5.2. Система технічного обслуговування й ремонту буксових вузлів

Вибір роликових підшипників для буксових вузлів вагонів прводиться виходячи з умови забезпечення розрахункової довговічності - для пасажирських вагонів порядку 3 млн км пробіги, а для вантажних вагонів 1,5 млн км. Це значить, що в пасажирському парку вагонів до пробігу 3 млн км вийде з ладу по пошкодженнях усталостного характеру до 10 % підшипників.

Однак досвід експлуатації буксових вузлів показує, що в дійсності бракується значно більша кількість підшипників. Тому для забезпечення необхідної довговічності й надійності роботи підшипників була створена система технічного обслуговування, діагностування стану буксових вузлів й їхніх планових ремонтів.

Діагностування технічного стану буксових вузлів в експлуатації. Спостереження й догляд за буксовими вузлами з роликовими підшипниками в експлуатації встановлений на всіх технічних станціях - у пунктах підготовки вагонів до перевезень, формування, технічного обслуговування й обороту вагонів. При цьому виробляється зовнішній огляд букс, обстукування букс із метою визначення надійності кріплення болтів кришки й стану торцевого кріплення підшипників. Якщо гайка або болти кришки й торцевого кріплення відгвинтилися, то при обстукуванні букси буде чутний глухий звук.

Ослабілі болти кришки необхідно затягувати зусиллям 23...25 кгм і при необхідності заміняти пружинні шайби.

Іншою важливою ознакою можливої несправності буксового вузла є підвищене нагрівання корпуса букси. Однак зустрічаються такі несправності роликових підшипників, які в первісній стадії не викликають нагрівання букс, але являють загрозу безпеки руху.

Тому оглядачі повинні зустрічати поїзд «з ходу» і виявляти несправності по положенню букс у візку, по звуці роботи букс, по стану інших деталей, по температурних режимах, обумовленим або спеціальним приладом (типу ДИСК), або на дотик у верхній частині букси.

У буксах пасажирських вагонів підвищене нагрівання може бути визначений також по спрацьовуванню термодатчиков.

Температура справно працюючих букс по всьому составі поїзда повинна бути приблизно однакової й не перевищувати температуру навколишнього повітря більш ніж на 30° С. Однак у літню пору букси, розташовані на сонячній стороні можуть мати значно більше високі температури, чим букси тіньової сторони поїзда. Це вносить серйозні труднощі в роботу оглядачів.

У випадку виявлення підвищеного нагрівання букси старші оглядачі вагонів можуть розкривати букси й визначати можливість подальшої експлуатації даної колісної пари.

Причинами підвищеного нагрівання буксових вузлів можуть бути:

• зайва кількість змащення в буксі, що приводить до підвищеного рівномірного нагрівання верхньої частини корпуса букси, до витікання змащення з лабіринтової частини букси. Для остаточного виявлення причин підвищеного нагрівання корпуса букси необхідно розкрити оглядову кришку й оглянути стан змащення, торцевого кріплення й зовнішнього підшипника;

• заїдання в лабіринті внаслідок відсутності зазору між лабіринтовою частиною букси й лабіринтовим кільцем. У цьому випадку задня частина букси нагрівається більше передньої, що може привести до заклинювання підшипника, ослабленню посадки внутрішнього кільця. Колісна пара з таким дефектом буксового вузла підлягає заміні.

Ненормальна робота роликових підшипників, що приводить до нагрівання, може відбутися через несправності підшипників (злам внутрішнього кільця, малий осьовий зазор, злам сепаратора, неправильне складання підшипників, затвердіння змащення, влучення твердих тіл), неправильного складання візків (неточна установка шпинтонов). У цих випадку причина спочатку визначається зовнішнім оглядом технічного стану буксового вузла, а потім розкривають оглядову кришку для визначення стану підшипників і торцевого кріплення.

При виявленні ушкодженого торцевого кріплення або переднього підшипника, наявності в змащенні металевих включень, що свідчать про ненормальну роботу підшипників, колісну пару викочують з-під вагона для повної ревізії букс із метою встановлення причин нагрівання.

