БУКСОВЫЙ УЗЕЛ СКОРОСТНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА Российский патент 1999 года по МПК B61F15/00 F16C17/24 F16C19/52 

Изобретение относится к железнодорожному транспорту, а более конкретно к одному из важнейших узлов любого вагона или локомотива, а именно к буксовому узлу скоростного подвижного состава.

В основном буксовый узел предназначен для передачи всей нагрузки от вагона или локомотива на шейки осей колесных пар и, кроме этого, корпус буксового узла содержит смазку и защищает подшипники от попадания инородных элементов: пыли, песка, воды и пр. загрязнений.

Буксовый узел работает в весьма тяжелых условиях и является одним из самых ответственных узлов подвижного состава от состояния которого зависит, как нормальная работа подвижного состава, так и безопасность движения.

Особенно большое значение приобретает буксовый узел при создании и эксплуатации скоростных железных дорог.

В общем случае буксовый узел состоит из следующих элементов: корпуса, подшипников, лабиринтного уплотнительного устройства, смазочного устройства со смазкой, крышки буксы, прокладок, крепящих элементов.

К известным аналогам относится буксовый узел с подшипником скольжения (см., к примеру, книгу: "Пособие слесарю по техническому обслуживанию вагонов", авторы: Е.А. Мазуров и И.П. Позняков, изд. "Транспорт", Москва, 1990 г. , стр. 120, рис. 45), где подшипник состоит из стального корпуса, бронзовой заливки, а между подшипниками и потолком корпуса установлен буксовый вкладыш, который служит для удержания подшипника в верхней части корпуса буксы. Подшипник охватывает шейку оси сверху на угол 120^o, а ниже шейки оси установлен польстер со смазкой.

Известная конструкция описанного буксового узла имеет много недостатков:
а) применение для заливки подшипников антифрикционного сплава - баббита, содержащего олово, свинец и пр., значительно удорожает буксовый узел;
б) не позволяет значительно увеличивать скорость, так как происходит сильный разогрев и выплавление баббита;
в) недостаточная надежность подшипников скольжения, что приводит к горению буксовых узлов и выходу части подвижного состава из строя;
г) значительное удельное сопротивление подвижного состава при трогании с места;
д) значительный расход топлива и эл. энергии на преодоление трения скольжения в подшипниках;
е) большой расход цветных металлов и смазки;
ж) значительный объем работ по осмотру и обслуживанию;
з) необходимость часто менять подбивочные материалы и загрязненное осевое масло;
и) частые отказы в работе по сравнению с другими частями вагонов;
к) неравномерный износ баббитового слоя по длине подшипника;
л) неприемлем для использования при скоростном движении подвижного состава и пр.

Таким образом буксовый узел с подшипниками скольжения, является самым уязвимым узлом подвижного состава. Однако такой буксовый узел просуществовал десятки лет без каких-либо серьезных изменений и только с 1982 г. прекращен выпуск новых вагонов с подшипниками скольжения (но старые конструкции вагонов с подшипниками скольжения еще находятся в эксплуатации).

Наиболее эффективным и близким по своей технической сути к предлагаемому техническому решению является буксовый узел (см. , к примеру, книгу: "Вагоны", авторы: И. Ф. Пастухов и др., изд. "Транспорт", Москва, 1988 г., стр. 46, рис. 3.2) пассажирского вагона с цилиндрическими роликовыми подшипниками, установленными по горячей посадке на вагонной оси.

Указанный буксовый узел с роликовыми подшипниками также имеет корпус, в котором размещены два подшипника - передний и задний с цилиндрическими роликами, причем внутренние кольца подшипников посажены на шейку оси по горячей посадке, а наружные свободно установлены в корпус буксы.

Корпус закрыт со стороны колеса лабиринтным уплотнением, а спереди - крепительной и смотровой крышками с крепящими элементами.

К недостаткам такого буксового узла относятся:
м) практически любая неисправность роликовой буксы чаще всего приводят к ее горению;
н) нормальный нагрев роликовой буксы очень небольшой: не более 70^oC;
о) необходимо постоянное наблюдение за нагревом;
п) только незначительная часть тепла отводится через шейку оси и корпусом буксы, что недостаточно эффективно для скоростного подвижного состава;
р) недостаточная долговечность и безотказность работы применительно к скоростям (200 - 300 км/ч) скоростного подвижного состава;
с) отсутствие охлаждающих устройств, предотвращающих чрезмерный перегрев при высоких скоростях подвижного состава.

