (аналогичной моторно-осевым подшипникам) и обладают более высоким сопротивлением движению. Такие подшипники устанавливались только на первых серийных отечественных тепловозах послевоенной постройки: ТЭ1 и ТЭ2.
Все современные тепловозы имеют буксы с роликовыми подшипниками качения. Буксы с подшипниками качения более надежны, не требуют повседневного наблюдения, обладают меньшим сопротивлением движению.
Буксы вагонов
На железных дорогах России на вагонах применяется типовая роликовая букса, которая имеет горячую посадку внутреннего кольца цилиндрического роликового подшипника на шейку оси колеса. Внутреннее кольцо нагревается, свободно надевается на шейку оси и после остывания прочно ее охватывает. При втулочной посадке (применяется редко) коническая втулка запрессовывается между шейкой оси и внутренним кольцом подшипника, имеющим коническую внутреннюю поверхность.
В буксах современных вагонов применяются радиальные роликовые подшипники с короткими цилиндрическими роликами двух типов: однорядные с однобортовым внутренним кольцом и однорядные с безбортовым внутренним кольцом и плоским приставным упорным кольцом. В буксах вагонов прежних лет постройки применялись сферические двухрядные роликовые подшипники на втулочной посадке.
На железных дорогах России конические роликовые подшипники как типовые не применяются, т. к. при повреждении одного из двух подшипников или одного ряда двухрядного подшипника происходит их заклинивание, однако эксплуатируется опытная партия т. н. кассетных подшипников с коническими роликами, изготовленных по образцу подшипников, применяемых в США, Японии, Канаде, Швеции. Такой буксовый узел состоит из двухрядного конического роликового подшипника (заправленного смазкой и отрегулированного на заводе-изготовителе по зазорам), встроенного уплотнения, крепительного кольца и полубуксы (адаптера) для передачи нагрузки от рамы тележки на подшипник. Гарантийный срок работы подшипника 6-8 лет. Вышедший из строя подшипник не ремонтируется на вагоноремонтных предприятиях, а отправляется для ремонта на завод-изготовитель и взамен ставится новый кассетный подшипник (запрессовка подшипника на шейке оси).
Современная типовая букса
Современная типовая букса с двумя цилиндрическими роликовыми подшипниками для грузового вагона, используемая на железных дорогах России, имеет торцевое крепление внутреннего кольца подшипника от продольного сдвига на шейке оси корончатой гайкой или приставной тарельчатой шайбой. Буксовый узел в обоих случаях состоит из стального (низколегированная сталь марок 20ФЛ, 20ГЛ) или алюминиевого (сплав марок АМГ6М или 1915Т) корпуса с передним и задним подшипниками, лабиринтного уплотнения, крепительной и смотровой крышек.
Высокой надежностью и хорошими эксплуатационными качествами отличается букса с дополнительным упорным шарикоподшипником, расположенным между двумя типовыми цилиндрическими подшипниками. Подшипники могут иметь общее внутреннее кольцо на шейке оси или отдельные внутренние кольца.
Корпус буксы пассажирского вагона имеет кронштейны для крепления надбуксового рессорного подвешивания. На кронштейны опираются пружины надбуксового подвешивания. Торцевая часть корпуса буксы, в потолке которого имеется глухое отверстие для термодатчика контроля за температурой нагрева буксы, позволяет устанавливать редукторно-карданный привод подвагонного генератора.
Буксы вагонов скоростных и высокоскоростных поездов
Буксы вагонов скоростных и высокоскоростных поездов отличаются от типовых наличием упорного шарикоподшипника, воспринимающего повышенные осевые нагрузки при скоростях движения до 200-250 км/ч. Роликовые буксы с двумя цилиндрическими подшипниками имеют вагоны поезда «Русская тройка» и скоростного поезда «Аврора» (рис. 6.38). Букса вагонов японского экспресса «Токайдо», курсирующего со скоростями до 250 км/ч, имеет двухрядные цилиндрические и шариковый подшипники, внутренние кольца которых посажены на шейку оси тепловым способом. Наружные кольца цилиндрических роликовых подшипников размещены в корпусе буксы без зазора, а наружное кольцо шарикоподшипников посажено с радиальным зазором 0,5 мм для предотвращения восприятия подшипником радиальных усилий, предусмотрены также две тарельчатые рессоры.
На вагонах французского скоростного поезда установлены буксы с односторонним осевым нагружением двух шарикоподшипников, расположенных между цилиндрическими роликовыми подшипниками.