Проміжна ревізія буксових вузлів виробляється в період між повними ревізіями в наступних випадках: при обточуванні поверхонь кочення коліс без демонтажу букс; при звичайному огляді колісних пар; єдиної технічної ревізії пасажирських вагонів, а також як профілактичні міри по окремих вказівках МШС. При проведенні проміжної ревізії спочатку роблять провертання вручну корпуса букси, або пропускають через діагностичні установки типу УДП-85М або інших. При обертанні букси з поштовхами або з більшим опором, а також з ненормальним шумом колісна пара передається на повну ревізію букс.

Якщо обертання букси плавне, без шуму то відвертають болти оглядової або крепильної кришки, знімають кришку й укладають її внутрішньою стороною нагору в спеціальний ящик, але в жодному разі не на підлогу або на брудне місце, щоб виключити влучення бруду на внутрішні поверхні кришки. Після цього визначають стан і кількість змащення. Розтираючи змащення пальцями, визначають її забруднення: бруд, виявлений у змащенні, указує на незадовільне ущільнення лабіринтової частини й кришок. Виявлення в змащенні металевих часток є ознакою інтенсивного стирання або викрашування металу з робочих поверхонь підшипників. Букси із забрудненим змащенням підлягають повній ревізії. При гарному стані змащення виробляється подальший огляд.

Насамперед перевіряється стан переднього підшипника. При виявленні масла від редукторно-карданого привода, зламу сепаратора, внутрішнього кільця або інших дефектів буксу піддається повної ревізії.

Потім перевіряється міцність кріплення болтів торцевої шайби або болтів стопорної планки й осьової гайки. Ослаблені болти підтягуються. Несправний дріт болтів стопорної планки або торцевої шайби заміняється, під болти ставляться пружинні шайби. Надійність кріплення торцевої гайки перевіряється ударами молотка по оправленню, що впирає в одну із граней коронки або в шліц гайки. Така перевірка проводиться в обидва боки обертання гайки. Якщо при цьому торцева гайка залишилася нерухомої, то стан кріплення вважається задовільним.

При виявленні ослаблення гайки в букси із двома циліндричними підшипниками на гарячій посадці колісна пара викочується з-під вагона, знімається стопорна планка, гайка й проводиться огляд стану різьблення шейки осі й гайки. Як правило, ослаблення затягування гайки пов'язане з деформаціями або зрізом різьблення, що загрожує безпеки руху. Колісні пари й гайки з ушкодженим різьбленням до подальшої експлуатації не допускаються.

Повна ревізія буксових вузлів виробляється при повному огляді колісних пар: при деповському й поточному ремонтах колісних пар, що проходили останній повний огляд чотири й більше років тому для пасажирських і рефрижераторних вагонів і більше п'яти років для вантажних; при кожнім обточуванні колісних пар, що працюють із редукторно-карданим приводом від торця шийки осі; через одне обточування по граничному прокаті коліс пасажирських вагонів і через два обточування для вантажних вагонів; після сходу вагонів з рейок; при капітальному ремонті вагонів; формуванні й ремонті колісних пар зі зміною елементів; неясності клейм; при наявності повзуна глибиною більше 1 мм у пасажирських і вантажних вагонів і деяких інших дефектів [16].

При повній ревізії букс проводиться демонтаж буксового вузла без зняття внутрішніх і лабіринтових кілець при обов'язковій перевірці осі спеціальним щупом ультразвукового дефектоскопа. Внутрішні й лабіринтові кільця на гарячій посадці знімаються при виявленні несправностей, розформуванні колісних пар.

Ремонт роликових підшипників. Призначені для ремонту підшипники промиваються й оглядаються для визначення виду ремонту. Ремонт підшипників ділиться на два види: без перебирання роликів і з перебиранням роликів.

Ремонт циліндричних підшипників без перебирання роликів. Підшипники ремонтуються без перебирання роликів за умови, коли на роликах не виявлені дефекти, але потрібна заміна сепаратора, обробка фасок бортів внутрішніх кілець циліндричних підшипників на гарячій посадці, шліфування бортів або доріжок кочення кілець, заміна зовнішнього й внутрішнього кілець. З метою більше ретельного контролю стану кілець і роликів, упорного кільця й інших деталей необхідно проводити магнітопорошковий або віхретоковий контроль деталей за допомогою, наприклад, спеціального стенда, що намагнічує, електрична схема якого представлена на рис. 5.1.

