УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ НАПРЕССОВКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА ШЕЙКЕ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ Российский патент 2011 года по МПК G01L1/22 

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта, а именно к механосборочному производству, в частности к сборке с гарантированным натягом деталей типа вал-втулка тепловым способом, и предназначено для оценки прочности сопряжения внутренних колец двух рядом стоящих буксовых роликовых подшипников, напрессованных на шейку оси колесной пары.

Известно устройство для контроля прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары, содержащее выполненный с возможностью коаксиальной установки на контролируемом кольце подшипника изолированную камеру (втулку) высокого давления в виде чувствительного элемента с тензорезисторами [1], которое позволяет контролировать соединения с натягом при новом формировании. Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для неразрушающего электротензометрического контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары [2], позволяющее осуществлять контроль напрессовки как при новом формировании, так и осуществлять проверку прочности напрессованных ранее колец подшипников.

Указанное устройство технической диагностики для неразрушающего контроля прочности напрессовки деталей соединений с гарантированным натягом содержит три основные составные части: силовой элемент (камера высокого давления), измерительные элементы и элемент крепления. Силовой элемент устройства (камера высокого давления), обеспечивающий подвод рабочей жидкости (РЖ) в зону сопряжения внутренних поверхностей колец переднего и заднего буксовых подшипников с наружной поверхностью шейки оси, в виде толстостенной втулки с резьбовыми концами (по ее наружной поверхности) и конусными внутренними поверхностями с вершинами конусов, направленными в сторону середины упомянутой втулки, снабжен двумя конусными тонкостенными втулками, обеспечивающими кольцевые уплотнения с двух открытых торцов этой толстостенной втулки по наружным поверхностям двух рядом расположенных на шейке оси контролируемых колец буксовых подшипников. Конусные втулки кольцевых уплотнений затягивают по конусным внутренним поверхностям упомянутой втулки (камеры высокого давления) при помощи резьбовых нажимных (накидных) гаек, размещенных по торцам последней. Измерительные элементы устройства размещают неподвижно с двух сторон камеры высокого давления, при этом фиксируют расположение середины последней в плоскости контакта торцов напрессованных на шейку оси двух колец подшипников. Контролируемые кольца подшипников снабжены ограничителем от аксиального перемещения кольца переднего подшипника (под воздействием высокого давления нагнетаемой в сопряжение РЖ в разъеме между контактирующими поверхностями колец) при помощи отдельно выполненного крепительного элемента. Внутренняя изолированная полость камеры высокого давления соединена с источником подачи РЖ, снабжена обратным клапаном для поддержания контрольного давления гидросреды.

Описанное выше устройство не позволяет выполнять раздельное радиальное нагружение давлением нагнетаемой РЖ контролируемых колец подшипников буксового узла в процессе гидрораспора. Это обуславливает то, что при гидрораспоре в зонах сопряжения двух смежных колец с шейкой оси в одном из них (с меньшим значением натяга) масляный клин раньше достигает границы посадки от места ввода РЖ с торца сопряжения. Это ограничивает максимальное значение величины давления нагнетания РЖ и осложняет осуществление контроля прочности напрессовки второго кольца в случае необходимости повышения давления нагнетания РЖ при несколько большем значении натяга второго (смежного с первым) кольца подшипника. Отмечается снижение достоверности оценки прочности сопряжения при одновременном гидрораспоре двух смежных колец буксовых подшипников на шейке оси колесной пары при подаче РЖ в зону контакта их торцевых поверхностей. Кроме того, выполнение контроля прочности напрессовки кольца только переднего подшипника, что довольно часто встречается в практике при ремонте вагонов, неизбежно вызывает неоправданный гидрораспор от давления РЖ в зоне сопряжения второго напрессованного кольца (заднего буксового подшипника).

Задачей изобретения является повышение эффективности контроля прочности соединений, надежности и технического ресурса колесных пар.