На железных дорогах США колесные пары грузовых вагонов оборудованы бескорпусными буксами с коническими и цилиндрическими роликовыми подшипниками, имеющими общее наружное кольцо, которое одновременно является корпусом буксы. На наружное кольцо надевается седло, на него опирается рама тележки. Существуют роликовые буксы с двухрядным цилиндрическим подшипником, у которого общее наружное и два внутренних кольца и комбинированные лабиринтно-манжетные уплотнения. Торцевая крышка, воротник и опорное седло буксы отлиты из чугуна с шаровидным графитом. Симметричный стальной сепаратор подшипника служит резервуаром для смазки и обеспечивает эффективное смазывание роликов и беговых дорожек.
Буксовые узлы тепловозов
Вертикальная нагрузка на буксы обычно передается через упругие элементы (пружины) 3 с балансирами 4 или без них (см. рисунок).
Буксы могут соединяться с рамой локомотива или тележки различными путями. Обычно вертикальными пазами своего корпуса букса устанавливается в вертикальные же направляющие (кронштейны) рамы (рис. а). Проем между кронштейнами рамы 2, в который устанавливается букса, называется буксовой челюстью. Кронштейны рамы 2 снизу для повышения жесткости скрепляются так называемой буксовой стрункой 5. Букса в челюсти имеет возможность перемещения по вертикали. Челюстные буксы широко применялись в тепловозостроении.
Однако им свойствен ряд недостатков. Сочленение корпуса буксы с буксовыми направляющими работает в условиях трения скольжения и сильно изнашивается. Износ приводит к увеличению свободных про дольных и поперечных перемещений (разбегов) колесных пар относительно рамы. Такая «свобода» приводит к повышенному вилянию колесных пар в рельсовой колее и ухудшает условия движения тепловоза. Силы трения между направляющими и корпусом буксы затрудняют вертикальные перемещения буксы (например, при прохождении неровностей пути) и делают движение тепловоза менее плавным.
Поэтому в последнее время применяются на тепловозах поводковые (бесчелюстные) буксы, которые связаны с рамой шарнирными поводками 6 (рис. 6) и могут перемещаться не только по вертикали, но и несколько поворачиваться относительно своей оси за счет упругости шарниров. При этом из соединения буксы с рамой устраняются трущиеся поверхности и необходимость их смазки.
Условия работы букс и их подшипников на современных тепловозах весьма сложны. Буксы передают большие статические нагрузки от верхнего строения тепловоза (до 100—120 кН на буксу). Эти нагрузки при движении локомотива возрастают еще на 30—50 % из-за колебаний, центробежных сил в кривых и ударов на стыках рельсов.
Условия работы подшипников в буксе зависят от способа передачи нагрузки на буксу. При верхнем центральном («точечном») нагружении (а), когда балансиры подвешивания опираются непосредственно на корпус 2 буксы, нагрузка между роликами подшипника 1 распределяется очень неравномерно. Передача нагрузки от балансиров на корпус сверху в двух точках при помощи промежуточной арки 3 (6) способствует более равномерному распределению на-грузки между роликами. Арочное нагружение буксы поэтому увеличивает долговечность ее подшипников. Еще более равномерное распределение нагрузки достигается при нижней передаче нагрузки.
Буксовый узел работает в неблагоприятных атмосферных условиях: его окружает запыленная в сухую погоду и заснеженная или влажная (при осадках) среда с большим диапазоном колебаний температуры окружающего воздуха.
Условия работы предъявляют высокие требования к буксовым узлам тепловозов. Они должны быть надежными в эксплуатации, экономичными в изготовлении, текущем обслуживании и ремонте.
От состояния букс во многом зависит безопасность движения, поэтому любая букса должна быть удобной в обслуживании и ремонте, допускать возможность легкой смены и восстановления деталей без больших затрат.
Букса тепловоза ТЭЗ
Букса тепловоза ТЭЗ в течение длительного периода была наиболее распространенной на тепловозах СССР. Эта конструкция применялась на тепловозах ТЭЗ, ТЭ7, ТЭМ1, ТГМ3.
