Устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары

(51) МПК НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ СОБСТВЕННОСТИ УСТРОЙСТВО ДЛЯ НЕРАЗРУШАЮЩЕГО КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ НАПРЕССОВКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ НА ШЕЙКЕ ОСИ КОЛЕСНОЙ ПАРЫ(71) Заявитель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(72) Авторы Сенько Вениамин Иванович Чернин Ростислав Игоревич Чернин Игорь Леонидович(73) Патентообладатель Учреждение образования Белорусский государственный университет транспорта(57) 1. Устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, содержащее коаксиально устанавливаемую относительно колец переднего и заднего подшипников камеру высокого давления, снабженную кольцевыми уплотнениями для контактирования с наружными поверхностями колец переднего и заднего подшипников, маслопровод с обратным клапаном для подачи рабочей жидкости в зону контакта с шейкой оси колец переднего и заднего подшипников и коаксиально устанавливаемые на кольцах переднего и заднего подшипников измерительные элементы, отличающееся тем, что камера высокого давления выполнена в виде толстостенного стакана с глухим днищем и цилиндрическими внутренними ступенчатыми поверхностями с крышкой с уплотнительной кольцевой прокладкой, при этом крышка выполнена 15308 1 2012.02.28 с центральным конусным отверстием, вершина которого направлена внутрь толстостенного стакана, а в центральном конусном отверстии установлена тонкостенная конусная втулка кольцевого уплотнения высокого давления, скрепленная с крышкой и выполненная с возможностью контактирования с наружной поверхностью кольца заднего подшипника,днище толстостенного стакана выполнено с возможностью крепления на торце шейки оси,а его внутренняя поверхность выполнена с возможностью прижатия к торцу кольца переднего подшипника с использованием торцевого уплотнения, а открытый торец толстостенного стакана снабжен нажимной втулкой с резьбовой наружной частью и конусной внутренней поверхностью, соединенной с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца большей ступени толстостенного стакана и взаимодействующей с конусной тонкостенной втулкой кольцевого уплотнения, устанавливаемой по наружной поверхности кольца переднего подшипника с возможностью соединения по уплотнительной прокладке с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца меньшей ступени толстостенного стакана. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в боковых стенках толстостенного стакана выполнены радиальные сквозные проемы, предназначенные для закрепления на кольце переднего подшипника измерительного элемента, а внутри стенок и днища толстостенного стакана выполнены радиальные и аксиальные каналы для подвода рабочей жидкости высокого давления в зону сопряжения колец переднего и заднего подшипников,снабженные двумя дополнительными клапанами управления для раздельной подачи рабочей жидкости высокого давления в зону контакта с шейкой оси торцов колец переднего и заднего подшипников и с наружного торца кольца переднего подшипника или для совместной подачи рабочей жидкости высокого давления в упомянутые зоны. Изобретение относится к области машиностроения и транспорта, а именно к механосборочному производству, в частности к сборке с гарантированным натягом деталей типа вал-втулка тепловым способом, и предназначено для оценки прочности сопряжения внутренних колец двух рядом стоящих буксовых роликовых подшипников, напрессованных на шейку оси колесной пары. Известно устройство для контроля прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары, содержащее выполненную с возможностью коаксиальной установки на контролируемом кольце подшипника изолированную камеру (втулку) высокого давления в виде чувствительного элемента с тензорезисторами 1, которое позволяет контролировать соединения с натягом при новом формировании. Наиболее близким к заявляемому устройству по совокупности признаков является устройство для неразрушающего электротензометрического контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары 2, позволяющее как осуществлять контроль напрессовки при новом формировании, так и осуществлять проверку