Технический результат достигается тем, что устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары содержит коаксиально установленную относительно этих колец камеру высокого давления с двумя конусными противоположно направленными внутренними поверхностями, снабженную кольцевыми уплотнениями по цилиндрическим наружным поверхностям напрессованных колец подшипников в виде двух оппозитно расположенных тонкостенных втулок с конусными наружными поверхностями и нажимными гайками в этой камере, закрепленной неподвижно и герметично в средней части по длине этих напрессованных на шейку двух колец, а также измерительные элементы, установленные с двух сторон упомянутой камеры с концентричным их закреплением на контролируемых кольцах, которые снабжены ограничителем от аксиального перемещения кольца переднего подшипника под воздействием давления РЖ в разъеме между контактирующими торцовыми поверхностями колец. Камера высокого давления выполнена в виде толстостенного стакана с глухим дном и ступенчатыми внутренними поверхностями, снабженного крышкой с прокладкой, при этом крышка изготовлена с центральным отверстием, имеющим конусную поверхность, вершина конуса которой направлена внутрь стакана. В этом отверстии размещена конусная втулка кольцевого уплотнения по поверхности кольца заднего подшипника, скрепленная неподвижно с крышкой. Днище стакана закреплено на торце шейки оси элементами крепления, а внутренняя поверхность днища прижата к торцу кольца переднего подшипника с использованием торцового уплотнения. Открытый торец стакана снабжен нажимной втулкой с резьбовой наружной частью и конусной внутренней поверхностью. Эта втулка соединена с резьбовой частью на внутренней поверхности со стороны открытого конца большей ступени стакана и взаимодействует с конусной втулкой кольцевого уплотнения по наружной поверхности кольца переднего подшипника, соединенной герметично с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца меньшей ступени стакана. В стенках последнего имеются радиальные сквозные проемы для закрепления на кольце переднего подшипника измерительного элемента. В днище и внутри стенок стакана выполнены радиальные и аксиальные каналы для подвода РЖ в зону сопряжения напрессованных на шейку оси колец подшипников. Имеются два клапана управления для раздельной подачи РЖ в зону контакта торцов двух смежных напрессованных колец подшипников и с наружной стороны кольца переднего подшипника. Предусмотрена также возможность совместной подачи РЖ в указанные зоны соединений с натягом на шейке оси колесной пары. По аналогии с прототипом устройство включает в себя силовой элемент (камеру высокого давления), элемент крепления и измерительные элементы. Однако конструктивным отличием предложенного устройства является совместное исполнение двух первых из указанных составных элементов.

Устройство включает в себя следующие основные части:

- корпус с маслопроводами и клапанами для подачи рабочей жидкости к торцам колец подшипников (открытого торца кольца переднего подшипника и контактирующих друг с другом торцов колец заднего и переднего буксовых подшипников), а также с обратным клапаном для поддержания контрольного давления РЖ и конусной тонкостенной втулкой кольцевого уплотнения высокого давления на открытом торце упомянутого стакана по наружной поверхности внутреннего конца переднего подшипника (при этом вершина конуса направлена в сторону кольца заднего подшипника), кольцевым торцевым уплотнением по наружному концу последнего и нажимной втулкой с конусной внутренней поверхностью и с резьбовой наружной частью, соединяемой с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца ступенчатого стакана, а также с продольным сквозным каналом в своей стенке, ось которого направлена к наружной цилиндрической поверхности этой нажимной втулки; при этом в боковых стенках ступенчатого стакана имеются проемы для размещения измерительного элемента, а в днище и стенках стакана выполнены маслопроводы (радиальные и аксиальные каналы для нагнетания РЖ);

- крышку корпуса с центральным отверстием, поверхность стенок которого выполнена в виде конуса с вершиной, направленной в сторону днища стакана, при этом крышка крепится к корпусу устройства на уплотнительной прокладке;

- тонкостенную втулку, имеющую конусную наружную поверхность контакта с поверхностью стенок центрального отверстия крышки корпуса, и внутреннюю цилиндрическую поверхность, контактирующую с наружной поверхностью кольца заднего подшипника, при этом упомянутая втулка закрепляется в крышке корпуса и создает кольцевое уплотнение высокого давления по наружной поверхности кольца заднего буксового подшипника.

Преимуществом данной конструкции является то, что она позволяет выполнять гидрораспор двух колец подшипников независимо друг от друга с целью повышения достоверности оценки прочности напрессовки деталей сформированных соединений с гарантированным натягом на шейке оси колесной пары.