Букса состоит из литого корпуса 3, в цилиндрическую расточку которого вставлены два подшипника 4 и 7 с цилиндрическими роликами. Наружный диаметр подшипников 320 мм, внутренний 160 мм, ширина кольца 108 мм. Расчетная долговечность подшипников соответствует пробегу около 4 млн. км. Для размещения подшипников на длине шейки оси между ними установлены дистанционные кольца 5 и 6. Подшипники стянуты гайкой 10, навертываемой по резьбе на концевой части оси. Гайка стопорится шайбой 9. Корпус буксы со стороны колеса защищен лабиринтным уплотнением 1 в задней крышке 2, а с наружной стороны закрыт крышкой 8.
Цилиндрические роликовые подшипники, передающие радиальную (вертикальную и продольную горизонтальную) нагрузку, не воспринимают осевых (поперечных) усилий. Торцовая шайба 9 наружного подшипника, прижатая гайкой 10, не рассчитана на передачу поперечных нагрузок, она служит лишь для предотвращения возможности сползания буксы с шейки оси.
Боковые усилия в конструкции воспринимаются осевым упором скольжения 11, укрепленным в перед-ней крышке 8. Торцовая поверхность упора армирована бронзой и смазывается маслом, которое подается фитилем 12 из масляной ванны корпуса буксы. При движении в кривом участке пути ось колесной пары перемещается в корпусе буксы (подшипники этому не препятствуют) до соприкосновения торца шейки с упором. Через упор боковое направляющее усилие, воспринимаемое гребнем колеса от рельса, передается на корпус буксы и от него на раму тележки, что приводит ее к повороту.
В буксах средних осей тележек упоры жестко укреплены в крышках букс. На буксах крайних осей упоры упругие. В этой конструкции в крышку корпуса буксы установлен корпус упругого упора, представляющий собой цилиндрический стакан, в который вставлена винтовая пружина с первоначальной затяжкой 8 кН.
Вопросы надежной смазки подшипников и упоров вызывают много затруднений при проектировании и эксплуатации букс. Важнейшим пре-имуществом подшипников качения является возможность работы на консистентной смазке, которая позволяет длительное время обходиться без осмотра подшипников. Однако наличие торцового упора скольжения требует менее вязкой смазки, которая может подаваться фитилем.
Поэтому на первых тепловозах корпус буксы заполнялся жидкой смазкой — автотракторным маслом. Это было большим недостатком букс, так как вследствие утечек через уплотнения требовалось частое пополнение масла и наблюдение за его наличием. Поэтому позднее был осуществлен переход на консистентную смазку подшипников. В корпусе буксы была предусмотрена перегородка (см. рис.), отделяющая масляную ванну осевого упора от полости роликовых подшипников во избежание смешивания смазок.
Передача нагрузки в буксе верхняя центральная (точечная); балансиры опираются на полуцилиндрические сменные стальные опоры, вставленные в отверстия в корпусе.
Букса тепловозов 2ТЭ10Л и ТЭМ2
Букса тепловозов 2ТЭ10Л и ТЭМ2 разработана на основе учета недостатков букс тепловоза ТЭЗ. В ней применена передача нагрузки на корпус 6 сверху через арку 10, в которую вставлены опоры 9 балансиров. Благодаря уменьшению напряженности подшипников при арочном нагружении по сравнению с буксой ТЭЗ оказалось возможным использовать в буксе подшипники меньших размеров (наружный диаметр 290 мм против 320 мм на ТЭЗ, ширина кольца 80 мм вместо 108 мм). Это позволило значительно уменьшить габариты и вес буксы.
В основном конструкция буксы 2ТЭ10Л аналогична буксе ТЭЗ. В переднюю крышку 4 вварена диафрагма 5 с отбуртовкой, разделяющая полость подшипников и полость упора и препятствующая смешиванию смазок. Консистентная смазка заправляется в полость подшипников при сборке буксы в количестве 1,5 кг. Для пополнения смазки служит отверстие, закрываемое пробкой 24. Масляная ванна для фитиля осевого упора заполняется дизельным маслом (80 г) через отверстие, закрываемое пробкой 23. В отличие от буксы ТЭЗ фитиль 15 осевого упора укреплен на пластинчатой пружине 16 и постоянно прижат к торцу оси.
