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, L_10a, 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;

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

С_r, С_a – соответственно радиальная и осевая базовые динамические расчетные грузоподъемности подшипника, кН;

P_r, P_a – 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 С_r используют данные изготовителя подшипников.

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

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

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

P_r = (X · F_r · K_вр + Y · F_a) · K_б· K_т ; (9.5)

б) для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами

P_r = F_r · K_вр · K_б· K_т , (9.6)

где X, Y – коэффициенты радиальной и осевой нагрузок;

F_r, F_a – радиальная и осевая нагрузки, постоянные по значению и направлению, кН;

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

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

K_т - температурный коэффициент подшипника (K_т = 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 Р_а, кН, вычисляют по формуле:

P_a = F_a · K_б · K_т ; (9.7)

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

, (9.8)

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

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

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

Силу q_НП вычисляют по формуле

q_НП = q_КП + q_Р+ q_g (9.9)

где q_КП – сила тяжести (вес) колесной пары;

q_Р– сила тяжести (вес) неподрессоренной части редуктора;

q_g – 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 F_апр и F_акр, кН, вычислять по эмпирическим формулам:

F_апр = K · 0,03 P₀ ; (9.10)

F_акр = 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,…, T_n – нагрузки на подшипник при каждом режиме работы, кН;

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

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

n_m – средняя частота вращения при работе , мин^-1.

Частоту n_m 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 P_rпр, кН, и кривых P_rкр, кН, участков пути вычисляют по формулам:

P_rпр = (X · F_r + Y · F_апр) K_б· K_т ; (9.14)

P_rкр = (X · F_r + Y · F_акр) K_б· K_т . (9.15)

Динамическую эквивалентную радиальную нагрузку P_r, 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.