Определение расчетного ресурса подшипников буксовых узлов

9.3.1 Буксовые узлы должны быть рассчитаны на ресурс примененных в них подшипников исходя из условий эксплуатации и ожидаемого уровня и характера приложения нагрузок.

Расчетный ресурс подшипника, соответствующий 90 % надежности, L10a, км пробега, вычисляют по формулам

а) для роликовых подшипников:

;(9.2)

б) для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников:

;(9.3)

в) для упорных шариковых подшипников:

, (9.4)

где а23 – коэффициент, корректирующий ресурс в зависимости от специальных свойств подшипника и от условий его эксплуатации;

Dкр.ср – диаметр среднеизношенного колеса по кругу катания, м;

Сr, Сa – соответственно радиальная и осевая базовые динамические расчетные грузоподъемности подшипника, кН;

Pr, Pa – соответственно радиальная и осевая эквивалентные динамические нагрузки, кН.

П р и м е ч а н и е – Диаметр среднеизношенного колеса по кругу катания – среднее значение диаметра колеса между номинальным и минимальным допустимым в эксплуатации значениями.

9.3.1.1 При расчете ресурса буксовых подшипников, эксплуатирующихся при обычных условиях (при отсутствии повреждений и перекосов, правильном способе смазывания, наличии защиты от проникновения инородных частиц, нагрузках, не превышающих предельные, эксплуатации в допустимом диапазоне температур) с применением типовой пластичной смазки в необходимом количестве, принимают следующие значения коэффициента а23:

- 0,55 - для подшипников радиальных роликовых с короткими цилиндрическими роликами;

- 0,35 - для подшипников радиальных роликовых сферических;

- 0,65 - для подшипников радиально-упорных роликовых конических;

- 0,75 - для подшипников радиальных или упорных шариковых.

Для подшипников, изготовленных из высококачественных сталей с особенно низким содержанием вредных примесей, газов, неметаллических включений, надежном обеспечении гидродинамической пленки масла между контактирующими поверхностями колец и роликов и отсутствии повышенных перекосов в узле, значение коэффициента а23 может быть увеличено до двух раз.

9.3.1.2 В качестве базовой динамической радиальной расчетной грузоподъемности Сr используют данные изготовителя подшипников.

Для подшипников новых конструкций значение Сr также может быть определено по ГОСТ 18855.

9.3.1.3 Эквивалентную динамическую радиальную нагрузку Рr, кН, вычисляют по формулам:

а) для радиально-упорных роликовых, а также радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников

Pr = (X · Fr · Kвр + Y · Fa) · Kб· Kт ; (9.5)

б) для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами

Pr = Fr · Kвр · Kб· Kт , (9.6)

где X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок;

Fr, Fa – радиальная и осевая нагрузки, постоянные по значению и направлению, кН;

Kвр – коэффициент вращения (при вращении внутреннего кольца Kвр = 1, наружного – Kвр =1,2);

Kб - коэффициент безопасности, учитывающий динамические условия работы подшипника (для буксовых подшипников локомотивов принимают Kб = 1,4);

Kт - температурный коэффициент подшипника (Kт = 1,00 при рабочей температуре до 100 °С).

П р и м е ч а н и е

1 Коэффициенты Х, Y зависят от соотношения радиальной и осевой нагрузок, а также параметра осевого нагружения e.

Значения коэффициентов Х, Y определяют по ГОСТ 18855. Допускается использовать данные изготовителя подшипников.

Эквивалентную динамическую осевую нагрузку для упорных шариковых подшипников Ра, кН, вычисляют по формуле:

Pa = Fa · Kб · Kт ; (9.7)

9.3.1.4 Радиальную нагрузку на один буксовый подшипник Fr, кН, вычисляют по формуле

, (9.8)

где Р0 – максимальная осевая статическая нагрузка (на рельсы);

nr – количество роликовых подшипников на оси, воспринимающих радиальную нагрузку (в двух буксах);

qНП – сила тяжести (вес) неподрессоренных частей, приходящаяся на колесную пару, кН;

Силу qНП вычисляют по формуле

qНП = qКП + qР+ qg (9.9)

где qКП – сила тяжести (вес) колесной пары;

qР– сила тяжести (вес) неподрессоренной части редуктора;

qg – сила тяжести (вес) деталей, не передающих нагрузку на подшипники (внутренние и упорные кольца подшипников двух букс, лабиринтные кольца, торцовые гайки или шайбы, дистанционные кольца, шариковые подшипники при их наличии).

Примечание – Под силой тяжести (весом) неподрессоренной части редуктора подразумевают сумму массы зубчатого венца, его ступицы и 2/3 общей массы нижней и верхней частей корпуса с учетом массы шестерни и половины массы муфты.

9.3.1.5 При отсутствии экспериментальных или расчетных данных допускается средние осевые нагрузки, действующие на буксовый подшипник при движении локомотива в прямых и кривых участках пути Fапр и Fакр, кН, вычислять по эмпирическим формулам:

Fапр = K · 0,03 P0 ; (9.10)

Fакр = K · 0,06 P0 , (9.11)

где K – коэффициент распределения осевой нагрузки между буксами колесной пары.

Значения коэффициента K принимают равным:

- 0,5 – при равномерном распределении осевой (рамной) силы между правым и левым буксовыми узлами колесной пары;

- 1,0 – при восприятии осевой (рамной) силы одним буксовым узлом колесной пары.

При наличии данных об осевых нагрузках, полученных расчетным путем, или по результатам испытаний конкретных типов локомотивов осевую нагрузку в прямых и кривых участках пути вычисляют по формуле

, (9.12)

где T1, T2,…, Tn – нагрузки на подшипник при каждом режиме работы, кН;

q1, q2,…, qn – продолжительность работы при каждом режиме, % от общего цикла;

n1, n2,…, nn – частота вращения при каждом режиме работы, мин-1;

nm – средняя частота вращения при работе , мин-1.

Частоту nm вычисляют по формуле

. (9.13)

9.3.1.6 Эквивалентную динамическую радиальную нагрузку в случаях применения в буксовых узлах локомотива радиально-упорных подшипников (например, конических двухрядных кассетного типа или роликовых радиальных сферических двухрядных) вычисляют по (9.5).

Динамические эквивалентные нагрузки для прямых Prпр, кН, и кривых Prкр, кН, участков пути вычисляют по формулам:

Prпр = (X · Fr + Y · Fапр) Kб· Kт ; (9.14)

Prкр = (X · Fr + Y · Fакр) Kб· Kт . (9.15)

Динамическую эквивалентную радиальную нагрузку Pr, кН, с учетом процентного соотношения доли прямых и кривых участков пути на железных дорогах Российской Федерации (~80 % - прямые участки пути, ~20 % - кривые участки пути), вычисляют по формуле

(9.16)

Динамические эквивалентные нагрузки в случаях применения в буксовых узлах локомотивов радиально-упорных и упорных шариковых подшипников, освобожденных от восприятия радиальных сил, вычисляют по формулам (9.5), (9.7). Осевую нагрузку на эти типы подшипников вычисляют по формуле

. (9.17)

9.3.2 Расчетный ресурс буксовых подшипников локомотива должен соответствовать 5.9.

9.3.3 Пример расчета ресурса буксовых подшипников тепловоза 2ТЭ116 приведен в приложении Г.