Сборка буксы и ее монтаж на колесной паре
Сборка буксы и ее монтаж на колесной паре осуществляются в следующей последовательности. К корпусу 6 буксы болтами через планку 12 крепится задняя крышка 11. В корпус устанавливаются два роликоподшипника 22 (без внутренних колец) и дистанционное кольцо 8 между ними. На шейку оси последовательно в горячем состоянии с натягом (в упор друг к другу) насаживают: лабиринтное кольцо 13 и два внутренних кольца подшипников. Расстояние между ними устанавливается дистанционным кольцом 7, все эти детали фиксируются на шейке стопорным кольцом 14. Затем на шейку ставят ранее собранный корпус буксы с подшипниками. На нем последовательно укрепляются передняя крышка 4 с регулировочной прокладкой 3, осевой упор 2 с пружиной 16 и фитилем 15, корпус 1 с пружиной упора 17 (предварительная затяжка до 16 кН). На тепловозах ТЭМ2 применяются буксы с меньшей за-тяжкой упоров.
Для установки буксы в челюсти рамы тележки корпус имеет плоские боковые поверхности, которые служат для передачи продольных нагрузок и усиливаются боковыми наличниками 21, и упорные бурты для передачи поперечных нагрузок, усиливаемые лобовыми наличниками 20. Наличники изготавливаются из марганцовистой стали 60Г, привариваются к корпусу электрозаклепками и прерывистым швом по контуру.
Для уменьшения трения в наличниках к ним подается смазка (осевое масло) из двух карманов 19 с помощью фитилей, проходящих в корпусе буксы. В карманы, закрываемые крышками 18, заправляется по 450 г масла.
Большое значение для надежной работы экипажной части имеет правильная установка и регулирование разбегов колесных пар относительно рам тележек, особенно при челюстных буксах. Возможность продольного разбега колесной пары относительно рамы ограничивается суммарной величиной зазоров В (рис.) между боковыми наличниками корпуса буксы и наличниками буксовых челюстей рамы тележки. Эта величина по чертежам лежит в пределах 0,58—1,78 мм и не должна превышать 5 мм в эксплуатации во избежание заметных перекосов оси в тележке.
Суммарный поперечный разбег оси П, в значительной степени определяющий ходовые качества локомотива и его воздействие на путь, складывается из свободного С и упругого У разбегов, т. е. П = С+У. Свободный разбег колесной пары С представляет сумму зазоров А между лобовыми наличниками левой и правой букс и наличниками рамы тележки и зазоров Б между торцами осей и осевыми упорами обеих букс, т. е. С = Алев+Аправ +Блев+Бправ.
Для тепловозов 2ТЭ10Л и ТЭЗ свободный разбег установлен для крайних колесных пар Скр = 3+1 мм. для средних Сср = 28+1 мм. Величина свободного поперечного разбега устанавливается и регулируется за счет прокладок 3 между передней крышкой 4 и фланцем осевого упора 2.
Упругий разбег колесных пар представляет сумму допустимых прогибов Г (см. рис.) пружин осевых упоров, т. е. У= Глев+Гправ. Упругий разбег крайних колесных пар составляет Г=11 мм на сторону или У = 22 мм. Этот разбег в процессе эксплуатации не регулируется. Таким образом, величина суммарного разбега для крайних колесных пар составляет П = С + У=25..26 мм. Для средних колесных пар У = 0 и П = С = 28..29 мм.
Поводковые (бесчелюстные) буксы.
Они применены на тепловозах 2ТЭ10В, 2ТЭ116, ТЭП60 и др. Такие буксы полностью исключают трение скольжения в узле. Корпус 4 поводковой буксы тепловоза имеет своеобразную форму: у него нет боковых направляющих плоскостей. Корпус имеет две пары клиновидных вырезов для соединения с валиками резинометаллических втулок поводков 20. Поводки также при помощи таких втулок присоединяются к раме тележки. Такая подвеска буксы дает ей возможность упругого перемещения относительно рамы в вертикальном и поперечном направлениях. Корпус имеет два опорных кронштейна для пружин рессорного подвешивания. Сам корпус в этом случае играет роль балансира. К передней крышке 9 корпуса приварен кронштейн 10 для крепления фрикционного амортизатора.
В бесчелюстной буксе отсутствует упор скольжения: он заменен упорным шарикоподшипником 11, установленным между торцом оси и упором 13 амортизатора 14. В связи с этим отпала необходимость двух видов смазки. Букса заполняется консистентной смазкой и не требует ее замены до текущего ремонта ТРЗ
См. также
Литература
Тепловозы: Основы теории и конструкция: Учеб, для техникумов/В. Д. Кузьмич, И. П. Бородулин, Э. А. Пахомов и др.; Под ред. В. Д. Кузьмича,—2-е изд., перераб. и доп—М.: Транспорт, 1991.—352 с.