Рис. 5.1. Електрична схема стенда, що намагнічує

Після намагнічування деталь обливають магнітною суспензією, оглядають і потім розмагнічують. При неповнім розмагнічуванні до деталей підшипника будуть прилипати металеві частки, що утворяться від стирання в процесі експлуатації, що може привести до прискореного зношування підшипників.

Для зачищення й шліфування бортів зовнішніх кілець застосовується спеціальний пристрій.

Ремонт підшипників з перебиранням роликів. Ремонт підшипників з перебиранням роликів виробляється при заміні роликів незалежно від кількості змінюваних роликів, випаданні окремих роликів із гнізд сепараторів внаслідок їхніх пошкоджень, зачищенню утворюючих і торців роликів й інших дефектів.

При другому виді ремонту всі підшипники повністю розбирають, після чого всі деталі оглядають, піддають магнітному або віхретоковому контролю кільця й ролики. Робочі поверхні кілець і роликів, що вимагають зачищення, шліфують на пристроях.

Бомбініровані ролики сортуються по середньому перерізі, наприклад, на автоматизованій установці для підбора роликів - УПР-01. Вимір геометричних розмірів роликів виробляється за допомогою індуктивних перетворювачів лінійних переміщень із зіставленням результатів вимірів із програмними даними, закладеними в мікропроцесорі для сортування роликів на групи.

Вимірювальний пристрій для виміру роликів перед початком вимірів настроюється на номінальний розмір по настановному еталонному ролику.

Вимірюваний ролик установлюється в завантажувальний пристрій, де пристрій повороту обертає його. Результати вимірів обробляються, при цьому визначається максимальний діаметр, довжина ролика й група, до якої ставиться ролик, а при підборі роликів - влучення розмірів вимірюваного ролика в діапазон 5 мкм по діаметрі й 12 мкм по довжині щодо настановного ролика.

Після зачищення кілець і комплектуванні роликів проводиться складання підшипників і вимір радіальних й осьових зазорів.

Радіальний зазор є одним з основних параметрів, що визначають довговічність підшипника й полегшують процес його складання.

Теоретично роботами ряда вчених установлено, що чим менше радіальний зазор, тим більше число роликів бере участь у сприйнятті радіального навантаження, а це знижує контактні напруги в кільцях і роликах, а в остаточному підсумку підвищує довговічність підшипника. Однак це неприйнятно для великогабаритних підшипників залізничного рухомого складу.

Початковий радіальний зазор у підшипнику повинен визначатися наступними факторами:

(5.7)

де q_p — мінімальний робочий радіальний зазор, що забезпечує нормальну роботу підшипника без заклинювання;

Δq_п — зменшення радіального зазору за рахунок деформації внутрішнього кільця після посадки на шийку осі;

Δq_nt — зменшення радіального зазору в результаті нагрівання кілець в експлуатації;

Δq_δ - збільшення радіального зазору внаслідок деформацій тіл кочення й кілець під навантаженням.

Мінімальний робочий радіальний зазор q_р повинен забезпечити нормальну роботу підшипника в реальних умовах експлуатації з урахуванням припустимих відхилень у підшипнику без заклинювань. Зокрема, він передбачає недопущення заклинювання підшипників через овальність зовнішніх і внутрішніх кілець і роликів. Відомо, що зовнішнє кільце після посадки в корпус букси приймає форму посадкової поверхні корпуса букси, що може мати овальність при ремонті до 0,2 мм. Крім того, посадкова поверхня корпуса букси одержує овализацию у вертикальній площині через деформацію корпуса букси під дією вертикальних робочих навантажень.

Внутрішні кільця одержують овальність, обумовлену овальністю шийки осі (0,02 мм). При кожному збігу максимальної й мінімальної овальностей двох кілець при недостатньому зазорі може відбуватися защемлення роликів. Установлено, що для недопущення такого роду заклинювання необхідно мати мінімальний робочий зазор, рівний 20...40 мкм.

