CC BY
18
УДК 621.833.15
Модернизация осей типа РУ1 с целью обеспечения их дальнейшего использования
И. В. Федоров, А. А. Воробьев, О. А. Конограй
Петербургский государственный университет путей сообщения Императора Александра I, Российская Федерация, 190031, Санкт-Петербург, Московский пр., 9
Для цитирования: Федоров И. В., Воробьев А. А., Конограй О. А. Модернизация осей типа РУ1 с целью обеспечения их дальнейшего использования // Известия Петербургского государственного университета путей сообщения. - СПб.: ПГУПС, 2020. - Т. 17. - Вып. 4. - С. 490-497. БО1: 10.20295/1815-588Х-2020-4-490-497
Аннотация
Цель: Разработка предложений по модернизации старотипных осей типа РУ1 для их дальнейшего использования. Методы: Применяется анализ конструкций. Результаты: Разработаны предложения по дальнейшему использованию старотипных осей типа РУ1, увеличению срока их эксплуатации. Практическая значимость: Предложенная модернизация позволит продлить использование старотипных осей РУ1 после модернизации с новым торцевым креплением подшипников и снизить потребность в новых осях, что позволит снизить дефицит осей при капитальном ремонте колесных пар.
Ключевые слова: Ось, колесная пара, торцевое крепление подшипников, корончатая гайка, тарельчатая шайба.
Введение
Российская Федерация и страны СНГ сталкиваются при капитальном ремонте колесных пар с дефицитом осей. Одна из основных причин такого дефицита осей - введение с 1 января 2017 г. запрета на использование старотипных осей РУ1 ГОСТ 22780-93 [1] (сняты с производства, но находятся в эксплуатации) при формировании колесных пар [2]. Согласно определению, данному в современных нормативных документах на ремонт колесных пар [2], формирование колесной пары - технологический процесс установки колес на ось методом прессовой посадки. Таким образом, даже если ось находится в технически исправном состоянии и не требует ремонта, а капитальный ремонт выполняется с целью замены колеса, то ось все равно бракуется и не может более применяться [3, 4]. Поэтому у ремонтных предприятий возникает повышенный спрос на новые
оси колесных пар для замены осей типа РУ1. Собственники подвижного состава при ремонте несут дополнительные затраты на приобретение новых осей. Сложившаяся ситуация делает актуальной разработку проекта модернизации осей типа РУ1 для обеспечения их дальнейшего использования.
Особенности колесных пар, эксплуатирующихся под грузовыми вагонами
Под грузовыми вагонами с осевой нагрузкой до 23,5 тс/ось на тележках модели 18-100 (или их аналогах) эксплуатируются колесные пары РУ1Ш-957-Г ГОСТ 4835-2013 [5] с осями типа РУ1Ш ГОСТ 33200-2014 [6], изготовляемые промышленностью, а также старотипные колесные пары РУ1-957-Г с осями типа РУ1 ГОСТ 22780-93 (в настоящее время не действуют),
которые не производятся с 1993 г., но находятся в эксплуатации. Нормативного срока службы осей в документации на их изготовление или ремонт не установлено. Как показывает опыт, ось может эксплуатироваться в течение 40 лет, поэтому еще встречается большое количество колесных пар РУ1-957-Г.
Отличаются колесные пары РУ1-957-Г и РУ1Ш-957-Г способом торцевого крепления подшипников буксового узла. У колесной пары РУ1-957-Г торцевое крепление подшипников осуществляется за счет корончатой гайки (рис. 1, а), у РУ1Ш-957-Г (рис. 1, б) - благодаря тарельчатой шайбе. Различные способы торцевого крепления подшипников приводят к различиям в конструкциях осей РУ1 (рис. 2, а) и РУ1Ш (рис. 2, б).
Колесные пары РУ1-957-Г и РУ1Ш-957-Г взаимозаменяемы, имеют одинаковые габаритные размеры. Подшипники в обеих колесных парах используются одинаковые (размеры подшипника С и В, с1, dl на рис. 1, а и б совпадают). Как видно из рис. 1, между внутренним кольцом переднего подшипника и тарельчатой шайбой (или гайкой) установлено плоское упорное кольцо.
Оси РУ1 и РУ1Ш отличаются габаритным размером Ь1 (у РУ1 Ь1 = 2294 мм, у РУ1Ш Ь = 2216 мм) и длиной шейки (размер /1), которая составляет 176 мм у оси РУ1 и 190 мм у оси РУ1Ш. То есть шейка осей РУ1Ш на 14 мм длиннее. В остальном размеры основных элементов оси совпадают.
Опыт эксплуатации показал, что торцевое крепление с помощью гайки менее надежное. Поэтому принимаются меры по выводу колесных пар РУ1-957-Г из эксплуатации. Однако это может привести к возникновению дефицита осей.
