Технические науки/ 4.Транспорт

К.т.н. Довбня Н. П., к.т.н. Бондаренко Л. Н., к.т.н. Бобырь Д. В.

Днепропетровский национальный технический университет

железнодорожного транспорта имени академика В. Лазаряна

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРНОГО РЕЖИМА ПОДШИПНИКОВ БУКС ЛОКОМОТИВОВ И ВАГОНОВ

Одним из наиболее ответственных узлов, которые определяют надежность и безотказность эксплуатации локомотивов и вагонов это подшипники букс. Неправильно рассчитанный температурный режим букс может привести их к чрезмерному нагреву и выходу из строя.

Величина КПД роликовых и шариковых подшипников найдена экспериментально с точностью до третьего знака. Естественно, что при этом учтены потери на чистое качение роликов (шариков) по внутреннему (вр) и наружному (нр) кольцам, дифференциальные потери и потери от скольжения в месте контакта. Разделить эти потери на составляющие не удалось, ввиду отсутствия аналитических зависимостей.

Выделим из общего КПД подшипника потери на чистое трение качения.

Для этого рассмотрим роликовый подшипник буксы вагона со следующими параметрами [1]: радиус ролика 45 мм; радиус дорожки катания внешнего кольца 110 мм, где = 65 мм – посадочный радиус внутреннего кольца; радиус дорожки катания внутреннего кольца 80 мм.

Работа сил трения качения при повороте на один оборот внутреннего кольца , где – сопротивление качению ролика по беговой дорожке внутреннего кольца.

Естественно, что по внешней беговой дорожке ролик пройдет тот же путь и работа сил трения качения .

Определим сопротивление качению и . Для этого найдет начала полуширину пятна контакта ролика с беговыми дорожками внутреннего и наружного колец исходя из теории контактных деформаций Герца [2]. При равных модулях упругости материалов колец и роликов и коэффициенте Пуассона равном 0,3:

,

где – нагрузка, воспринимаемая одним роликом.

При определении в предыдущей формуле перед в знаменателе необходимо поставить знак «–».

В [3] доказано, что сопротивление качению всех роликов или шариков подшипника можно найти распределением всей нагрузки, воспринимаемой подшипником, на один шарик (ролик). Если нагрузка на подшипник составляет 43 кН, то 0,444 мм, а 0,368 мм.

В [4] получены аналитические зависимости для определения коэффициентов трения качения при первоначальных линейном и точечном контактах. При первоначальном линейном контакте – . После подстановки и в предыдущую формулу получим 0,098 мм, 0,081 мм. Сопротивление качению ролика по беговым дорожкам внутреннего и наружного колец: 286 Н, 236 Н. Работа, необходимая для преодоления сопротивлений от чистого качения 144 Н·м, 119 Н·м.

Отметим, что при вращении наружного кольца за один оборот, пройденный путь составит и работа 198 Н·м; 163 Н·м, что на 37% больше, чем при вращении внутреннего кольца. По этой причине конструировать подшипниковые узлы с вращением наружного кольца не рационально.

Таким образом, КПД роликового подшипника:

.

При вращении внутреннего кольца 0,988, а 0,981.

Если учесть, что справочная величина роликового подшипника 0,990, то часть КПД составляющего 0,990 – 0,988 = 0,002 приходится на деформационные составляющие и трение скольжения в месте контакта. При вращении внутреннего кольца сопротивление на эти составляющие составит 86 Н, а работа, приходящаяся на нагрев подшипника за счет деформаций и трения скольжения в мете контакта по среднему радиусу 8,17 Н·м=1,95 кал. Поскольку в буксе два подшипника, то тепловой расчет необходимо проводить из расчета 3,9 кал. При вращении наружного кольца подшипника 17,6 кал.

Таким образом, приведенные зависимости позволяют более точно рассчитать температурный режим букс локомотивов и вагонов.

Литература:

1. Подвижной состав и тяга поездов: Учебник / Третьяков А. П., Деев В. В., Перова А. А. и др. – М.: Транспорт, 1979. – 368 с.

2. Справочник по сопротивлению материалов / Писаренко Г. С., Яковлев А. П., Матвеев В. В. – Киев: Наук. думка, 1988. – 736 с.

3. Бондаренко Л. М., Ракша С. В., Брильова М. Г. Уточнення розрахункової схеми навантаження групи тіл кочення. – Дніпропетровськ: ДІІТ, – № 1, 2005. – С. 47–52.

4. Бондаренко Л. М., Довбня М. П., Ловейкін В. С. Деформаційні опори в машинах. – Дніпропетровск: Дніпро–VAL, 2002. – 200 с.