Буксовые узлы
БУКСОВЫЕ УЗЛЫ относятся к ходовым частям вагона, служат для передачи силы тяжести брутто от кузова вагона на шейки осей колесных пар, для соединения колесных пар и рамы тележки, ограничения продольных и поперечных перемещений колесных пар относительно рамы тележки, а также предохранения шеек оси от повреждений и загрязнения. Буксовый узел - необрессоренный, он жестко воспринимает динамические нагрузки от рельсового пути, испытывает значительные удары при прохождении колес по рельсовым стыкам, от действия центробежной силы в кривых и сил инерции при торможении.
Общие сведения
Различают буксы грузовых и пассажирских вагонов (для обычных, скоростных и высокоскоростных поездов); с подшипниками скольжения и подшипниками качения (роликовый подшипник); с горячей и втулочной посадками внутреннего кольца подшипника на шейки осей колесных пар; с креплением торца внутреннего кольца подшипника на шейке оси корончатой гайкой или приставной шайбой; с одним или двумя роликовыми подшипниками на одной шейке оси, а для скоростных и высокоскоростных вагонов - с дополнительным упорным шарикоподшипником; со стальным или алюминиевым корпусом и безкорпусные. Существуют опытные буксы с упругими элементами (резина) между корпусом буксы и рамой тележки, которые смягчают удары и поглощают шумовые колебания, особенно на пути с железобетонными шпалами в зимних условиях (таблица 1).
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.
Букса с упругими элементами (рис. 6.37) имеет резиновую прокладку между буксой и боковой рамой грузовой тележки для смягчения радиальных сил и резиновую шайбу - для смягчения осевых сил. Нижняя часть корпуса буксы отсутствует, а лабиринтная часть и крепительная крышка соединены между собой болтами, для уплотнения корпуса буксы применены уплотнительные прокладки.
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.
Надежность и долговечность роликовых подшипников во многом зависит от качества их смазывания. С 1973 г. на железных дорогах стран СНГ применяется консистентная смазка марки ЛЗ-ЦНИИ, обеспечивающая противоизносные, противокоррозионные и противозадирные явления при интенсивном нагружении подшипников в эксплуатации. Однако при попадании в корпус буксы воды (до 5% от количества смазки) качество смазки ухудшается и происходит схватывание торцов роликов с бортами колец подшипника, износ центрирующей поверхности сепаратора и коррозия деталей подшипника. С 1995 г. в России организован выпуск роликовых подшипников с сепаратором из полиамида, масса которого в 10 раз меньше сепаратора из латуни. Полиамидный сепаратор имеет более тонкие перемычки, за счет чего в подшипнике можно размещать 15, а не 14 роликов, что увеличивает долговечность подшипника на 20%, а несущую радиальную и осевую грузоподъемность - на 9-10%. Кроме того, применение полиамидных сепараторов повышает класс шероховатости поверхностей скольжения торцов роликов, что приводит к значительному росту их несущей способности при нагрузках, а также увеличению ресурса работы консистентной смазки из-за уменьшения скорости окисления ее в эксплуатации. Живучесть подшипника с полиамидным сепаратором повышается в аварийной ситуации примернов 50 раз за счет того, что полиамид, расплавляясь при повышенной температуре (свыше 100 °С), выполняет дополнительно функцию смазки.