ГОСТ 33783-2016 Колесные пары железнодорожного подвижного состава. Методы определения показателей прочности.
ГОСТ 33783-2016
Группа Д56
МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ
КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
Методы определения показателей прочности
Wheelsets of the railway rolling stock. Methods of strength performance determination
МКС 45.060
ОКП 31 8381
Дата введения 2017-05-01
Предисловие
Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2-2015 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"
Сведения о стандарте
1 РАЗРАБОТАН Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский конструкторско-технологический институт подвижного состава" (ОАО "ВНИКТИ")
2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 524 "Железнодорожный транспорт"
3 ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 20 апреля 2016 г. N 87-П)
За принятие проголосовали:
|
|
|
Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Код страны по МК (ИСО 3166) 004-97 | Сокращенное наименование национального органа по стандартизации |
Армения | AM | Минэкономики Республики Армения |
Беларусь | BY | Госстандарт Республики Беларусь |
Казахстан | KZ | Госстандарт Республики Казахстан |
Киргизия | KG | Кыргызстандарт |
Россия | RU | Росстандарт |
Таджикистан | TJ | Таджикстандарт |
4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 27 июля 2016 г. N 885-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33783-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 мая 2017 года.
5 Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований технических регламентов Таможенного союза "О безопасности железнодорожного подвижного состава" и "О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта"
6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ
Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном (по состоянию на 1 января текущего года) информационном указателе "Национальные стандарты", а текст изменений и поправок - в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе "Национальные стандарты". Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет (www.gost.ru)
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на колесные пары (КП) и колесные блоки (КБ) железнодорожного подвижного состава (ПС): локомотивов, моторвагонного подвижного состава (МВПС), специального железнодорожного подвижного состава (СПС).
Настоящий стандарт устанавливает методы определения значений показателей прочности КП и КБ.
2 Нормативные ссылки
В настоящем стандарте использованы ссылки на следующие межгосударственные стандарты:
ГОСТ 12.0.004-90 Система стандартов безопасности труда. Организация обучения безопасности труда. Общие положения
ГОСТ 12.2.003-91 Система стандартов безопасности труда. Оборудование производственное. Общие требования безопасности
ГОСТ 12.4.026-76* Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные и знаки безопасности
_______________
* На территории Российской Федерации действует ГОСТ Р 12.4.026-2001 "Система стандартов безопасности труда. Цвета сигнальные, знаки безопасности и разметка сигнальная. Назначение и правила применения. Общие технические требования и характеристики. Методы испытаний".
ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость
ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости
ГОСТ 25.507-85 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы испытаний на усталость при эксплуатационных режимах нагружения. Общие требования
ГОСТ 4491-86 Центры колесные литые для подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия
ГОСТ 4835-2013 Колесные пары железнодорожных вагонов. Технические условия
ГОСТ 10791-2011 Колеса цельнокатаные. Технические условия
ГОСТ 11018-2011 Колесные пары тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия
ГОСТ 16504-81 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения
ГОСТ 21616-91 Тензорезисторы. Общие технические условия
ГОСТ 23207-78 Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения
ГОСТ 31847-2012 Колесные пары специального подвижного состава. Общие технические условия
ГОСТ 32207-2013 Колеса железнодорожного подвижного состава. Методы определения остаточных напряжений
ГОСТ 33200-2014 Оси колесных пар железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия
Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования - на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю "Национальные стандарты", который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя "Национальные стандарты" за текущий год. Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом. Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку.
3 Термины и определения
В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 16504, ГОСТ 23207, а также следующие термины с соответствующими определениями:
3.1 база испытаний: Наибольшая продолжительность (по числу циклов нагружения) испытаний на усталость, задаваемая предварительно.
3.2
|
бандаж: Деталь составного колеса, имеющая специальный профиль, обеспечивающий его контакт с рельсом и задаваемые условия контакта.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.8] |
3.3 боковые силы: Горизонтальные поперечные силы, вызванные вилянием экипажа, центробежными силами надрессорного строения при вписывании в кривые, силами инерции необрессоренных масс КП на горизонтальных неровностях пути.
3.4 вертикальные силы: Силы веса, силы инерции обрессоренных и необрессоренных масс КП при колебаниях экипажа на вертикальных неровностях пути.
3.5 дисковый тормоз: Сборочная единица, предназначенная для фрикционного торможения ПС с помощью дисков, устанавливаемых на оси КП или на боковых сторонах дисков ходовых колес.