Предложения по модернизации осей типа РУ1
Так как запрет использования при формировании осей РУ1 привел к дефициту осей, появились предложения отменить данное ре-
шение. Но в этом случае в эксплуатации будет присутствовать большое количество колесных пар с пониженной надежностью. Целесообразно произвести модернизацию осей РУ1 с целью перехода на торцевое крепление с помощью тарельчатой шайбы.
Здесь уместно вспомнить опыт перехода с подшипников скольжения на подшипники качения, когда оси колесных пар с подшипниками скольжения не сдавались в металлолом, как происходит сейчас с осями РУ1, а перетачивались под подшипники качения [7-9]. Данные оси назывались осями III типа.
Основным препятствием к модернизации оси РУ1 под торцевое крепление шайбой является более короткая шейка оси РУ1 [10]. Если удалить резьбовую часть оси РУ1 и выполнить на торце оси отверстия под крепежные болты, то смонтировать буксовый узел в соответствии с рис. 1, б не получится, невозможно будет установить упорное кольцо. Произвести наплавку или приварку дополнительного элемента на торцевую часть оси затруднительно, так как оси изготавливаются из высокоуглеродистой плохо свариваемой стали [11].
В настоящее время эксплуатируются колесные пары с кассетными и сдвоенными подшипниками [12]. Торцевое крепление подшипников осуществляется благодаря тарельчатой шайбе, но без применения упорного кольца (рис. 3). Тарельчатая шайба непосредственно упирается во внутреннее кольцо подшипника. Упорное кольцо было необходимо при торцевом креплении с помощью гайки, при использовании шайбы без него можно обойтись. Для этого нужно изменить тарельчатую шайбу. Отсутствие упорного кольца только повышает надежность буксового узла за счет отсутствия лишней детали между элементом крепления и кольцом подшипника.
Для проведения модернизации осей РУ1 тарельчатую шайбу следует установить, как показано на рис. 3, без плоского упорного кольца. В этом случае возможно смонтировать буксовый узел с торцевым креплением тарельчатой шайбой на торце оси РУ1, после удаления резьбовой части. Модернизация осей РУ1 позволит
Рис. 1. Буксовый узел колесной пары РУ1-957-Г (а) и РУ1Ш-957-Г (б)
а
б
а
б
Рис. 2. Конструкция оси РУ1 (а) и РУ1Ш (б)
крепежное
Рис. 3. Буксовый узел со сдвоенным подшипником
продлить их дальнейшее использование уже с новым торцевым креплением подшипника.
Последовательность действий при модернизации колесных пар с осями РУ1 следующая:
1) удаляются резьбовые части с обеих сторон оси;
2) на торцах оси выполняются центровые отверстия и отверстия под крепежные болты;
3) проводится формирование колесной пары;
4) проводится монтаж буксового узла с помощью тарельчатой шайбы.
Основным недостатком предлагаемой модернизации является то, что модернизированная ось по своим параметрам не будет соответствовать оси РУ1Ш, тарельчатая шайба также будет отличаться от шайбы, используемой в колесных парах РУ1Ш-957-Г. Поэтому в нормативную документацию следует вносить изменения, связанные с новыми типами оси и колесной пары.
Необходимо разработать проект модернизации, провести предварительные испытания, согласовать проект с железнодорожной администрацией России и утвердить его Советом по железнодорожному транспорту государств-участников Содружества. Оси и колесные пары должны пройти процедуру сертификации в соответствии с Техническим регламентом таможенного союза [13]. В документацию на ремонт и эксплуатацию грузовых вагонов должны быть внесены изменения, связанные с новыми типами оси и колесной пары.
Заключение
В результате анализа конструкции колесных пар РУ1-957-Г и РУ1Ш-957-Г разработа-
ны предложения по модернизации колесных пар с осями РУ1, которая заключается в следующем:
1) удаление резьбовых частей оси РУ1;
2) выполнение на торцах осей центровых отверстий и отверстий под крепежные болты;
3) формирование колесной пары с модернизированной осью;
4) установка буксовых узлов с торцевым креплением шайбой, без упорного кольца, с непосредственным упором шайбы в кольцо подшипника (шайба отличается от использующейся в колесных парах РУ1Ш-957-Г).
Предлагаемый проект модернизации позволит продлить срок эксплуатации осей РУ1 и тем самым снизить потребность в новых осях, однако он имеет и существенные недостатки, обусловленные сложной процедурой внедрения нового типа колесной пары. Также конструкция модернизированной колесной пары будет отличаться от конструкции колесной пары РУ1Ш-957-Г.
Библиографический список
1. ГОСТ 22780-93. Оси для вагонов железных дорог колеи 1520 (1524) мм. Типы, параметры и размеры. - М. : Стандартинформ, 1993. - 20 с.