Задачей предполагаемого изобретения является увеличение долговечности и безотказности работы буксового узла при больших скоростях (200 - 300 км/ч), в основном пассажирского, скоростного подвижного состава.

Поставленная задача решается тем, что буксовый узел скоростного подвижного состава содержащий: корпус с боковыми приливами для крепления к тележке вагона, выполненный с лабиринтной частью и ребрами жесткости; лабиринтное кольцо на оси и подшипники качения передний и задний, закрепленные торцевой шайбой на шейке оси с помощью крепящих элементов и крепительной крышки и смотровую крышку, имеет в верхней потолочной части корпуса бобышки со сквозными отверстиями, в которых жестко заподлицо с внутренней посадочной поверхностью под подшипники установлены (к примеру, впаяны твердым припоем) испарительные концы S-образных тепловых трубок (тепловых диодов), которые расположены под углом к наружной образующей поверхности корпуса, а наружные конденсирующие свободные концы, указанных тепловых трубок, выступают над образующей поверхностью корпуса, в сторону смотровой крышки.

Новизна предполагаемого изобретения состоит в том, что благодаря наличию в корпусе роликовой буксы тепловых трубок и их расположения, производиться интенсивный отбор тепла от роликовых подшипников, вывод его за пределы корпуса буксы и рассеивание в окружающее пространство.

Существенность отличий заключается в том, что благодаря наличию указанных тепловых трубок в корпусе роликовой буксы, их формы и расположения, появляется новое свойств - увеличивается долговечность и безотказность работы буксового узла при больших скоростях (200 - 300 км/ч) подвижного скоростного состава во время эксплуатации при движении.

Указанные свойства позволяют увеличить скорость подвижного состава, время эксплуатации подшипниковых пар буксового узла, значительно увеличивают надежность, сокращают время простоев и ремонта скоростного подвижного состава.

Сущность предлагаемого изобретения поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 показан буксовый узел скоростного подвижного состава в сечении по А-А вдоль вагонной оси;
на фиг. 2 показан буксовый узел на виде сверху;
на фиг. 3 показан буксовый узел на виде справа, по стрелке Б.

На чертеже буквами обозначены: d - наружный диаметр тепловой трубки; r - внутренний радиус изгиба тепловой трубки; R - радиус окружности, на которой лежат центры осей конденсирующих торцов тепловых трубок; α - центральный угол между конденсирующих концов тепловых трубок одного подшипника; β - угол между тепловой трубкой и образующей поверхностью корпуса; O - центр буксового узла; x-x - продольная горизонтальная ось буксового узла.

Предлагаемый буксовый узел скоростного подвижного состава (см. фиг. 1; 2; 3) установлен на шейке 1 оси 2 колесной пары, причем внутренние кольца 3, цилиндрических роликовых подшипников, как переднего 4, так и заднего 5, неподвижно посажены на указанную шейку 1 оси 2 по горячей посадке (Тп или Гп), а наружные кольца 6 свободно устанавливаются в корпус 7 буксы.

Буксовый корпус 7 закрыт со стороны колес лабиринтным кольцом 8, а спереди - крепительной крышкой 9 с уплотнительной прокладкой 10 и со смотровой крышкой 11 с помощью крепящих элементов, к примеру, болтов 12.

С торца шейки 1 установлена торцевая шайба 13, закрепленная болтами 14 со стопорной отгибной шайбой 15 от самоотвинчивания.

Корпус 7 буксы отлит цилиндрической формы и выполнен за одно целое с лабиринтной частью, а по бокам имеет приливы 16 и пазы для соединения с боковой рамой тележки вагона, выступы 17 для крепления крышек 9 и 11 и ребра жесткости.

В потолке 18 корпуса 7 буксы, над местом посадки наружных колец 6, переднего 4 и заднего 5 подшипников, жестко установлены (к примеру, впаяны твердым припоем) в сквозные отверстия диаметром d, в утолщениях - бобышек испарительные части 19 S-образных тепловых трубок 20, которые расположены под углом β (к примеру, β ≈ 3...5^o) к образующей поверхности корпуса 7 буксы, а конденсирующие части 21 выступают над образующей поверхностью корпуса 7 буксы, в сторону смотровой крышки.

Указанная S-образная тепловая трубка 20 представляет собой простейший гладкостенный тепловой диод (т.е. термосифон), которая способна интенсивно отводить тепло в одну сторону, т.е. от колец 6 подшипников 4 и 5, где она контактирует с ними своей испарительной частью 19, в сторону конденсирующей части 21, за пределы корпуса 7, в окружающую среду.