Измерительные элементы устройства устанавливают на кольце заднего и переднего подшипников независимо от силового элемента и элемента крепления, собранных вместе по месту замеров. При этом могут быть использованы как клеммовые разъемные тензометрические измерительные элементы (по аналогии с устройством-прототипом), так и иные измерительные устройства, позволяющие фиксировать величину радиальных деформаций наружных поверхностей контролируемых колец при их напряженно-деформированном состоянии (НДС) от гидрораспора, создаваемого давлением РЖ, как при раздельном контроле каждого из колец, так и при совместном гидрораспоре. По величине деформаций (как и по величине напряжений) устанавливают прочность напрессовки путем пересчета измеренных величин по известным из теории упругости и теории гидрораспора [3] зависимостям.

На чертеже изображено устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, продольный разрез (фиг 1, фиг 2 поз.10 и 11)

Устройство содержит: корпус 1, включающий в себя часть силового элемента (камеру высокого давления в виде толстостенного ступенчатого стакана) и элемента крепления, конусные тонкостенные втулки 2, 3 кольцевых уплотнений высокого давления по наружным поверхностям колец 4 и 5 переднего и заднего подшипников, нажимную гайку 6, снабженную наружной резьбой и продольным маслопотводящим каналом, крышку 7 корпуса с уплотнительной прокладкой 8, торцевое кольцевое уплотнение 9, клапаны 10, 11 управления подачей рабочей жидкости (РЖ) в изолированные полости А и Б корпуса 1 после сборки устройства на объекте контроля, обратный клапан 12 для поддержания заданного давления РЖ, штуцеры 13 и 14 для подключения масляных манометров, насос ручной высокого давления 15 (или иное устройство) для нагнетания РЖ в корпус 1, болты 16 с уплотнительными прокладками 17 для соосного закрепления измерительного устройства на торце шейки оси колесной пары, измерительные элементы (на чертеж условно не показаны), устанавливаемые на наружные поверхности колец 4, 5 (поз.1' и 2').

Контроль прочности напрессовки осуществляется следующим образом. Устанавливают на кольцо 5 втулку 3 уплотнения высокого давления, а затем крышку 7 корпуса 1 с прокладкой 8, нажимную гайку 6 и сдвигают перечисленные детали в крайнее левое положение по кольцу 5. Корпус 1 с закрепленной в нем втулкой 2 и торцовым уплотнением 9 устанавливают концентрично на кольцо 4, и сдвигают влево до упора торца последнего в уплотнение 9, и закрепляют соосно на торце шейки оси болтами 16 с уплотнительными прокладками 17 для герметизации внутренней полости А. Заворачивают при помощи специального накидного ключа гайку 6, зажимая конусную втулку 2 уплотнения высокого давления полости В, закрепляют на прокладке 8 к корпусу 1 крышку 7, а затем закрепляют конусную втулку 3 второго кольцевого уплотнения высокого давления полости В. При закрытом положении клапана 10 и открытом клапане 11 (смотри фиг.2) насосом 15 нагнетают масло высокого давления (до 50 МПа) в полость А под торец кольца 4. Снимают показания (по деформациям или напряжениям) с наружной поверхности контролируемого кольца 4 (по аналогии с прототипом паз 1' и 2'). Затем закрывают клапан 11, открывают клапан 10 и нагнетают масло в полость В под торец кольца 5 (по аналогии с прототипом). Осуществляют контроль прочности напрессовки кольца 5. При этом возможно нагнетание РЖ одновременно в полость А и полость В при открытых клапанах 10 и 11.

Источники информации

1. Патент BY 7377 C1, B23P 11/02 G01L 1/22. Способ контроля исходной прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления. / Чернин И.Л., Сенько В.И., Сенько Л.В. №20010261; заявл. 20.03.2001; опубл. 30.09.2005.

2. Патент RU 2329478 C1, G01L 1/22. Способ неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления. / Сенько В.И., Чернин И.Л., Чернин Р.И., Сенько Н.Г. №2006134798; заявл. 02.10.2006; опубл. 20.07.2008, Бюл. №20 - 2008. - прототип.

