Буксы и подшипники
В механике такое понятие как букса встречается только в железнодорожной отрасли. Оно имеет немецкое происхождение и означает ящик или коробку (Buchse). Но если рассматривать современный подвижной состав, то букса электровоза или вагона мало похожа на коробку. Она представляет собой узел, состоящий из массивного корпуса из стали с размещенным внутри подшипником. Букса опирается на ось через связанный с ней опорный элемент и сама служит точкой опоры для рессоры. Такая конструкция должна предназначать деталь для эффективной передачи массы вагона или локомотива на ось колесной пары. Кроме этого, деталь воспринимает и дополнительные динамические нагрузки, которые воздействуют на нее, когда вагон ускоряется или тормозит, боковые силы при вхождении в повороты, а также удары, связанные с неровностями пути. Также букса выполняет роль резервуара для смазочного материала и защищает внутренние детали и смазку от загрязнений. Детали приходится работать в максимально жестких условиях, так как она не защищена от вибраций и ударов рессорой. Сегодня известно множество различных видов и исполнений этих узлов, но назначение и конструкция буксы остаются неизменными.
Навигация по статье
Буксы железнодорожные: виды и особенности
Буксы железнодорожные: виды и особенности
Сегодня железнодорожный транспорт использует множество разных конструкций букс. Применяются обычно в них опоры качения, но в магистральных грузовых вагонах используют и буксы с подшипниками скольжения. Для всех этих изделий действует ряд общих требований, непосредственно связанных со спецификой применения. В первую очередь буксовый узел должен иметь высокую прочность и обеспечивать эффективное смазывание расположенного внутри подшипника. Кроме этого изделие должно быть максимально ремонтопригодно и удобно для ревизии и замены. Немаловажным моментом считается и вес такой опоры. Корпус изделия должен выполнять свои защитные функции и выдерживать рабочие нагрузки, но при этом его стараются сделать как можно более легким. Это связано с тем, что в локомотиве могут быть использованы 24 буксы, суммарный вес которых очень значителен.
Чтобы обеспечить опорный узел всеми необходимыми эксплуатационными свойствами, конструкторы при разработке букс руководствуются несколькими основными правилами. В первую очередь, железнодорожный транспорт стараются оснащать деталями, в основе которых лежит цилиндрический роликовый двухрядный подшипник. Доказано, что в данной области применения качение снижает трение по сравнению со скольжением в несколько раз. Это не только помогает реже ремонтировать колесный узел, но и экономит значительное количество топлива. Облегчается трогание состава с места, особенно в холодное время года, когда смазка становится густой. Такое решение способствует и сокращению расхода смазки, так как подшипники качения используют ее меньше, чем опоры скольжения. К сожалению, узлы с роликовыми опорами обходятся недешево, поэтому говорить о том, что буксы с подшипниками скольжения полностью себя изжили, пока не приходится.
При установке подшипника буксы на колесную ось используются два разных способа: втулочная посадка с использованием закрепительной втулки конической конфигурации и так называемая «горячая» посадка. Втулочный способ предпочтительнее, так как дает возможность не подбирать индивидуальный размер внутреннего кольца к шейке оси. При этом допуски увеличиваются с 27 мкм при обычной установке с натягом, до 80 мкм. Конусная разрезная втулка является частью внутреннего кольца подшипника и запрессовывается между кольцом и осью, расклинивая деталь на шейке. Из недостатков втулочного способа монтажа нужно отметить более высокую стоимость узла, за счет добавления еще одной детали. Также конусная втулка образует дополнительное сопряжение, а это требует увеличения плотности насадки опоры на вал. Повышение нагрузки на кольцо и шейку вала вызывает негативные напряжения в этих частях узла.
Горячая посадка на вал используется для тех подшипников цилиндрического типа, которые предоставляют возможность отдельной установки внутреннего кольца на вал, с последующим монтажом сепараторов, тел качения и внешнего кольца. Надежность такой установки обеспечивают силы натяга, образующиеся непосредственно между кольцом и посадочным местом на колесной оси. Внутреннее кольцо, тщательно подобранное с учетом допуска, нагревают, от чего оно расширяется и без особых усилий занимает свое место на шейке оси. После снижения температуры деталь надежно обжимает ось и силы сцепления между материалами надежно удерживают ее от такого явления как проворачивание.
