Совершенствование конструкции моторно-осевого узла колесно-моторного блока локомотива Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Подвижной состав железных дорог

УДК 629.4.082

А. В. Бородин, Д. В. Тарута

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ КОНСТРУКЦИИ МОТОРНО-ОСЕВОГО УЗЛА КОЛЕСНО-МОТОРНОГО БЛОКА ЛОКОМОТИВА

Предложены новые конструктивные решения моторно-осевого узла локомотива, позволяющие повысить его эксплуатационные характеристики.

Моторно-осевой подшипниковый узел с подшипниками скольжения, получивший широкое распространение на отечественном тяговом подвижном составе, несложной конструкции и удобный в эксплуатации, не лишен недостатков:

при высоких скоростях движения локомотива подача жидкой смазки в зону трения фитилями, размещенными в рабочей камере и прижатыми к шейке оси колесной пары пластиной, не обеспечивает нормального режима трения в моторно-осевом подшипнике (МОПе) из-за отрыва прижимного устройства от оси колесной пары;

загрязнение фитилей различными механическими примесями со стороны средней части оси и замасливание трущихся поверхностей польстера;

замерзание фитилей и прижоги МОПа из-за неустойчивости фитильной подачи масла при обводнении фитильной пряжи от попадания влаги, а также осерненной смазки в масляные ванны МОПа;

низкая несущая способность нижнего вкладыша МОПа в зоне окна, предназначенного для размещения фитилей и польстера;

незначительная площадь контакта с шейкой оси при гиперболической расточке рабочих поверхностей вкладышей МОПа;

низкая несущая способность масляного клина, особенно при высоких скоростях движения локомотива, из-за недостаточной подачи смазки боковыми поверхностями фитилей в зону трения;

выброс значительной части жидкой смазки из зоны трения в неотработанном виде при низких скоростях движения локомотива [1,2].

Анализ причин выхода из строя МОПа скольжения в условиях эксплуатации позволяет сделать вывод о том, что наибольшее влияние на долговечность и безаварийность работы моторно-осевого подшипникового узла оказывают площадь контакта, условия смазывания и герметизации рабочих поверхностей подшипника и шейки оси колесной пары. В связи с этим одной из первоочередных является задача совершенствования моторно-осевого подшипникового узла колесно-моторного блока локомотивов с целью снижения затрат на обслуживание и ремонт МОПа в эксплуатационных и ремонтных депо сети дорог [3, 4].

С учетом изложенного авторами разработаны новое конструктивное решение моторно-осевого подшипника скольжения с повышенной площадью контакта (за счет исключения окна для подвода смазки) и улучшенным уплотнением рабочей поверхности и система принудительного смазывания поверхностей трения, учитывающая недостатки существующих систем.

Предлагаемое устройство моторно-осевого подшипника скольжения локомотива с возможностью применения принудительной системы смазки рабочих поверхностей содержит вкладыши со стальными корпусами, вмонтированные в стальные корпуса каждого вкладыша, радиальную опору - полувтулку и осевую опору - полудиск, полукольца, подпружиненные экспандерами и установленные в канавки полудиска и буртика корпуса. Кольцевые канавки на наружной поверхности полувтулки выполнены с кольцевыми буртиками, на внутренней поверхности полувтулки выполнены углубления, например, конической формы, образующие рельеф с системой дискретных углублений, полости кольцевых канавок соединены каналами с углублениями. Со стороны буртика корпуса выполнен канал, связанный с полостью кольцевой канавки у буртика корпуса, при этом полость каждой последующей коль-

12 ИЗВЕСТИЯ Трансе НОТ ИЩ

Рисунок 1 - Продольный разрез подшипникового узла колесно-моторного блока

цевой канавки соединена каналами с полостью предыдущей канавки, а полость канавки у осевой опоры соединена каналами с углублениями на торцовой поверхности полудиска через коллектор, заполненный, например, металлической сеткой. Решение технической задачи поясним рисунками.