прочности напрессованных ранее колец подшипников. Указанное устройство технической диагностики для неразрушающего контроля прочности напрессовки деталей соединений с гарантированным натягом содержит три основные составные части силовой элемент (камера высокого давления), измерительные элементы и элемент крепления. Силовой элемент устройства (камера высокого давления),обеспечивающий подвод рабочей жидкости (РЖ) в зону сопряжения внутренних поверхностей колец переднего и заднего буксовых подшипников с наружной поверхностью шейки оси, в виде толстостенной втулки с резьбовыми концами (по ее наружной поверхности) и конусными внутренними поверхностями с вершинами конусов, направленными в сторону середины упомянутой втулки, снабжен двумя конусными тонкостенными втулками,обеспечивающими кольцевые уплотнения с двух открытых торцов этой толстостенной втулки по наружным поверхностям двух рядом расположенных на шейке оси контролиру 2 15308 1 2012.02.28 емых колец буксовых подшипников. Конусные втулки кольцевых уплотнений затягивают по конусным внутренним поверхностям упомянутой втулки (камеры высокого давления) при помощи резьбовых нажимных (накидных) гаек, размещенных по торцам последней. Измерительные элементы устройства размещают неподвижно с двух сторон камеры высокого давления, при этом фиксируют расположение середины последней в плоскости контакта торцов напрессованных на шейку оси двух колец подшипников. Контролируемые кольца подшипников снабжены ограничителем от аксиального перемещения кольца переднего подшипника (под воздействием высокого давления нагнетаемой в сопряжение РЖ в разъеме между контактирующими поверхностями колец) при помощи отдельно выполненного крепительного элемента. Внутренняя изолированная полость камеры высокого давления соединена с источником подачи РЖ, снабжена обратным клапаном для поддержания контрольного давления гидросреды. Описанное выше устройство не позволяет выполнять раздельное радиальное нагружение давлением нагнетаемой РЖ контролируемых колец подшипников буксового узла в процессе гидрораспора. Это обуславливает то, что при гидрораспоре в зонах сопряжения двух смежных колец с шейкой оси в одном из них (с меньшим значением натяга) масляный клин раньше достигает границы посадки от места ввода РЖ с торца сопряжения. Это ограничивает максимальное значение величины давления нагнетания РЖ и осложняет осуществление контроля прочности напрессовки второго кольца в случае необходимости повышения давления нагнетания РЖ при несколько большем значении натяга второго(смежного с первым) кольца подшипника. Отмечается снижение достоверности оценки прочности сопряжения при одновременном гидрораспоре двух смежных колец буксовых подшипников на шейке оси колесной пары при подаче РЖ в зону контакта их торцевых поверхностей. Кроме того, выполнение контроля прочности напрессовки кольца только переднего подшипника, что довольно часто встречается в практике при ремонте вагонов,неизбежно вызывает неоправданный гидрораспор от давления РЖ в зоне сопряжения второго напрессованного кольца (заднего буксового подшипника). Задачей изобретения является повышение эффективности контроля прочности соединений, надежности и технического ресурса колесных пар. Технический результат достигается тем, что устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары содержит коаксиально устанавливаемую относительно колец переднего и заднего подшипников камеру высокого давления с двумя конусными противоположно направленными внутренними поверхностями, снабженную кольцевыми уплотнениями для контактирования с наружными поверхностями напрессованных колец переднего и заднего подшипников в виде двух оппозитно расположенных тонкостенных конусных втулок и нажимными гайками в этой камере, закрепленной неподвижно и герметично в средней части по длине этих напрессованных на шейку двух колец, а также измерительные элементы, установленные с двух сторон упомянутой камеры с концентричным их закреплением на контролируемых кольцах, которые снабжены ограничителем от аксиального перемещения кольца переднего подшипника под воздействием давления РЖ в разъеме между контактирующими торцевыми поверхностями колец. Камера