Патент на полезную модель Республики Беларусь

1. (19) BY (11) 7009
(13) U
(46) 2011.02.28
ОПИСАНИЕ
ПОЛЕЗНОЙ
МОДЕЛИ К
ПАТЕНТУ
(12)
РЕСПУБЛИКА БЕЛАРУСЬ
НАЦИОНАЛЬНЫЙ ЦЕНТР
ИНТЕЛЛЕКТУАЛЬНОЙ
СОБСТВЕННОСТИ
(51) МПК (2009)
B 23P 11/02
B 23P 19/02
G 01L 1/22
(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ПРОЧНОСТИ НА СДВИГ
И РАСПРЕССОВКИ КОЛЕЦ ПОДШИПНИКОВ КОЛЁСНЫХ ПАР
(21) Номер заявки: u 20100634
(22) 2010.07.14
(71) Заявитель: Учреждение образования
"Белорусский государственный уни-
верситет транспорта" (BY)
(72) Авторы: Чернин Игорь Леонидович;
Чернин Ростислав Игоревич; Руденок
Владимир Алексеевич; Костюков Дмит-
рий Иванович (BY)
(73) Патентообладатель: Учреждение обра-
зования "Белорусский государствен-
ный университет транспорта" (BY)
(57)
1. Устройство для контроля прочности на сдвиг и распрессовки колец подшипников
колесных пар, содержащее чувствительный элемент в виде цилиндрической втулки с уста-
новленными 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
BY7009U2011.02.28

2. BY 7009 U 2011.02.28
2
стаканообразного корпуса гидроцилиндра гидросистемы и закреплена на этом фланце с
другого своего конца со сферической торцевой поверхностью нажимной плиты со сфери-
ческой 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 гид-
роцилиндр 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 резь-
бовой 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 выпол-
нены две внутренние смежные проточки, одна из которых выполнена по размерам цилин-
дрического 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 цилиндриче-
ской втулки чувствительного элемента выполнены кольцевые направляющие буртики,
разделенные цилиндрической внутренней проточкой.
(56)
1. А.с. СССР 1656361, МПК7
G 01L 1/22, 1991.
2. Патент BY 7377 C1, МПК B 23P 11/02, G 01L 1/ 22, 2005 (прототип).
Полезная модель относится к области машиностроения и транспорта, а именно к ме-
ханосборочному производству, в частности к сборке с натягом деталей типа вал-втулка
тепловым способом, и предназначена для оценки прочности сопряжения внутренних ко-
лец 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 ва-
гоностроении и при ремонте вагонов, и используемые для этой цели технические средства
не обеспечивают возможности получения вполне достоверных данных по прочности по-
садки относительному сдвигу. Кроме того, из-за дискретности контакта на отдельных уча-
стках сопряженных поверхностей фактические величины контактного давления могут
отличаться.
Известно использование устройства контроля усилий и напряжений в элементах ме-
таллоконструкций 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 коак-
сиально на кольце подшипника. Чувствительный элемент выполнен в виде втулки, на
внутренней поверхности которой имеется цилиндрическая проточка. Цилиндрическая и

3. BY 7009 U 2011.02.28
3
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 по-
верхности упомянутой втулки выполнена замкнутая кольцевая полость, предназначенная
для циркуляции среды, охлаждающей установленные в этой кольцевой полости тензоре-
зисторы. Внутренняя герметически изолированная полость заполнена жидкой рабочей
средой для передачи на чувствительный элемент гидростатического давления, создавае-
мого радиальной деформацией кольца подшипника при создании натяга в соединении по-
следнего с шейкой оси. При этом указанная внутренняя полость соединена с источником
давления жидкой среды и снабжена нормально открытым клапаном для связи с атмосфе-
рой во время заполнения жидкостью и обратным клапаном для перекрытия подачи жидко-
сти 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 эле-
мент 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 тор-
цевой поверхностью, установлена концентрично на упорном фланце стаканообразного
корпуса гидроцилиндра гидросистемы. Втулка закреплена на этом фланце с другого сво-
его конца со сферической торцевой поверхностью нажимной плитой со сферической
внутренней поверхностью вокруг ее центрального отверстия и крепежным диском с цен-
тральным отверстием, который снабжен продольными элементами соосного скрепления
полученного измерительного блока на поверхности гидроцилиндра с клеммовым зажи-
мом. 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 по-
верхности 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 требо-
ваниям 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). Чувствитель-
ный элемент изготавливается из внутреннего кольца используемых в буксовых узлах ти-
повых 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, соеди-
ненные в измерительный мост, а сама втулка охватывает стаканообразный корпус рабочего
гидроцилиндра относительного сдвига, установлена своей плоской торцевой поверхно-
стью 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 элемен-
тами соосного скрепления. Таким образом, создается составной измерительный блок, кон-
центрично расположенный относительно корпуса упомянутого рабочего гидроцилиндра.
В рабочем гидроцилиндре размещен полый стаканообразный ступенчатый поршень-шток,
снабженный кольцевыми уплотнениями по наружной цилиндрической поверхности

4. BY 7009 U 2011.02.28
4
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 буксово-
го узла роликовой колесной пары.
Составной измерительный блок соединен с клеммовым разрезным зажимом упомяну-
тыми 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, про-
точка 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 кон-
центрично 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 скреп-
ления (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 фикси-
ровать 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). Выполня-
ют балансировку (установку нуля) измерительного моста месдозы (измерительного эле-
мента 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 осуществ-
ляют нагружение контролируемого кольца 13 нормированным аксиальным сдвигающим
усилием относительно шейки оси, передаваемым на кольцо 13 через месдозу. Увеличива-
ют аксиальную сдвигающую нагрузку до нормативного значения Рс1, установленного тре-
бованиями ТНПА, фиксируя ее по показаниям приборов тензометрического контроля (на
чертеже условно не показаны), и проверяют наличие смещения по шкале индикатора ча-
сового типа. При отсутствии смещения (стрелка индикатора не отклоняется от начального
положения) контролируемое соединение признается годным к эксплуатации и не подле-
жит 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

5. BY 7009 U 2011.02.28
5
через штуцер 18, перемещают кольцо 13 на свободное место поршень-штока перед упор-
ным фланцем 4 корпуса гидроцилиндра. Проверку прочности напрессовки кольца 14 зад-
него подшипника выполняют аналогично, переместив на буртик его разъемный (разрезной)
клеммовый зажим 15. В этом случае величина контрольного аксиального сдвигающего
усилия определяется ∑Рсф = Pс1 + Pс2, где Рс2 - допустимое по требованиям ТНПА значение
величины аксиальной сдвигающей нагрузки для кольца 14 заднего подшипника.
При наличии признаков сдвига (по индикатору часового типа) выполняют механиче-
скую распрессовку колец 13, 14 или поочередно, или совместно при увеличении давления
масла в рабочем гидроцилиндре.
Эффективность предложенного устройства заключается в использовании более эф-
фективного контроля прочности на сдвиг колец роликовых подшипников буксовых узлов
колесных пар вагонов по сравнению с известными устройствами, применяемыми для тех-
нической 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 индукцион-
ного нагрева деталей для демонтажа напрессовок буксовых узлов колесных пар вагонов).
Национальный центр интеллектуальной собственности.
220034, г. Минск, ул. Козлова, 20.