Зменшення зазору за рахунок деформації внутрішнього кільця після посадки на шийку осі Δq_п визначається вираженням

Δq_n=0,8H_n , (5.8)

де H_п— натяг на посадку внутрішнього кільця, рівний 0,03...0,065 мм.

Величина Δq_п становить приблизно 24...52 мкм.

Зменшення радіального зазору в результаті різного нагрівання деталей підшипника Δq_nt визначається вираженням:

Δq_n=ά[D_H(t₂-t₁)+2d_p(t₃-t₁)], (5.9)

де ά - коефіцієнт теплового лінійного розширення;

D_H — діаметр доріжки кочення зовнішнього кільця;

d_p — діаметр ролика;

t₁, t₂, t₃ — відповідно температура зовнішніх і внутрішніх кілець, роликів при русі вагона.

Як показують випробування різниця температур зовнішніх і внутрішніх кілець може досягати 15...20 °С, а різниця нагрівання роликів і зовнішнього кільця досягає навіть 50...60 °С.

У цих умовах і відбувається зменшення радіального зазору, що досягає 75 мкм.

Збільшення радіального зазору внаслідок деформації кілець і тіл кочення під робочим навантаженням може становити до 50 мкм.

Таким чином, для самого несприятливого випадку мінімально припустима величина радіального зазору, що передбачає нормальну роботу підшипників, при дії всіх зазначених факторів становить 115 мкм.

Відповідно до Інструкції [16] величина радіального зазору встановлена для нових підшипників, монтуємих на шейках d = 130 мм, від 0,115 до 0,17 мм. Вимір радіального зазору в підшипниках може вироблятися різними методами за допомогою люфтомеров, щупами безпосередньо на шейку осі. У цей час розроблена автоматизована установка УКПП-01 для контролю параметрів підшипників - виміру радіальних й осьових зазорів.

Вимір осьових зазорів. Осьовим зазором у циліндричному підшипнику на гарячій посадці є зазор між торцями роликів і бортами зовнішнього кільця. Величину осьового зазору, що гарантує роботу підшипника без заклинювання, можна визначити по формулі:

(5.10)

де Δq_{oc t} — зменшення величини осьового зазору від різниці нагрівання елементів підшипників, обумовленого з вираження (5.6);

Δl_p — різниця довжин роликів комплекту, що допускається рівною до 12 мкм;

Δl_δ — величина торцевого биття роликів, Δl_δ < 10 мкм;

ε-коефіцієнт нерівномірності затягування болтів кришки, прийнятий рівним ε = 1,1...1,3;

P_заж — зусилля затиснення кільця одним крипильним болтом кришки;

l₁— ширина доріжки кочення зовнішнього кільця;

n — кількості болтів у кришці;

F— площа поперечного переріза кільця;

Е — модуль пружності;

Q - кут перекосу кілець (рад);

h — висота борта.

Четвертий доданок даної формули визначає зменшення початкового осьового зазору внаслідок деформацій стиску зовнішнього кільця від дії зусиль затягування болтами кришки. Експериментальна перевірка й розрахунки показують, що зменшення осьового зазору від затягування болтами кришки особливо у випадку нерегламентованого крутного моменту затягування може досягати 20...30 мкм.

Останній доданок формули компенсує всілякі перекоси осей кілець, роликів, що приводять до зменшення осьового зазору, що доходять до 7...10 мкм.

Виходячи з обліку перерахованих факторів, величина осьового зазору зараз прийнята рівної 70... 150 мкм.

Осьовий зазор у циліндричному підшипнику на гарячій посадці вимірюється за допомогою щупа, що уставляється між торцем одного з роликів і бортом зовнішнього кільця підшипника.

Осьовий зазор у підшипнику визначається в зібраному виді на пристрої, показаному на мал. 5.2, або на установці УКПП-0,1.

Підбор парних підшипників. Теоретичні дослідження й результати експлуатаційних випробувань показали, що за рахунок вигину шейки осі радіальні навантаження на задньому підшипнику вище в 1,4 рази, а довговічність зменшується в 3,5 рази в порівнянні з переднім підшипником.