высокого давления выполнена в виде толстостенного стакана с глухим днищем и ступенчатыми цилиндрическими внутренними поверхностями, снабженного крышкой с уплотнительной кольцевой прокладкой, при этом крышка изготовлена с центральным конусным отверстием, вершина которого направлена внутрь толстостенного стакана. В этом отверстии установлена конусная втулка кольцевого уплотнения по поверхности кольца заднего подшипника, скрепленная неподвижно с крышкой. Днище толстостенного стакана закреплено на торце шейки оси элементами крепления, а внутренняя поверхность днища прижата к торцу кольца переднего подшипника с использованием торцевого уплотнения. Открытый торец толстостенного стакана снабжен нажимной втулкой с резьбовой наружной частью и конусной внутренней поверх 3 15308 1 2012.02.28 ностью. Эта втулка соединена с резьбовой частью на внутренней поверхности со стороны открытого конца большей ступени толстостенного стакана и взаимодействует с конусной тонкостенной втулкой кольцевого уплотнения по наружной поверхности кольца переднего подшипника, соединенной по уплотнительной прокладке с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца меньшей ступени толстостенного стакана. В боковых стенках последнего имеются радиальные сквозные проемы для закрепления на кольце переднего подшипника измерительного элемента. В днище и внутри стенок толстостенного стакана выполнены радиальные и аксиальные каналы для подвода РЖ в зону сопряжения напрессованных на шейку оси колец подшипников, снабженные двумя дополнительными клапанами управления для раздельной подачи РЖ в зону контакта с шейкой оси с торцов колец переднего и заднего подшипников и с наружного торца кольца переднего подшипника. Предусмотрена также возможность совместной подачи РЖ в указанные зоны. По аналогии с прототипом устройство включает в себя силовой элемент (камеру высокого давления), элемент крепления и измерительные элементы. Однако конструктивным отличием предложенного устройства является совместное исполнение двух первых из указанных составных элементов. Устройство включает в себя следующие основные части корпус с маслопроводами и клапанами для подачи рабочей жидкости к торцам колец подшипников (открытого торца кольца переднего подшипника и контактирующих друг с другом торцов колец заднего и переднего буксовых подшипников), а также с обратным клапаном для поддержания контрольного давления РЖ и конусной тонкостенной втулкой кольцевого уплотнения высокого давления на открытом торце упомянутого стакана по наружной поверхности внутреннего конца переднего подшипника (при этом вершина конуса направлена в сторону кольца заднего подшипника), кольцевым торцевым уплотнением по наружному концу последнего и нажимной втулкойс конусной внутренней поверхностью и с резьбовой наружной частью, соединяемой с резьбовой частью на внутренней поверхности открытого торца ступенчатого стакана, а также с продольным сквозным каналом в своей стенке, ось которого направлена к наружной цилиндрической поверхности этой нажимной втулки при этом в боковых стенках ступенчатого стакана имеются проемы для размещения измерительного элемента, а в днище и стенках стакана выполнены маслопроводы (радиальные и аксиальные каналы для нагнетания РЖ) крышку корпуса с центральным отверстием, поверхность стенок которого выполнена в виде конуса с вершиной, направленной в сторону днища стакана, при этом крышка крепится к корпусу устройства на уплотнительной прокладке тонкостенную втулку, имеющую конусную наружную поверхность контакта с поверхностью стенок центрального отверстия крышки корпуса и внутреннюю цилиндрическую поверхность, контактирующую с наружной поверхностью кольца заднего подшипника,при этом упомянутая втулка закрепляется в крышке корпуса и создает кольцевое уплотнение высокого давления по наружной поверхности кольца заднего буксового подшипника. Преимуществом данной конструкции является то, что она позволяет выполнять гидрораспор двух колец подшипников независимо друг от друга с целью повышения достоверности оценки прочности напрессовки деталей сформированных соединений с гарантированным натягом на шейке оси колесной пары. Измерительные элементы устройства устанавливают