2. Руководящий документ по ремонту и техническому обслуживанию колесных пар с буксовыми узлами грузовых вагонов магистральных железных дорог колеи 1520 (1524) мм. РД ВНИИЖТ 27.05.01-2017. -М.: ВНИИЖТ, 2018. - 242 с.
3. Парфененко Р. Е. Пути повышения работоспособности колесных пар технологическими методами / Р. Е. Парфененко, Д. П. Кононов, О. А. Конограй // Прогрессивные технологии, применяемые при ремонте подвижного состава РЖД : сб. трудов Нац. науч.-технич. конференции студентов, магистров, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : ПГУПС, 2020. -С. 34-44.
4. Кононов Д. П. Повышение надежности цельнокатаных колес : монография / Д. П. Кононов. - М. : Библио-Глобус, 2018. - 250 с.
5. ГОСТ 4835-2013. Колесные пары железнодорожных вагонов. Технические условия. - М. : Стан-дартинформ, 2014. - 32 с.
6. ГОСТ 33200-2014. Оси колесных пар железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия. - М. : Стандартинформ, 2015. - 47 с.
7. Лукин В. В. Конструирование и расчет вагонов : учебник / В. В. Лукин, П. С. Анисимов, В. Н. Коту-ранов, А. А. Хохлов, В. В. Кобищанов. - М. : Учеб.-метод. центр по образованию на ж.-д. транспорте, 2011. - 688 с.
8. Шадур Л. А. Вагоны : учебник для вузов ж.-д. транспорта / Л. А. Шадур, И. И. Челноков, Л. Н. Никольский, Е. Н. Никольский, В. Н. Котуранов, П. Г. Про-скурнев, Г. А. Казанский, А. Л. Спиваковский, В. Ф. Де-вятов. - М. : Транспорт, 1980. - 439 с.
9. Шадур Л. А. Развитие отечественного вагонного парка / Л. А. Шадур. - М. : Транспорт, 1988. - 273 с.
10. Кононов Д. П. Модернизация технологического процесса ремонта колесных пар / Д. П. Кононов, Я. О. Мурзина // Прогрессивные технологии, применяемые при ремонте подвижного состава РЖД : сб. трудов конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - СПб. : ПГУПС, 2017. - С. 35-37.
11. ГОСТ 4728-2010. Заготовки осевые для железнодорожного подвижного состава. Технические условия. - М. : Стандартинформ, 2011. - 11 с.
12. Кононов Д. П. Железнодорожные подшипники кассетного типа / Д. П. Кононов, К. А. Румаков // Прогрессивные технологии, применяемые при ремонте подвижного состава РЖД : материалы науч. конференции. - СПб. : ПГУПС, 2016. - С. 25-26.
13. Технический регламент таможенного союза. О безопасности железнодорожного подвижного состава. ТР ТС 001/2011. - М. : Стандартинформ, 2012. -47 с.
Дата поступления: 03.09.2020 Решение о публикации: 25.09.2020
Контактная информация:
ФЕДОРОВ Игорь Владимирович - преподаватель; Fedorov281973@yandex.ru ВОРОБЬЕВ Александр Алфеевич - д-р техн. наук, доцент; 89219751198@yandex.ru КОНОГРАЙ Ольга Анатольевна - преподаватель; konograispbp@mail.ru
Modernisation of type RU1 axles with the objective of assuring their further use
I. V. Fedorov, A. A. Vorob'ev, O. A. Konograi
Emperor Alexander I Petersburg State Transport University, 9, Moskovsky pr., Saint Petersburg, 190031, Russian Federation
For citation: Fedorov I. V., Vorob'ev A.A., Konograi O.A. Modernisation of type RU1 axles with the objective of assuring their further use. Proceedings of Petersburg Transport University, 2020, vol. 17, iss. 4, pp. 490-497. (In Russian) DOI: 10.20295/1815-588X-2020-4-490-497
Summary
Objective: Development of proposals for modernization of old-type RU1 type axles for their further use. Methods: Structural analysis method was applied. Results: Proposals on further use of old-type RU1 type axles and expanding their operating life. Practical importance: The proposed modernization would permit expanding the use of old-type RU1 axles after modernization with new face bearing retention and reducing the demand for new axles which would contribute to reduction of axle deficit in overall repair of wheel pairs.
Keywords: Axle, wheel pair, face bearing retention, castellated nut, plate washer.