Рис.1 Схематическое устройство буксы с подшипником качения
Букса, которую использует современный железнодорожный транспорт, устроена просто и эффективно. Внутреннее кольцо подшипника надето на шейку оси, на которую опирается колесная пара и вращается вместе с ней. Наружное кольцо опоры неподвижно и жестко зафиксировано в прочном корпусе. В начале движения тепловоза начинает делать обороты внутреннее кольцо, которое перемещает за собой ролики, двигающиеся по дорожкам. Обычно в буксах локомотивов, для увеличения грузоподъемности и надежности, размещают по два подшипника, между которыми устанавливают кольца, называемые дистанционными. Такой подвижный узел хоть и обходится дороже при замене и обслуживании, но обладает максимальной выносливостью.
Рис.2 Поперечный разрез буксы с роликовым подшипником качения
Челюстные буксы
В процессе перемещения локомотива букса выполняет движения по достаточно сложной траектории. По отношению к раме она перемещается как со стороны в сторону, так и вверх-вниз. В связи с тем, что рама тележки защищена от вибраций рессорами, а букса нет, то для подшипникового узла предусматривают небольшую свободу перемещения к раме. Это делается для того, чтобы деталь могла адекватно воспринимать силы с вертикальным направлением. Во многих тепловозах эта сложная задача решается при помощи так называемой «челюсти» - особо выреза в раме тележки. В этой выемке букса размещается свободно и она получает свободную связь с рамой. Опорный узел трется своими торцами о наличники специально предусмотренных в раме вырезов. Букса вагона, устройство крепления которой имеет такую особенность, называется челюстной.
Тепловозы, оснащенные челюстной системой фиксации буксы, имеют дополнительную масленку для подачи смазки в зазоры между наличниками и буксой. Трение в этой части узла – одно из наиболее неблагоприятных явлений во всей конструкции. Со временем зазор увеличивается, из-за чего появляется возможность смещения колес как вдоль, так и поперек пути. Такой тип выработки приводит к проскальзыванию колеса и преждевременному износу его реборды. Из-за этого наличники приходится менять при каждом подъемном ремонте локомотива. Чтобы избавить подвижной состав от этого серьезного недостатка, конструкторы разработали бесчелюстные буксы, использующиеся без наличников и направляющих элементов.
Бесчелюстные буксы
В железнодорожных буксах, не использующих для обеспечения свободы перемещения наличники, перемещение в горизонтальном и вертикальном направлении относительно рамы обеспечивают два рычага, которые также называют поводками. Соединение рычагов с рамой и буксой осуществляется через шарниры, оборудованные особыми резинометаллическими втулками. Такие бесчелюстные узлы имеют целый ряд преимуществ перед обычными:
• Отсутствуют детали с трением скольжения;
• Рычаги надежно фиксируют буксу от продольного смещения;
• Меньше выражено «виляние» колесных пар на сложных участках колеи.
Дополнительным плюсом можно считать и то, что резина в шарнирах поводков частично гасит удары, таким образом, обеспечивая подшипниковому узлу хоть и незначительную, но амортизацию. В целом это благоприятно влияет на срок службы детали и снижает расходы на ее обслуживание и ремонт. Бесчелюстные (поводковые) буксы на порядок надежнее челюстных.
Важным фактором воздействия на опорный подшипниковый узел считаются усилия, направленные вдоль линии оси колесной пары. Они возникают на горизонтальных неровностях путей и достигают максимальных значений в местах поворота. Чтобы снизить осевую нагрузку на цилиндрический подшипник, используют так называемые осевые упоры. Эти элементы, перемещаясь в поперечном раме направлении, одной стороной упираются в специальный упор, передающий нагрузку на буксу, а та, в свою очередь, передает нагрузку раме. Таким образом нагрузка, действующая вдоль оси, минует сам подшипник и передается только массивному и прочному корпусу узла. На средних осях эти упоры выполняют жесткими, а на крайних осях – подпружиненными. Это связано с тем, что именно крайние оси воспринимают большую часть нагрузки при вхождении состава в криволинейные участки железнодорожного пути.
Смазка железнодорожных букс
Из-за специфики использования роликовых подшипников в буксах, их смазка имеет некоторые важные особенности. В новых моделях тепловозов конструкторы ушли от жидкой смазки, отдав предпочтение консистентным материалам. Они не только практичнее при нанесении, но и более экономичны. Многие десятилетия для осевых упоров предусматривали собственную смазывающую систему фитильного типа. Жидкое масло по специальному фитилю постепенно подавалось на трущиеся части, создавая защитную пленку. В последние годы конструкторы решили отказаться от жидкой смазки и в этой части, заменив фитиль системой подачи консистентного материала, работающей в автоматическом режиме.