3. Сенько В.И., Чернин И.Л., Бычек И.С. Техническое обслуживание вагонов. Организация ремонта грузовых вагонов в депо. Гомель, Бел ГУТ, 2002.-371 с.

Устройство относится к железнодорожному транспорту и машиностроению, предназначено для оценки прочности напрессовки колец подшипников на шейку оси колесной пары. Устройство содержит: толстостенную стаканообразную камеру высокого давления, элемент крепления и измерительные элементы, которые выполнены в виде стакана с глухим дном, со ступенчатой внутренней поверхностью и с крышкой на уплотнительной прокладке, при этом крышка имеет в центре конусное отверстие. Стакан с крышкой закрепляют концентрично на наружных поверхностях контролируемых колец заднего и переднего подшипников при помощи конусных втулок для изоляции внутренней полости этого стакана от внешней среды, а днище стакана крепят к торцу шейки оси, прижимая последнее к торцу переднего кольца подшипника с использованием торцового уплотнения. Внутри стенок и в днище стакана выполнены маслопроводы для подачи рабочей жидкости под давлением в зону сопряжения колец подшипников с шейкой оси. Данная конструкция позволяет выполнять гидрораспор двух смежных колец подшипников на шейке оси независимо друг от друга с целью повышения достоверности оценки прочности сопряжения. Измерительные элементы устройства могут быть как в виде клеммовых разъемных тензометрических, так и других видов (мерительные микрометрические скобы, индикаторы часового типа и пр.). Технический результат заключается в повышении эффективности контроля соединений с натягом. 1 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, содержащее коаксиально установленную относительно этих колец камеру высокого давления с двумя конусными противоположно направленными внутренними поверхностями, снабженную кольцевыми уплотнениями по цилиндрическим поверхностям напрессованных колец подшипников в виде двух оппозитно расположенных тонкостенных втулок с конусными наружными поверхностями и нажимными гайками по концам этой камеры, а также маслопроводом с обратным клапаном для подачи рабочей жидкости в зону контакта с шейкой оси контролируемых колец подшипников, закрепленную неподвижно и герметично в средней части по длине этих напрессованных на шейку колец, а также измерительные элементы, установленные с двух сторон упомянутой камеры с концентричным их закреплением на контролируемых кольцах, которые снабжены ограничителем от аксиального перемещения кольца переднего подшипника под воздействием нагнетаемой в камеру высокого давления рабочей жидкости в разъеме между контактирующими торцевыми поверхностями колец, отличающееся тем, что камера высокого давления выполнена в виде толстостенного стакана с глухим дном и цилиндрическими внутренними ступенчатыми поверхностями, снабженного крышкой с уплотнительной кольцевой прокладкой, при этом крышка выполнена с центральным отверстием с конусной поверхностью, вершина конуса которой направлена внутрь стакана, а в указанном отверстии установлена тонкостенная конусная втулка кольцевого уплотнения высокого давления по наружной поверхности кольца заднего подшипника, которая скреплена с упомянутой крышкой, и днище стакана закреплено на торце шейки оси, при этом внутренняя поверхность днища стакана прижата к торцу кольца переднего подшипника с использованием торцевого уплотнения, а открытый торец упомянутого стакана снабжен нажимной втулкой с резьбовой наружной частью и конусной внутренней поверхностью, и эта втулка, соединенная с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца большей ступени стакана, взаимодействует с конусной тонкостенной втулкой кольцевого уплотнения по наружной поверхности кольца переднего подшипника, соединенной на уплотнительной прокладке с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца меньшей ступени толстостенного стакана.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что в стенках толстостенного стакана выполнены радиальные сквозные проемы, предназначенные для закрепления на контролируемом кольце переднего подшипника измерительного элемента, а внутри стенок и днища стакана выполнены радиальные и аксиальные каналы для подвода рабочей жидкости высокого давления в зону сопряжения напрессованных на шейку оси колец подшипников, снабженные двумя дополнительными клапанами управления для раздельной подачи упомянутой жидкости в зону контакта торцов двух напрессованных на шейку колец подшипников и с наружного торца кольца переднего подшипника, а также для совместной подачи рабочей жидкости в упомянутые зоны соединений с гарантированным натягом на шейке оси.