Сквозные отверстия диаметром d выполнены в корпусе 7 вдоль радиуса, к центру O корпуса 7 буксы, с центральным углом α друг к другу, над каждым из подшипников 4 и 5. Общая выпрямленная длина тепловой трубки 20 может быть различна, в зависимости от требований конкретной конструкции.

После жесткой установки тепловых трубок 20, в корпусе 7 они обрабатываются совместно с посадочными местами наружных колец 6, а в центре корпуса 7 буксы, между посадочных мест наружных колец 6, делается (снаружи) глухое отверстие 22 для установки термодатчика контроля температуры нагрева подшипников (на чертеже термодатчик не показан).

Центры конденсирующих торцов 21 должны лежать на окружности радиуса R от центра корпуса 7.

На конденсирующих концах 21 тепловых трубок 20 возможно выполнение оребрения с помощью напайки охлаждающих шайб, проволоки и пр.

Для защиты от случайных механических повреждений конденсирующих концов 21 возможно выполнение защитных ребер жесткости при литье корпуса 7 по его центру, между тепловых труб 20, параллельно оси x-x.

В корпус 7 буксы закладывается необходимое количество смазки.

При работе (т.е. в момент скоростного движения подвижного состава) часть тепла от подшипников качения 4 и 5 отводится шейкой 1 оси 2 и корпусом 7 буксового узла.

Но с ростом скоростей движения подвижного состава, а также с увеличением безостановочного участка пробега до 500 - 600 км, растет и выделение тепла в буксовом узле, что приводит его к выходу из строя, а в тяжелых случаях - и к аварии.

Поскольку нагрев подшипников 4 и 5 буксового узла роликовой буксы допускает нагрев только до 70^oC (при 100^o...120^oC происходит распрессовка внутренних колец 3 на шейки 1 оси 2, что ведет к аварии), то это обстоятельство ограничивает, как увеличение скорости подвижного состава, так и ведет к ограничению величины участка его пробега.

Но поскольку при работе тепловых труб 20, расположенных в потолке 18 корпуса 7 буксы, над местом посадки наружных колец 6 подшипников 4 и 5, интенсивно отсасывается от них тепло, которое выводится наружу в окружающее пространство и рассеивается в нем, то это позволяет увеличивать скорость подвижного состава величину участка его пробега, а также повышает долговечность и надежность работы буксового узла, следовательно, и всего скоростного подвижного состава в целом, не выходя за пределы допустимых норм нагрева.

Следует отметить, что сами тепловые трубы 20 при эксплуатации не требуют никакого дополнительного обслуживания и надежно работают в любых условиях.

Наиболее рационально использовать предлагаемое техническое решение по своему прямому назначению, т.е. для повышения эффективности работы буксовых узлов скоростного подвижного состава.

Реализация предложенного технического решения, с учетом его преимуществ, не требует существенных затрат и изменения технологии изготовления буксовых узлов, но весьма значительно увеличивает долговечность и надежность их, позволяет увеличить скорость и величину участков пробега подвижного состава, а также безопасность движения, что дает определенный технический и экономический эффект.

Буксовый узел содержит корпус с боковыми приливами для крепления к тележке вагона, выполненный с лабиринтной частью и ребрами жесткости, лабиринтное кольцо на оси, подшипники качения передний и задний, закрепленные торцевой шайбой на шейке оси с помощью крепящих элементов и крепительной крышки, смотровую крышку. Корпус в своей верхней потолочной части имеет бобышки со сквозными отверстиями, в которых жестко заподлицо с внутренней посадочной поверхностью под подшипники установлены S-образные трубки. Трубки расположены под углом к наружной образующей поверхности корпуса. Изобретение решает задачу по увеличению долговечности работы буксового узла при больших скоростях. 3 ил.

Буксовый узел скоростного подвижного состава, содержащий корпус с боковыми приливами для крепления к тележке вагона, выполненный с лабиринтной частью и ребрами жесткости, лабиринтное кольцо на оси и подшипники качения, передний и задний, закрепленные торцевой шайбой на шейке оси с помощью крепящих элементов и крепительной крышки, и смотровую крышку, отличающийся тем, что корпус в своей верхней потолочной части имеет бобышки со сквозными отверстиями, в которых жестко заподлицо с внутренней посадочной поверхностью подшипники установлены испарительные концы S-образных тепловых трубок, которые расположены под углом к наружной образующей поверхности корпуса, а наружные конденсирующие свободные концы указанных тепловых трубок выступают над образующей поверхностью корпуса в сторону смотровой крышки.