Моторно-осевой подшипник скольжения состоит из верхнего 1 и нижнего 2 вкладышей (рисунок 1). Каждый вкладыш содержит стальной корпус 3, в который вмонтированы радиальная опора - полувтулка 4 и осевая опора - полудиск 5 (рисунок 2). На наружной поверхности полувтулки выполнены кольцевые канавки 6 с концевыми буртиками 7 (рисунок 3). На внутренней поверхности полувтулки выполнены углубления 8, которые соединены каналами 9 с полостями кольцевых канавок 6. В корпусе 3 со стороны упорного буртика выполнен канал 10, связанный с полостью кольцевой канавки полувтулки. Полости кольцевых канавок 6 соединены между собой каналами 11, при этом полость канавки у осевой опоры 5 соединена каналами 12 и 13 с углублениями 14 на торцовой поверхности полудиска через коллектор 15, заполненный, например, металлической сеткой 16.

Сборку вкладыша осуществляют в следующей последовательности. Полувтулку вводят в контакт с поверхностью упорного буртика корпуса, затем радиальным перемещением полудиска вводят его во фланец корпуса 3. Осевое положение полудиска фиксируют завальцовкой цилиндрического пояска корпуса 3 на наружную коническую поверхность полудиска. Перед установкой вкладышей на ось 20 в канавки буртика корпуса 3 и полудиска 5 устанавливают экспандеры 18 и полукольца 19. Нижние вкладыши 2 с колесной осью 20 укладывают на постели остова 21 тягового двигателя, затем устанавливают верхние вкладыши 1 и шапки МО Па 22.

При движении локомотива к трущимся поверхностям вкладышей подшипников подводится жидкий смазочный материал. Подача смазочного материала осуществляется через канал 10 в кольцевую полость 6 у буртика корпуса. Через каналы 11 смазочный материал поступает во все кольцевые полости, которые запираются буртиками 7. Из кольцевой полости у осевой опоры смазочный материал поступает через каналы 12 в коллектор 15 и далее, через каналы 13, - в углубления 14 осевой опоры. Так как коллектор 15 заполнен пористым материалом, например, металлической сеткой с ячейками малой величины, то потоку смазочного материала в углублениях 14 создается большое сопротивление и смазочный материал поступает в углубления 14 малыми дозами. Одновременно из кольцевых канавок через каналы 9 смазочный материал поступает в углубления 8 радиальной опоры. Утечка масла через вкладыши стабилизируется уплотнениями 19 и сопротивлением потоку в коллекторе 15. Так как углубления на поверхностях трения не

Рисунок 2 - Продольный разрез вкладыша опоры скольжения

Рисунок 3 - Поперечный разрез вкладыша по кольцевой канавке полувтулки

ИЗВЕСТИЯ Транссиба 13

сообщаются между собой, то образуется рельеф с системой дискретных углублений. Это обеспечивает лучшее распределение смазочного материала по трущимся поверхностям, гидродинамическое давление в углублениях радиальной опоры вкладыша. Улучшение условий смазывания трущихся поверхностей способствует уменьшению скорости изнашивания рабочих поверхностей подшипника и снижению потерь на трение.

Для представленной конструкции моторно-осевого подшипника скольжения была специально разработана система смазывания, которая учитывает недостатки разработанных ранее систем.

Известны устройства для принудительного смазывания подшипника вала редуктора, включающие в себя подпружиненный плунжер, постоянно контактирующий с неподвижной поверхностью, на которой выполнен кулачок, цилиндр плунжера, вращающийся вокруг оси вала смазываемых подшипников, каналы для всасывания жидкого смазочного материала в полость плунжера и нагнетания из полости плунжера к подшипникам вала [5]. Пульсирующая подача жидкостного смазочного материала в зону работы подшипника требует точного размещения канала нагнетания, а забивка каналов всасывания и нагнетания продуктами изнашивания может исключить подведение смазочного материала в требуемую зону и нарушить работоспособность подшипникового узла.

Известна также и принудительная система смазывания моторно-осевых подшипников тягового электродвигателя локомотива, представляющая собой замкнутый круг циркуляции жидкого смазочного материала через вкладыши МОПа при помощи масляного насоса [6]. Такое устройство системы смазывания МОПа электродвигателя отличается сложностью конструкции. Это обусловлено прежде всего установкой насоса на крышке маслосборника, приводом его в действие от оси колесной пары через шестерню, смонтированную на оси колесной пары, необходимостью регулирования зазоров в зацеплении зубчатых колес. Изнашивание вкладышей в процессе эксплуатации нарушает работу зубчатой передачи, что в свою очередь ухудшает работу системы смазывания подшипников.