Ці негативні явища підсилюються різницею радіальних зазорів і висот підшипників.

З метою вирівнювання контактних тисків по спарених підшипниках, збільшення безвідмовності й довговічності букс необхідно здійснювати підбор парних підшипників по радіальних зазорах і висоті. При цьому доцільно, щоб задній підшипник у порівнянні з переднім мав меншу на 10...20 мкм робочу висоту або більший на ту ж величину радіальний зазор. Відповідно до цієї вимоги встановлена допускаєма разность радіальних зазорів парних підшипників на гарячій посадці рівної 0,02 мм при вимірі радіального зазору зі своїми внутрішніми кільцями й 0,01 мм при вимірі із застосуванням еталонного кільця.

Рис. 5.2. Пристрій для виміру осьового зазору між торцями роликів

і бортами зовнішнього кільця:

1— важіль; 2-плита; 3-основа; 4-стояк; 5-стояк штатива; 6 — гайка;

7 — індикатор; 8 — напрямний конус; 9 — притискне кільце;

10 — внутрішнє кільце вимірюваного підшипника

Автоматизований підбор парних підшипників може проводиться безпосередньо на спеціалізованій установці УПП-01.

Підібрані парні підшипники повинні забезпечувати зсув корпуса букси стосовно шийки осі в осьовому напрямку в межах осьового розбігу.

Осьовий розбіг двох циліндричних підшипників на гарячій посадці, встановлених на одну шийку осі, забезпечується конструкцією підшипників. Сумарний осьовий розбіг пари цих підшипників конструктивно забезпечується в межах 0,68...1,38 мм.

Вимір внутрішнього діаметра підшипників при гарячій посадці. Для забезпечення міцності посадки внутрішніх кілець на шийку осі їх необхідно підбирати з натягом 0,04...0,065 мм для нових підшипників і при ремонті з натягом 0,03...0,065 мм.

Для визначення натягу вимірюють діаметр отвору внутрішнього кільця на приладі, показаному на рис. 5.3.

Перед виміром прилад повинен бути настроєний по еталонному кільцю. Еталонне кільце встановлюється базовим торцем на опорну поверхню приладу таким чином, щоб вимірювальний рухомий упор стосувався кільця в секторі, відзначеному кислотою. У цьому положенні кільця стрілку мініметра встановлюють на величину відхилення. Після настроювання на прилад установлюється контрольоване кільце. При плавному обертанні кільця в одному напрямку на упорах стрільця вимірювальної головки буде показувати відхилення діаметра отвору вимірюваного кільця. Відлік величини відхилення виробляється від нульового значення мініметра. Вимір діаметрів отворів кілець можна робити тільки через 8 ч послу обмивки підшипників у мийній машині, щоб їхня температура вирівнялася з температурою цеху.

Рис. 5.3. Прилад Уд-1В: 1 — підставка; 2 — корпус; 3 — плита; 4 — торцевий упор; 5 — радіальні упори; 6 — мініметр; 7 — вимірювальний упор; 8 — рукоятка; 9 — гвинт

За величину натягу приймають середнє арифметичне значення відхилень при вимірі у двох перерізах кільця.

Для вимірів кілець впроваджується автоматизована установка для підбора внутрішніх кілець УПК-01. Установка складається з: пристрою для вимірів зовнішнього діаметра шейки осі «Призма», пристрою для вимірів діаметра отвору внутрішнього кільця підшипника УД-1В, пульта керування з монітором.

При виготовленні підшипників на автоматичних лініях внутрішні кільця для полегшення підбора підшипників по шийці осі в межах натягу, що допускає, виготовляються по трьох градаціоних розмірах: у першу групу входять внутрішні кільця з відхиленнями діаметра отвору на величину від 0 до -8 мкм, у другу з відхиленнями від -9 до -17 мкм й у третю - з відхиленнями від -18 до -25 мкм.

Підшипники на внутрішніх кільцях мають зазначене маркування груп, тому при установці нових підшипників перевірку діаметра отвору можна не робити. При установці підшипників, що були в експлуатації та хоча і мали маркування, перевірку робити необхідно.