на кольце заднего и переднего подшипников независимо от силового элемента и элемента крепления, собранных вместе по месту замеров. При этом могут быть использованы как клеммовые разъемные тензометрические измерительные элементы (по аналогии с устройством-прототипом), так и иные измерительные устройства, позволяющие фиксировать величину радиальных деформаций наружных поверхностей контролируемых колец при их напряженно-деформированном состоянии (НДС) от гидрораспора, создаваемого давлением РЖ, как при 4 15308 1 2012.02.28 раздельном контроле каждого из колец, так и при совместном гидрораспоре. По величине деформаций (или по величине напряжений) устанавливают величину натяга путем пересчета измеренных величин по известным из теории упругости и теории гидрораспора 3 зависимостям. На фигурах изображено устройство для неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары, продольный разрез (фиг. 1, 2). Устройство содержит корпус 1, включающий в себя часть силового элемента (камеру высокого давления в виде толстостенного ступенчатого стакана) и элемента крепления,конусные тонкостенные втулки 2, 3 кольцевых уплотнений высокого давления по наружным поверхностям колец 4 и 5 переднего и заднего подшипников, нажимную гайку 6,снабженную наружной резьбой и продольным маслопроводом, крышку 7 корпуса с уплотнительной прокладкой 8, торцевое кольцевое уплотнение 9, клапаны 10, 11 управления подачей рабочей жидкости (РЖ) в изолированные полости А и Б корпуса 1 после сборки устройства на объекте контроля, обратный клапан 12 для поддержания заданного давления РЖ, штуцеры 13 и 14 для подключения масляных манометров, насос ручной высокого давления 15 (или иное устройство) для нагнетания РЖ в корпус 1, болты 16 с уплотнительными прокладками 17 для соосного закрепления измерительного устройства на торце шейки оси колесной пары, измерительные элементы, устанавливаемые на наружные поверхности колец 4, 5 (1 и 2, 1 и 2, на фигурах условно не показаны). Контроль прочности напрессовки осуществляется следующим образом. Устанавливают на кольцо 5 втулку 3 уплотнения высокого давления, а затем крышку 7 корпуса 1 с прокладкой 8, нажимную гайку 6 и сдвигают перечисленные детали в крайнее левое положение по кольцу 5. Корпус 1 с закрепленной в нем втулкой 2 и торцевым уплотнением 9 устанавливают концентрично на кольцо 4, и сдвигают влево до упора торца последнего в уплотнение 9, и закрепляют соосно на торце шейки оси болтами 16 с уплотнительными прокладками 17 для герметизации внутренней полости А. Заворачивают при помощи специального накидного ключа гайку 6, зажимая конусную втулку 2 уплотнения высокого давления полости В, закрепляют на прокладке 8 к корпусу 1 крышку 7, а затем закрепляют конусную втулку 3 второго кольцевого уплотнения высокого давления полости В. При закрытом положении клапана 10 и открытом клапане 11 (фиг. 2) насосом 15 нагнетают масло высокого давления (до 50 МПа) в полость А под торец кольца 4. Снимают показания (по деформациям или напряжениям) с наружной поверхности контролируемого кольца 4 (по аналогии с прототипом паз 1 и 2). Затем закрывают клапан 11, открывают клапан 10 и нагнетают масло в полость В под торец кольца 5 (по аналогии с прототипом). Осуществляют контроль прочности напрессовки кольца 5. При этом возможно нагнетание РЖ одновременно в полость А и полость В при открытых клапанах 10 и 11. Источники информации 1. Патент 7377 1, МПК 23 11/0201 1/22. Способ контроля исходной прочности тепловой напрессовки кольца подшипника на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления / И.Л.Чернин, В.И.Сенько, Л.В.Сенько.20010261 заявл. 20.03.2001 опубл. 30.09.2005. 2. Патент 2329478 1, МПК 01 1/22. Способ неразрушающего контроля прочности напрессовки колец подшипников на шейке оси колесной пары и устройство для его осуществления / В.И.Сенько, И.Л.Чернин, Р.П.Чернин, Н.Г.Сенько.2006134798 заявл. 02.10.2006 опубл. 20.07.2008 // Бюл.20. - 2008 (прототип). 3. Сенько В.И., Чернин И.Л., Бычек И.С. Техническое обслуживание вагонов. Организация ремонта грузовых вагонов в депо. - Гомель Бел ГУТ, 2002. - 371 с. Национальный центр интеллектуальной собственности. 220034, г. Минск, ул. Козлова, 20. 6