Предлагаемое конструктивное решение направленно на упрощение конструкции устройства смазывания МОПа, на повышение эксплуатационной надежности привода насоса системы смазывания, на обеспечение постоянного подведения в зону трения подшипников смазочного материала с требуемым давлением.

Авторами предлагается устройство принудительной системы смазывания моторно-осевых подшипников 1 и 2 на оси 3, которое содержит плунжерный насос 4 и кулачок 5 (рисунок 4). Насос 4 состоит из плунжера 6, клапанной коробки 7 и пружины 8. Корпус насоса 4 связан с осью 3 посредством разъемных опор 9.

Конструктивно опоры 9 могут быть выполнены с опорными поверхностями скольжения или качения. Клапанная коробка 7 содержит всасывающий 10 и нагнетательный 11 клапаны. Кулачок 5 для монтажа на ось 3 может быть выполнен разъемным. Система смазывания включает в себя каналы всасывания 12 и нагнетания 13. Канал нагнетания соединен с клапаном 14, ограничивающим величину давления смазочного материала, подаваемого в подшипники. локомотива

Рисунок 4 - Принудительная система смазывания моторно-осевых подшипников тягового электродвигателя

14 ИЗВЕСТИЯ Транссиба^ ^84(4)

Перед работой системы смазывания регулируют минимальную величину сжатия пружины 8, например, подкладкой на торцовой поверхности плунжера 6 и максимальную величину давления нагнетания предохранительным клапаном 14.

Таким образом, крепление корпуса насоса посредством опор, размещенных на оси колесной пары, привод насоса от кулачка, которым снабжена ось колесной пары, обеспечивают компактность устройства, удобство его регулирования, а введение клапана, ограничивающего величину давления смазочного материала, способствует повышению эксплуатационной надежности привода насоса в системе принудительного смазывания моторно-осевых подшипников электродвигателя локомотива.

Для магистральных локомотивов нового поколения перспективно новое конструктивное устройство опоры качения (рисунок 5) [6]. Опора состоит из внутреннего 1 и наружного 2 однобортовых колец, между которыми размещены ролики 3 и сепараторы в виде волнообразных пластин или тел качения 4. Между бортом внутреннего кольца и роликами 3 размещен упорный шариковый подшипник 5.

Большое количество тел качения, одновременно воспринимающих радиальную и осевую нагрузку, способствует повышению несущей способности опоры. Расчетная долговечность опоры 1,56 млн км пробега тепловоза в эксплуатации более чем в 1,2 раза превышает долговечность ранее испытанных видов конструкции подшипниковых узлов.

Представленные конструктивные решения моторно-осевого подшипника скольжения и системы его принудительной смазки позволяют повысить долговечность и износостойкость моторно-осевого подшипникового узла локомотивов.

Список литературы

1. Механическая часть тягового подвижного состава [Текст] / И. В. Бирюков, А. Н. Са-воськин и др. - М.: Транспорт. 1992. - 440 с.

2. Шаповалов, В. В. Моторно-осевые подшипники скольжения локомотивов с организованной капиллярной системой смазки [Текст] / В. В. Шаповалов, К. С. Ахвердиев, 3. А. Му-радов // Электровозостроение: Сб. науч. ст.// ВЭлНИИ. Новочеркасск. - 1992. - С. 201 - 207.

3. Типаж перспективного подвижного состава [Текст] // Локомотив. - 2002. - № 8. - С. 5 - 7.

4. Типаж перспективного подвижного состава [Текст] // Локомотив. - 2002. - № 9. - С. 10, 11.

5. Тепловозы 2ТЭ10М и ЗТЭ10М: Устройство и работа [Текст] / С. П. Филонов, А. Е. Зи-боров и др. - М.: Транспорт, 1986. - С. 288.

6. Свидетельство на полезную модель № 27943, МКИ Б 16 С 19/00. Подшипниковый узел колесно-моторного блока [Текст] / А. В. Бородин, Д. В. Тарута. Заявл. 17.07.02; Опубл. 27.02.03. Бюл. № 6.

Рисунок 5 - Конструкция моторно-осевого подшипника качения

(ИЗВЕСТИЯ Транссиба 15