Устройство для контроля прочности на сдвиг и распрессовки колец подшипников колёсных пар

(51) МПК (2009) НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ НА СДВИГ И РАСПРЕССОВКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КОЛСНЫХ ПАР(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Чернин Игорь Леонидович Чернин Ростислав Игоревич Руденок Владимир Алексеевич Костюков Дмитрий Иванович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) 1. Устройство для контроля прочности на сдвиг и распрессовки колец подшипников колесных пар, содержащее чувствительный элемент в виде цилиндрической втулки с установленными на ее поверхности и соединенными в измерительный мост тензорезисторами,гидросистему с рабочей средой под давлением, отличающееся тем, что втулка выполнена с одной плоской торцевой поверхностью, установлена концентрично на упорном фланце 70092011.02.28 стаканообразного корпуса гидроцилиндра гидросистемы и закреплена на этом фланце с другого своего конца со сферической торцевой поверхностью нажимной плиты со сферической внутренней поверхностью вокруг ее центрального отверстия и крепежным диском с центральным отверстием, снабженным продольными элементами соосного скрепления измерительного блока на поверхности гидроцилиндра с клеммовым зажимом, который закреплен на наружной поверхности контролируемого кольца подшипника, при этом гидроцилиндр закреплен соосно с кольцами подшипника на торце шейки оси при помощи ступенчатого стаканообразного поршень-штока со сплошной донной частью его меньшей ступени, снабженной кольцевыми уплотнениями, и с оппозитно расположенной ее резьбовой частью, на внутренней поверхности открытого его конца большей ступени, длина которой превышает суммарную длину двух смежных демонтируемых с шейкой оси колец подшипника, при этом величина диаметра большей ступени меньше величины диаметра шейки оси колесной пары. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в корпусе клеммового зажима выполнены две внутренние смежные проточки, одна из которых выполнена по размерам цилиндрического буртика кольца заднего подшипника, обращенная к измерительному блоку вторая проточка соответствует по размерам наружной поверхности конусной части кольца переднего подшипника. 3. Устройство по пп. 1, 2, отличающееся тем, что с внутренней стороны цилиндрической втулки чувствительного элемента выполнены кольцевые направляющие буртики,разделенные цилиндрической внутренней проточкой. Полезная модель относится к области машиностроения и транспорта, а именно к механосборочному производству, в частности к сборке с натягом деталей типа вал-втулка тепловым способом, и предназначена для оценки прочности сопряжения внутренних колец двух рядом стоящих буксовых роликовых подшипников, напрессованных на шейку оси, и демонтажа этих соединений механической распрессовкой. Оценка прочности напрессовки колец подшипников колесных пар, применяемая в вагоностроении и при ремонте вагонов, и используемые для этой цели технические средства не обеспечивают возможности получения вполне достоверных данных по прочности посадки относительному сдвигу. Кроме того, из-за дискретности контакта на отдельных участках сопряженных поверхностей фактические величины контактного давления могут отличаться. Известно использование устройства контроля усилий и напряжений в элементах металлоконструкций и деталей машин, которое содержит чувствительный цилиндрический элемент с устновленными по наружной поверхности тензорезисторами, соединенными в измерительную мостовую схему 1. Упомянутые устройства не могут быть использованы для осуществления контроля прочности напрессовки колец буксовых подшипников на шейках осей колесных пар вагонов и, при необходимости, для последующего демонтажа забракованных при контроле соединений с гарантированным натягом. Наиболее близким по совокупности признаков является устройство 2, содержащее чувствительный элемент с установленными на нем тензорезисторами, закрепляемый коаксиально на кольце подшипника. Чувствительный элемент выполнен в виде втулки, на внутренней поверхности которой имеется цилиндрическая проточка. Цилиндрическая и 2 70092011.02.28 торцевые поверхности указанной проточки образуют (при размещении чувствительного элемента на кольце подшипника) с поверхностью дорожки качения кольца подшипника внутреннюю герметически изолированную полость. На наружной цилиндрической поверхности упомянутой втулки выполнена замкнутая кольцевая полость, предназначенная для циркуляции среды, охлаждающей