СПОСОБ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ НА СДВИГ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА ШЕЙКЕ ОСИ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ
METHOD OF SHEAR STRENGTH CONTROL OF BEARING RINGS ON AXLE JOURNAL AND DEVICE FOR ITS IMPLEMENTATION

Изобретение относится к области машиностроения и транспорта, а именно к механосборочному производству, в частности к сборке с 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, при ремонте вагонов с полной ревизией буксовых узлов колесных пар их ходовых частей.
Известно применение способа контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейки осей, заключающегося в определении разности величин диаметров посадочных поверхностей охватывающей и охватываемой деталей перед сборкой, не обеспечивает возможности получения вполне достоверных оценок фактической величины сопротивления посадки относительному сдвигу [1]. Кроме того, из-за дискретности контакта на отдельных участках сопряженных поверхностей фактические величины удельного давления в зоне сопряжения могут отличаться. Известно применение оценки прочности напрессовки колец, подшипников на шейках осей при помощи механического нагружения соединений с помощью простейшей технологической оснастки в виде простых кузнечных клещей [2].
Способ прямого контроля прочности сопряжения посадок по величине нормированного усилия относительного сдвига позволяет с большей достоверностью оценивать несущую способность соединений с гарантированным натягом. При увеличении сдвигающего усилия упругое деформирование микропрофилей поверхностей деталей в зоне их действительного контакта нарушается, происходит микроперемещение, которое в производственных условиях не учитывается, за счет частичного среза микронеровностей контактирующих поверхностей охватывающей и охватываемой деталей соединения.
Известна оценка качества металлоконструкций [3] с помощью тензодатчика измерения сил и напряжений в деталях и узлах машин и механизмов. Тензодатчик состоит из чувствительных элементов с тензорезисторами, включенными в электрический мост тензорезисторного усилителя, и содержит упругий элемент, выполненный в виде цилиндра, на наружной поверхности которого вдоль и поперек оси симметрии наклеены тензорезисторы «T», соединенные в мостовую измерительную схему. Наиболее близким к предлагаемому способу оценки прочности напрессовки колец буксовых подшипников на шейке оси колесной пары является техническое решение [4].
Указанные способы контроля не позволяют осуществить в ремонтной практике оценку прочности напрессовки колец подшипников на шейках осей колесных пар грузовых и пассажирских вагонов. Это обусловливает возникновение в роликовых буксовых узлах колесных пар вагонов таких неисправностей, как проворот кольца подшипника на шейке оси при малой величине фактического натяга в соединении по сравнению с нормативным значением, трещинообразование и отколы частиц металла из-за больших напряжений во внутреннем кольце подшипника при завышенных натягах посадок, разрыв внутреннего кольца роликового подшипника при напряжениях в нем, превышающих предел прочности материала при больших значениях фактического натяга в сопряжении.
При отсутствии эффективного контроля сборки рассматриваемых соединений неизбежны отцепки вагонов в ремонт из-за нагрева буксовых узлов, разрушение роликовых буксовых подшипников и изломы шеек колесных пар в эксплуатации.
Задачей изобретения является повышение надежности и технического ресурса колесных пар вагонов и их буксовых узлов за счет обеспечения эффективного контроля прочности на сдвиг на шейке оси напрессованных внутренних колец роликовых буксовых подшипников.
Технический результат достигается при реализации способа контроля прочности на сдвиг колец подшипников на шейке оси, при котором одно из контактирующих с шейкой оси кольцо соединяют с тензометрическим чувствительным элементом, а затем воздействуют на указанное кольцо механической нагрузкой, передаваемой на упомянутый чувствительный элемент. Контролируют прочность посадки на сдвиг по величине минимально допускаемых техническими условиями напряжений в чувствительном элементе устройства. Чувствительный элемент с наклеенными на нем тензорезисторами размещают соосно между контролируемым кольцом подшипника и корпусом рабочего гидроцилиндра концентрично относительно него. При измерениях поршень указанного гидроцилиндра неподвижно скрепляют соосно с шейкой оси, а корпус соединяют с контролируемым кольцом продольными жесткими связями. Механическое нагружение контролируемого соединения с натягом осуществляют продольным сдвигающим усилием, создаваемым давлением нагнетаемого в замкнутую изолированную полость рабочего гидроцилиндра масла (осуществляется аксиальное сжатия чувствительного элемента между кольцом подшипника и корпусом рабочего гидроцилиндра). Величину создаваемого рабочим гидроцилиндром продольного сдвигающего усилия, воздействующего на контролируемое кольцо подшипника через тензометрический чувствительный элемент, дополнительно проверяют по величине давления нагнетаемого масла в замкнутую изолированную полость высокого давления рабочего гидроцилиндра. Контролируют положение нагружаемого кольца подшипника на шейке оси при помощи индикатора часового типа (цена деления не более 0,002 мм), который неподвижно закрепляют на поршне рабочего гидроцилиндра, жестко скрепленного с шейкой оси, с упором измерительного стержня в торец контролируемого кольца подшипника (смещение кольца подшипника относительно шейки оси не допускается).
Таким образом, при реализации описанного выше технического решения определяют уровень напряжений на наружной поверхности чувствительного элемента путем тензометрирования, а прочность посадки кольца подшипника на сдвиг устанавливают путем пересчета измеренных напряжений по известным из теории упругости зависимостям (с помощью номограмм или обработки полученных данных на ЭВМ по разработанной программе с выводом результата на контрольный переносной прибор). Дополнительно контролируют допустимый уровень максимального давления масла в рабочей полости используемого гидроцилиндра устройства с помощью манометра.