3.7
|
заказчик: Предприятие, организация или юридическое лицо, по заявке или договору с которым осуществляется разработка, производство и (или) поставка КП.
[ГОСТ 4835-2013, пункт 3.4] |
3.8 касательные силы: Силы, лежащие в плоскости колеса и направленные по касательной к ободу (бандажу), обусловленные силой тяги, торможения, боксования и передающиеся на колесо через ось или элементы тягового привода.
3.9 колесная пара - аналог: КП, имеющая подобные технические параметры.
3.10
|
колесный блок (КБ): Сборочная единица, состоящая из двух независимых колесных узлов (КУ), прикрепленных к раме колесного блока с возможностью движения по колее постоянной ширины или со сменой ширины колеи.
[ГОСТ 4835-2013, пункт 3.5] |
3.11 колесно-моторный блок: Сборочная единица, состоящая из колесной пары, тягового электродвигателя с редуктором или редуктора.
3.12
|
колесо составное (ходовое): Сборочная единица КП, состоящая из колесного центра, бандажа и закрепляющего его бандажного кольца.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.5] |
Примечание - Составное колесо может иметь более сложную конструкцию, включающую упругие элементы или встроенный тормозной диск, удлиненную ступицу для установки на ней зубчатого колеса.
3.13
|
колесо цельное (ходовое): Цельная деталь колесной пары с ободом, дисковой частью и ступицей.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.4] |
3.14 колесо ходовое: Деталь КП и КБ, представляющая собой цельную деталь или сборочную единицу, при вращении которой в непосредственном контакте с рельсом осуществляется перемещение железнодорожного ПС.
3.15 колесный центр: Деталь составного колеса с ободом, дисковой, коробчатой (двухдисковой) или спицевой частью и ступицей, расположенная между бандажом и осью КП.
3.16 колесный узел (КУ): Сборочная единица, состоящая из полуоси, неподвижно закрепленного колеса с тормозными дисками, буксовых узлов (наружного и внутреннего) и других деталей.
3.17 колесная пара немоторная: КП, не передающая тягового усилия.
3.18 моторная колесная пара: КП, передающая тяговое усилие при вращении.
3.19 набегающее колесо: Колесо, набегающее на наружный рельс и являющееся направляющим при вписывании ПС в кривые участки пути.
3.20
|
обод колеса: Наружная утолщенная часть цельного колеса, имеющая специальный профиль, обеспечивающий его контакт с рельсом и задаваемые условия контакта.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.7] |
3.21
|
обод колесного центра: Наружная утолщенная часть колесного центра, предназначенная для посадки бандажа.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.12] |
3.22 ось колесной пары: Элемент колесной пары подвижного состава, представляющий собой цельную деталь круглого поперечного сечения, имеющую разные диаметры по длине в зависимости от частей и усилий, возникающих в них.
3.23 остаточные напряжения: Напряжения, возникающие вследствие технологических и эксплуатационных воздействий (тепловых или механических) и остающиеся в конструкции после снятия этих воздействий.
3.24 офсет: Конструкционное смещение обода (бандажа) колеса относительно ступицы колеса (колесного центра) в радиальном сечении.
3.25 полигонные ходовые испытания: Испытания КП, КБ при движении ПС, проводимые в установленном порядке на аттестованном участке пути или на действующих магистральных железнодорожных путях, характерных для условий эксплуатации и назначения ПС.
3.26 полуось колесного узла: Элемент КУ, на котором монтируются ходовое колесо с тормозными дисками и подшипники.
3.27
|
полый вал: Элемент тягового привода, охватывающий среднюю часть оси КП и передающий крутящий момент от зубчатого колеса КП.
[ГОСТ 11018-2011, пункт 3.25] |
3.28 прототип КП, КБ: КП, КБ или их элементы (колесо, ось), аналогичные проверяемой по конструкции, материалу, технологии изготовления и (или) условиям нагружения при эксплуатации.
3.29 предел выносливости оси КП (полуоси КБ): Наибольшая амплитуда цикла регулярного нагружения оси КП (полуоси КБ) циклическим симметричным круговым изгибом, которую ось (полуось) выдерживает без образования усталостной трещины до базового числа циклов.
3.30 предел выносливости колеса КП (КБ): Наибольшая амплитуда цикла регулярного нагружения колеса КП (КБ) циклическим круговым изгибом, отнесенная к фиксированному среднему напряжению цикла, которую колесо выдерживает без образования усталостной трещины до базового числа циклов.