установленные в этой кольцевой полости тензорезисторы. Внутренняя герметически изолированная полость заполнена жидкой рабочей средой для передачи на чувствительный элемент гидростатического давления, создаваемого радиальной деформацией кольца подшипника при создании натяга в соединении последнего с шейкой оси. При этом указанная внутренняя полость соединена с источником давления жидкой среды и снабжена нормально открытым клапаном для связи с атмосферой во время заполнения жидкостью и обратным клапаном для перекрытия подачи жидкости после достижения требуемой величины начального давления жидкой рабочей среды. Задачей данного технического решения является повышение эффективности оценки прочности соединений, надежности и технического ресурса колесных пар вагонов. Поставленная задача решается за счет того, что устройство для контроля прочности на сдвиг и распрессовки колец подшипников колесных пар содержит чувствительный элемент в виде цилиндрической втулки с установленными на ее наружной поверхности и соединенными в измерительный мост тензорезисторами, а также имеет гидросистему с рабочей средой под давлением. Цилиндрическая втулка выполнена с одной плоской торцевой поверхностью, установлена концентрично на упорном фланце стаканообразного корпуса гидроцилиндра гидросистемы. Втулка закреплена на этом фланце с другого своего конца со сферической торцевой поверхностью нажимной плитой со сферической внутренней поверхностью вокруг ее центрального отверстия и крепежным диском с центральным отверстием, который снабжен продольными элементами соосного скрепления полученного измерительного блока на поверхности гидроцилиндра с клеммовым зажимом. Клеммовый зажим закреплен на наружной поверхности контролируемого кольца подшипника. Гидроцилиндр закреплен соосно на торце шейки оси колец подшипника при помощи ступенчатого стаканообразного поршень-штока со сплошной донной частью его меньшей ступени, снабженной кольцевыми уплотнениями, и с оппозитно расположенной ее резьбовой частью, предназначенной для скрепления с шейкой оси. На внутренней поверхности большей ступени поршень-штока, длина которой превышает суммарную длину двух смежных демонтируемых с шейки оси колец подшипника, при этом величина диаметра большей ступени меньше величины диаметра шейки оси колесной пары. При необходимости разборки проверяемых соединений, не отвечающих установленным требованиям ТНПА (технических нормативных правовых актов), увеличивают сдвигающую нагрузку и выполняют механическую распрессовку забракованных колец подшипников (с одной установки предложенного устройства на шейку оси колесной пары). Чувствительный элемент изготавливается из внутреннего кольца используемых в буксовых узлах типовых роликовых подшипников и выполнен в виде цилиндрической втулки, с внутренней стороны которой по ее концам имеются кольцевые направляющие буртики для улучшения центровки. На наружной поверхности указанной втулки наклеены тензорезисторы, соединенные в измерительный мост, а сама втулка охватывает стаканообразный корпус рабочего гидроцилиндра относительного сдвига, установлена своей плоской торцевой поверхностью на упорном фланце последнего и закреплена с другого своего торца со сферической поверхностью нажимной плитой, снабженной центральным цилиндрическим отверстием и сферической поверхностью вокруг него, и крепежным диском с продольными элементами соосного скрепления. Таким образом, создается составной измерительный блок, концентрично расположенный относительно корпуса упомянутого рабочего гидроцилиндра. В рабочем гидроцилиндре размещен полый стаканообразный ступенчатый поршень-шток,снабженный кольцевыми уплотнениями по наружной цилиндрической поверхности 3 70092011.02.28 меньшего диаметра в своей донной части, а также оппозитно расположенной резьбовой частью на внутренней поверхности открытого конца с большим наружным диаметром,предназначенной для соосного неподвижного скрепления поршень-штока с шейкой оси,на которую напрессованы внутренние кольца переднего и заднего подшипников буксового узла роликовой колесной пары. Составной измерительный блок соединен с клеммовым разрезным зажимом упомянутыми выше продольными элементами соосного скрепления. В корпусе указанного зажима имеются две внутренние смежные проточки, одна из которых выполнена по размерам буртика кольца заднего подшипника, а вторая, обращенная к измерительному блоку, проточка соответствует по размерам наружной поверхности конусной части кольца переднего подшипника. С внутренней стороны