References
1. State standard GOST 22 780-93. Osi dlia vagonov zheleznykh dorog kolei 1520 (1524) mm. Tipy, para-metry i razmery [Wagon axles for 1520 (1524) mm gauge railways. Types, parameters and sizes]. Moscow, Stan-dartinform Publ., 1993, 20 p. (In Russian)
2. Rukovodiashchii dokument po remontu i tekh-nicheskomu obsluzhivaniiu kolesnykh par s buksovymi uzlami gruzovykh vagonov magistral'nykh zheleznykh dorog kolei 1520 (1524) mm [Regulatory document on repairs and maintenance operations of wheel pairs with box units of cargo wagons on gauge 1520 (1524) mm arterial railways]. RD VNIIZhT May 25, 2017. Moscow, VNIIZhT [Railway Research Institute] Publ., 2018, 242 p. (In Russian)
3. Parfenenko R. E., Kononov D. P. & Konograi O. A. Puti povysheniia rabotosposobnosti kolesnykh par tekh-nologicheskimi metodami [Methods of increasing wheel pairs' working capacity by technological means]. Pro-gressivnye tekhnologii, primeniaemye pri remonte podvi-zhnogo sostavaRZhD. Sb. trudov Nats. nauch.-tekhnich. konferentsii studentov, magistrov, aspirantov i molodykh uchenykh [Progressive technologies used for repairs of
Russian Railways'rolling stock. Coll. papers of National sci.-techn. conf. of students, master and PhD students and young researchers]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2020, pp. 34-44. (In Russian)
4. Kononov D. P. Povyshenie nadezhnosti tsel'noka-tanykh koles. Monofrafiia [Improving reliability of solid-rolled railway wheels. Monograph]. Moscow, Biblio-Globus Publ., 2018, 250 p. (In Russian)
5. State standard GOST4835-2013. Kolesnyepary zheleznodorozhnykh vagonov. Tekhnicheskie usloviia [Wheel pairs of railway wheels. Technical conditions]. Moscow, Standartinform Publ., 2014, 32 p. (In Russian)
6. State standard GOST 33200-2014. Osi kolesnykh par zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Obshchie tekhnicheskie usloviia [ Wheel pair axles for railway rolling stock. General technical conditions]. Moscow, Standartinform Publ., 2015, 47 p. (In Russian)
7. Lukin V. V., Anisimov P. S., Koturanov V. N.. Khokhlov A. A. & Kobishanov V. V. Konstruirovanie i raschet vagonov. Uchebnik [Engineering design and analysis of wagons. Course book]. Moscow, Uchebno-metodicheskii tsentr po obrazovaniiu na zheleznodoro-
zhnom transporte [Training centre for railway transport education] Publ., 2011, 688 p. (In Russian)
8. Shadur L.A., Chelnokov I. I., Nikol'skii L. N., Nikol'skii E. N., Koturanov V. N., Proskurnev P. G., Ka-zanskii G.A., Spivakovskii A. L. & Deviatov V. F. Va-gony. Uchebnik dlia vuzov zheleznodorozhnogo transporta [Wagons. Course book for higher railway transport education]. Moscow, Transport Publ., 1980, 439 p. (In Russian)
9. Shadur L. A. Razvitie otechestvennogo vagonnogo parka [Development of domestic wagonfleet]. Moscow, Transport Publ., 1988, 273 p. (In Russian)
10. Kononov D. P. & Murzina Ia. O. Modernizatsiia tekhnologicheskogo protessa remonta kolesnykh par [Modernisation of the technological process of wheel pair repair]. Progressivnye tekhnologii, primeniaemye pri remontepodvizhnogo sostava RZhD. Sb. trudov konfe-rentsii studentov, aspirantov i molodykh uchenykh [Progressive technologies used for repairs of Russian Railways ' rolling stock. Coll. papers of conf. of students, PhD students and young researchers]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2017, pp. 35-37. (In Russian)
11. State standard GOST4728-2010. Zagotovki ose-vye dlia zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava. Tekh-
nicheskie usloviia [Axle blanks for railway rolling stock. Technical conditions]. Moscow, Standartinform Publ., 2011, 11 p. (In Russian)
12. Kononov D. P. & Rumakov K. A. Zheleznodoro-zhnye podshipniki kassetnogo tipa [Railway cassette-type tapered bearing units]. Progressivnye tekhnologii, primeniaemye pri remonte podvizhnogo sostava RZhD. Materia-ly nauch. konferentsii [Progressive technologies used for repairs of Russian Railways' rolling stock. Coll. papers of sci. conf.]. Saint Petersburg, PGUPS [Petersburg State Transport University] Publ., 2016, pp. 25-26. (In Russian)
13. Customs Union technical regulation. O bezopas-nosti zheleznodorozhnogo podvizhnogo sostava [On railway rolling stock safety]. TR TS 001/2011. Moscow, Standartinform Publ., 2012, 47 p. (In Russian)
Received: September 03, 2020 Accepted: September 25, 2020
Author's information:
Igor' V. FEDOROV - Lecturer;
Fedorov281973@yandex.ru
Aleksandr A. VOROB'EV - D. Sci. in Engineering,
Senior Lecturer; 89219751198@yandex.ru
Ol'ga A. KONOGRAI - Lecturer;
konograispbp@mail.ru
