Кассетные подшипники

Несколько лет назад РЖД заявили, что с 2021 года на их баланс будут ставиться грузовые вагоны только повышенной грузоподъемности, в которых вместо обычных роликовых подшипников должны быть установлены инновационные - кассетные. Почему так быстро?

Потому что США такой переход начали еще в 1966 году, что позволило уменьшить число отказов по вине подшипников в 25 раз относительно уровня 1955 года. С 1992 года нагрузку на ось 100-тонного вагона довели до 32,5 тонны. Китай такую процедуру провел за 3 года (50 лет назад) и увеличил скорость грузовых вагонов по стране до 180 км./час вместо 80-100.

Такая резвость РЖД, конечно с поддержкой правительства, похвальна. Тем более, что, с их утверждения, 3 завода-изготовителя таких подшипников на территории России готовы в разы увеличить количество выпускаемой продукции.

На самом деле все не так просто — совладельцами всех 3-х заводов (это «ЕПК-Бренко», SKF, «Тимкен Рус Компани») являются США, SKF, США. Ведь они в любой момент, особенно после введения санкций, могут покинуть Россию, увезя с собой свой инновационные материалы для подшипников, технологии и инструменты. Сможем ли мы своими силами освоить производство такой продукции. Есть большие сомнения.

Мировая практика и необходимость увеличения общей надежности и ресурса вагонного парка показывает, что переход на новые современные подшипники нужен и возможен. Но для России не так быстро, потому что наши 3 завода-изготовителя (по сути сборочных) не справятся с задачей быстрого перевооружения. Нужны новые заводы, соответственно и вложения, время.

Что же это за инновационные изделия? Ознакомимся с ними ниже.

Кассетные подшипники, особенности конструкции

Кассетным подшипником называется подшипниковая опора на основе специального подшипника с коническими роликами для железнодорожных осей грузовых и скоростных пассажирских вагонов. Эта цельная, уже готовая к установке на шейки вагонных осей, сборочная единица.

Устанавливаются отверстием на шейки осей колес (с натягом - отрицательным зазором), а наружным диамером - в корпус буксы (с зазором).

Кассетные опоры, установленные на шейки вагонных осей, обеспечивают вращение колесных пар и соответствующее поступательное движение вагона. Они воспринимают на себя и передают через колеса на рельсы силы тяжести вагона с грузом и динамические нагрузки, появляющиеся при движении вагона, особенно при поворотах.

Конструктивно кассетный подшипник состоит из:

• одного конического подшипника, состоящего из 2-х внутренних колец и одного общего наружного кольца, 2-х рядов конических роликов, 2-х сепараторов. Все детали кроме сепараторов изготавливаются из подшипниковой стали. Материал сепараторов — сталь (штампованная или точеная) или полимер ;
• корпуса - из чугуна или алюминиевого сплава;
• 2-х крепительных крышек, привернутых к корпусу болтами;
• задней и передней крышек, центрирующихся по посадочной шейке оси колесной пары;
• смотровой крышки и набора крепежных болтов, уплотнительных полимерных прокладок. Смотровая крышка служит для проведения осмотра, уплотнительные прокладки для защиты от вытекания смазки, болты для крепления деталей между собой.

Выше была описана конструкция кассетного подшипника с корпусом буксы. Но есть и варианты конструкций без корпуса буксы, например, модели TBU 130 х 230, TBU 130 х 230 и TBU 130 х 230, отличающиеся внутренним или наружным диаметром опоры и шириной. В этой конструкции роль корпуса выполняет наружное кольцо. В таких моделях закладывается значительно меньшее количество смазки.

Для защиты от коррозии все поверхности деталей имеют фосфатное покрытие.

В собранном подшипнике выставлены необходимые зазоры, внесена смазка. Смазка инновационная, с повышенным циклом службы.

Собранные подшипники устанавливаются на шейки оси колесной пары прессованием. Осевая фиксация «кассетника» на валу производится с помощью торцовой шайбы и 3(4) болтов из его же комплекта.

В процессе эксплуатации добавление смазки не требуется. Ремонт подшипников осуществляется в центрах изготовителей подшипников.

Гарантийный срок службы — 8 лет или 1,2 млн. км. пробега.

Наиболее сложными и трудоемкими процессами в изготовлении кассетных подшипников являются ковка, точная токарная обработка, термообработка и шлифовка.