Устройство для контроля прочности на сдвиг напрессованных колец подшипников на шейке оси колесной пары содержит чувствительный тензометрический элемент для определения аксиального сдвигающего усилия и элементы для механического нагружения охватывающей детали соединения. Чувствительный элемент выполнен в виде месдозы и вмонтирован в стаканообразный ступенчатый корпус рабочего гидроцилиндра, размещен во внутренней полости меньшей его ступени. В полости большей ступени размещены два расходящихся поршня, снабженные кольцевыми уплотнениями по своим наружным поверхностям. Поршень, расположенный со стороны открытого торца корпуса гидроцилиндра, выполнен с внутренней резьбовой частью для соосного закрепления его на торце шейки оси. Второй (внутренний) поршень передает аксиальное усилие от давления масла, нагнетаемого в гидроцилиндр между упомянутыми расходящимися поршнями на торец месдозы через центрирующую шариковую опору. Оппозитно расположенный второй торец месдозы упирается в донную часть меньшей ступени стаканообразного корпуса рабочего гидроцилиндра. Указанный корпус при осуществлении контроля жестко скрепляют с кольцом наружного или внутреннего буксовых подшипников продольными тягами с зажимными элементами. Последние изготовлены в виде разрезных колец, закрепляемых поочередно на наружных поверхностях колец переднего и заднего подшипников с помощью болтовых соединений, при этом выполнены зажимные элементы в одном блоке.
На чертеже изображено устройство для контроля прочности на сдвиг напрессованных колец подшипников на шейке оси колесной пары, продольный его разрез.
Устройство содержит выполненный в виде месдозы 1 чувствительный элемент с тензорезисторами «T», вмонтированный в стаканообразный ступенчатый корпус 2 рабочего гидроцилиндра и размещенный во внутренней полости меньшей его ступени 3, а внутри полости большей ступени 4 размещены два свободно установленных расходящихся поршня, снабженных кольцевыми уплотнениями 5 по своим наружным поверхностям, при этом поршень 6 выполнен с внутренней резьбовой частью для соосного своего закрепления на торце шейки оси 7 колесной пары, а второй внутренний поршень 8 передает аксиальное усилие, создаваемое давлением нагнетаемого через боковой штуцер 9 масла во внутреннюю полость 4 рабочего гидроцилиндра между упомянутыми расходящимися поршнями, на торец месдозы 1 через центрирующую шариковую опору 10, при этом второй торец месдозы упирается в донную часть меньшей ступени 3 стаканообразного корпуса 2 рабочего гидроцилиндра, который при осуществлении контроля жестко скрепляют с кольцом наружного 11 или внутреннего 12 буксовых подшипников при помощи продольных тяг 13, центрирующей плиты 14 и зажимных элементов 15 и 16. Зажимные элементы изготовлены в виде полуколец, закрепляемых на наружных поверхностях контролируемых колец подшипников поочередно при помощи болтовых соединений 17, при этом выполнены упомянутые зажимные элементы в одном жестко скрепленном блоке 18.
м
м
Контроль прочности напрессовки на продольный сдвиг осуществляется следующим образом. Устанавливают на наружную поверхность контролируемых колец подшипников 11 и 12 блок 18 зажимных элементов. Скрепляют на резьбе (М 110×4) поршень 6 и шейку оси 7 колесной пары, устанавливают кольцо 11 и жестко соединяют плиту 14 продольными тягами 13 с блоком 18. Затем при помощи болтовых соединений 17 закрепляют зажимной элемент 16 на конусной поверхности кольца 11 переднего подшипника. Подают масло под давлением Р в полость 4 и фиксируют величину создаваемого аксиального распрессовочного (сдвигающего) усилия по показаниям, снимаемым с месдозы 1, и контролируют эти показания по величине давления Р по манометру (на чертеже условно не показан). При проведении испытания соединения на сдвиг наблюдают за показаниями жестко закрепленного на поршне рабочего гидроцилиндра индикатора часового типа (условно не показан на чертеже), с упором измерительного стержня последнего в торец контролируемого подшипника. При минимальных допустимых нормативной документацией значениях измеряемых величин относительный сдвиг кольца на шейке оси не должен происходить. Допустимые минимальные значения усилия на сдвиг кольца подшипника определяются требованиями действующих НТПА (нормативно-технических и правовых актов) для сборки данных тепловых напрессовок роликовых колесных пар вагонов. Аналогично проверяют прочность напрессовки кольца 12 при его закреплении при помощи зажимного элемента 15. Контрольное усилие аксиального сдвига не должно превышать минимально допустимой прочности сопряжения, установленной НТПА для двух колец подшипников при минимальном значении допускаемого натяга в сопряжении. Данное устройство контроля позволяет оценивать прочность напрессовки на сдвиг и одного напрессованного на шейку оси кольца 12 заднего подшипника.
Источники информации
1. Гречищев Е.С., Ильяшенко А.А. Соединения с натягом: Расчеты, проектирование, изготовление. - М.: Машиностроение, 1981.
2. Инструктивные указание по эксплуатации и ремонту вагонных букс с роликовыми подшипниками. 3 - ЦВРК, М.: 2001. - с.77 (пп. 5.3.4.2).
7
3. Авторское свид. СССР №1656361, МПК G01L 1/22. Тензодатчик усилий / Зевельев С.Я., Галембиовский A.M., 1991. Бюл. №22.
4. 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. - 2008. - Бюл. №20 - прототип.