цилиндрической втулки чувствительного элемента выполнены кольцевые направляющие буртики, разделенные цилиндрической внутренней проточкой. С внутренней стороны цилиндрической втулки чувствительного элемента выполнены кольцевые направляющие буртики, разделенные цилиндрической внутренней проточкой. На чертеже представлено устройство для контроля прочности на сдвиг и распрессовки колец подшипников колесных пар (продольный разрез). Тензометрический измерительный элемент 1 с тензорезисторами 2 смонтирован концентрично относительно корпуса 3 рабочего гидроцилиндра и прижимается к упорному фланцу 4 последнего нажимной плитой 5 с тяговым диском 6 и болтами 7 скрепления измерительного блока. Поршень-шток 8 снабжен кольцевыми уплотнениями 9 в своей донной части 10 и резьбовой частью 11 для соосного скрепления с шейкой оси 12 с напрессованными на ней кольцами 13 и 14 переднего и заднего подшипников, на которых закрепляют поочередно клеммовый разрезной зажим 15 с элементами продольного скрепления (тягами) 16. Защитный кожух 17 предназначен для предохранения измерительного моста тензометрического элемента 1. Штуцер 18 служит для подключения к сдвигающей полости рабочего гидроцилиндра гибкого трубопровода высокого давления от масляного насоса (на чертеже условно не показан). Работа описанного устройства осуществляется следующим образом. Поршень-шток 8 наворачивают на резьбовую часть шейки оси 12, а на кольцо 13 переднего подшипника устанавливают и закрепляют неподвижно клеммовый разрезной зажим 15 и соединяют последний элементами продольного скрепления 16 с тяговым диском 6. Закрепляют на поршень-штоке 8 индикатор часового типа (цена деления 0,002 мм), что позволяет фиксировать возможное аксиальное смещение контролируемого кольца относительно шейки оси под воздействием продольной сдвигающей нагрузки, создаваемой давлением масла во внутренней полости гидроцилиндра (индикатор условно не показан на чертеже). Выполняют балансировку (установку нуля) измерительного моста месдозы (измерительного элемента 1), устанавливают относительно нуля стрелку индикатора часового типа для отсчета значений, измеряемую датчиками сдвигающую нагрузку, после чего при нагнетании масла через штуцер 18 в полость сдвига над донной частью 10 поршень - штока осуществляют нагружение контролируемого кольца 13 нормированным аксиальным сдвигающим усилием относительно шейки оси, передаваемым на кольцо 13 через месдозу. Увеличивают аксиальную сдвигающую нагрузку до нормативного значения Рс 1, установленного требованиями ТНПА, фиксируя ее по показаниям приборов тензометрического контроля (на чертеже условно не показаны), и проверяют наличие смещения по шкале индикатора часового типа. При отсутствии смещения (стрелка индикатора не отклоняется от начального положения) контролируемое соединение признается годным к эксплуатации и не подлежит браковке. В противном случае производят механическую распрессовку забракованного кольца 13. Для этого снимают индикатор часового типа (на чертеже условно не показан) с поршень-штока 8 рабочего гидроцилиндра и, увеличивая подачу масла под давлением 4 70092011.02.28 через штуцер 18, перемещают кольцо 13 на свободное место поршень-штока перед упорным фланцем 4 корпуса гидроцилиндра. Проверку прочности напрессовки кольца 14 заднего подшипника выполняют аналогично, переместив на буртик его разъемный (разрезной) клеммовый зажим 15. В этом случае величина контрольного аксиального сдвигающего усилия определяется Рсфс 1 с 2, где Рс 2 - допустимое по требованиям ТНПА значение величины аксиальной сдвигающей нагрузки для кольца 14 заднего подшипника. При наличии признаков сдвига (по индикатору часового типа) выполняют механическую распрессовку колец 13, 14 или поочередно, или совместно при увеличении давления масла в рабочем гидроцилиндре. Эффективность предложенного устройства заключается в использовании более эффективного контроля прочности на сдвиг колец роликовых подшипников буксовых узлов колесных пар вагонов по сравнению с известными устройствами, применяемыми для технической диагностики напрессовок (проверка на проворачивание кольца на шейке оси,ультразвуковой и виброакустический контроль), в обеспечении возможности распрессовок посадок, не обладающих установленной нормативной прочностью, а также в снижении энергозатрат (исключение необходимости применения энергоемких устройств индукционного нагрева деталей для демонтажа напрессовок буксовых узлов колесных пар вагонов). Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 5