Отличительные особенности кассетного подшипника по сравнению с предыдущим вариантом подшипниковых опор ж/д колесных пар:

• вместо 2-х роликовых подшипников в новом изделии используется один роликовый подшипник, но с двумя внутренними кольцами и одним наружным (широким);
• вместо цилиндрических роликов устанавливаются конические;
• внутренние зазоры (радиальные и осевые) выставляются заводом изготовителем, а в предыдущих вариантах при их монтаже на оси колесных пар;
• смазка в подшипник закладывается заводом на весь ресурс, а в прежний - при монтаже на ось, с периодической подсмазкой в процессе эксплуатации.

Преимущества кассетных подшипников

Вот некоторые из них:

• компактность конструкции и малогабаритность без потери грузоподъемности;
• высокая степень герметизации. Достигается инновационными встроенными уплотнениями, защищающими рабочие поверхности от пыли и грязи (для России очень характерны), и исключающие возможность вытекания смазки заложенной заводом, а следовательно, и издержки при пересмазыванию. Отличная защита от проникновения воды, что снижает число отказов;
• способность конических роликов в процессе работы самостоятельно выравниваться и равномерно распределять нагрузки;
• снижение износа деталей и повреждения шеек оси;
• срок службы — 16 лет, против 5 у опоры с цилиндрическими роликами;
• грузоподъемность оси — 32 тонны, против обычного 18 т.;

Производители кассетных подшипников

На территории России по состоянию на 2020 год кассетные подшипники производили 3 завода:

• завод SKF (ООО «СКФ Тверь»), сегодня ООО «ТЕК-КОМ Производство». В июне 2022 года на Петербургском экономическом форуме подписано соглашение о реализации СПИК 2 по производству железнодорожных подшипников. Намерение — отказаться от импортных комплектующих;
• завод Timken-ОВК. Тихвин Ленинградская обл. Сборочное производство из американских комплектующих. В апреле 2022 года американская сторона объявила об уходе из России;
• ЕПК-Бренко Подшипниковая компания (Саратов) — совместная компания РФ и США, организованная в 2009 году. Производит 2 типа кассетных подшипников и их восстановительный ремонт. Производственная мощность — около 275000 шт./год. По заявлению компании ее стратегическая задача — полная локализация производства своих изделий в России с 2024 года. Год назад компания начала заниматься вопросом производства кассетных подшипников повышенного ресурса.

Все они заявляли о возможности наращивания объемов производства, но сегодня есть большие сомнения по многим причинам.

На существующих «российских» заводах современное производственное оборудование (прессы для изготовления поковок, обрабатывающие центры, измерительные системы и подобное) поставлено из-за рубежа. Оно требует постоянного обслуживания, ремонта и своевременной замены.

Уникальные технологии получения исходных материалов для входящих деталей подшипника и изготовления самих деталей опять же принадлежат зарубежным партнерам и вряд ли они охотно ими поделятся с нами.

То же самое касается и защиты авторских прав на интеллектуальную собственность. За рубежом эта защита поставлена повсеместно. Многие изготовители своего уникального оборудования в это самое оборудование внедряют элементы защиты интеллектуальной собственности. В нужный (для них) момент они могут превратить это оборудование в металлолом.

Основными производителями кассетных подшипников в мире являются компании:

• SKF (Швеция). Это самый крупный в мире концерн, занимающийся производством подшипников. Основан в 1907 году. Имеет более 140 заводов по всему миру, в том числе во Франции, Германии, Италия, Китай и даже в России (с 2010 года).
• TIMKEN. Основана в 1899 году. Сегодня лидер по производству легированных сталей (12 заводов) и крупнейший производитель конических подшипников (60 заводов). Подшипники для ж/д вагонов выпускает с 1964 года;
• BRENCO (США). Основана в 1949 году. С 1959 года приступила к изготовлению кассетного подшипника (роликового) для AAR (ассоциации американских дорог). В настоящее время ее продукция является эталоном подобной продукции.

Эти компании могут изготовить любой кассетный подшипник, в любом количестве и все самого высокого качества. Но в ближайшие годы, судя по обстановке, нам они не помощники и не партнеры.

Мировой опыт использования кассетных подшипников в ж/д транспорте, в том числе и в России, показывает, что их использование позволяет подвижному составу доставлять тяжеловесные грузы на более дальние расстояния и в более короткие сроки.

По состоянию на 1919 год 88% грузовых вагонов РФ оснащены цилиндрическими роликовыми подшипниками. Поэтому для перевода подвижного состава на кассетные опоры в ближайшее время придется искать пути покупки импортных подшипников, например «серых». А дальше, не откладывая на потом, несмотря на большие затраты, готовить производства по выпуску своих кассетных подшипников.