3.31 прочность: Свойство детали или конструкции воспринимать воздействие внешних сил без разрушения и без изменения геометрических размеров вследствие пластических деформаций.
Примечание - Термин не распространяется на оценку состояния рабочих поверхностей обода цельного колеса и бандажа составного (выщербины, износ, наплывы и т.п.).
3.32 сбегающее колесо: Колесо КП, противоположное набегающему.
3.33 сопротивление усталости деталей КП: Свойство колес, осей и других деталей КП противостоять усталости при действии эксплуатационных механических и температурных нагрузок.
3.35 ступица колеса, зубчатого колеса или тормозного диска: Центральная утолщенная часть ходового или зубчатого колеса, тормозного диска с отверстием для установки их на оси колесной пары.
Примечание - Ступица колеса может быть с удлиненным выступом (удлиненная ступица) для формирования посадочной поверхности под установку на ней зубчатого колеса (и других деталей).
3.36 схема нагружения: Схематическое изображение силовых факторов, действующих на КП, КБ или их элементы в эксплуатации.
3.37 термоциклическая усталость: Процесс постепенного накопления повреждений материала под действием неравномерного многократного нагрева и охлаждения, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин и разрушению.
3.38 температурные напряжения: Напряжения, возникающие в колесе при фрикционном колодочном или дисковом торможении вследствие неравномерных температурных полей.
3.39
|
тормозной диск: Часть дискового тормоза, установленная на боковых сторонах диска колеса или ступицы тормозного диска.
[ГОСТ 4835-2013, пункт 3.14] |
3.40 технологическая ось: Деталь, устанавливаемая в испытуемое колесо для создания в нем кругового изгибающего момента при испытаниях его на усталость.
3.41 центробежные силы: Объемные силы, обусловленные вращением колеса как инерционной массы и направленные от оси вращения (учитываются при скоростях выше 250 км/ч).
4 Общие положения
4.1 Определение значений показателей прочности следует проводить при изменении конструкции КП, а также для серийно выпускаемых КП в случае изменения условий эксплуатации, приводящих к изменению действующих на них нагрузок (увеличение конструкционной скорости, эксплуатационных нагрузок).
Примечание - Под изменением конструкции КП понимают:
- изменение расположения деталей между колесами КП или применение новых деталей, изменяющих схему нагружения;
- изменение формы и размеров диска (в т.ч. офсета), обода, ступицы колеса;
- изменение наружного или внутреннего диаметра оси КП, формы и размеров галтелей, расположения посадочных и присоединительных зон по длине оси.
4.2 Наименования определяемых показателей прочности КП (КБ) и методы их определения приведены в таблице 1.
Таблица 1
|
|
Наименование показателя | Метод определения |
1 Предел выносливости натурного колеса при нагружении циклическим круговым изгибом  , МПа | 7.6.3 |
2 Предел выносливости натурной оси при нагружении циклическим круговым изгибом , МПа | 7.6.2 |
3 Коэффициент запаса статической прочности диска колеса КП  | 7.7.2.1 |
4 Коэффициент запаса статической прочности оси КП | 7.7.1.1 |
5 Коэффициент запаса сопротивления усталости колеса КП | 7.7.2.2 |
6 Коэффициент запаса сопротивления усталости оси КП | 7.7.1.2 |
7 Остаточные напряжения сжатия на поверхности катания цельного колеса  , МПа | 7.11.4 |
8 Остаточные напряжения сжатия на поверхности катания чернового бандажа , МПа | 7.11.4 |
9 Химические и механические свойства, макро- и микроструктура материала колеса и оси  | 7.11.5 |
10 Прочность соединений колеса, зубчатого колеса, тормозного диска с осью  , кН | 7.10 |
11 Прочность соединения бандажа с ободом колесного центра составного колеса | 7.9 |
12 Осевые деформации обода колеса (изменение расстояния между внутренними торцами ободьев) , м | 7.5.2.2 |
13 Прогиб оси в местах посадочных поверхностей подшипников и зубчатых колес , м | 7.7.1.3 |
14 Вероятность безотказной работы , % | 7.8 |
Определяют при испытаниях на усталость натурных колес и осей, если применены новые конструкции и материалы, технологии изготовления, а также при изменении завода-изготовителя. Допускается использование результатов ранее проведенных испытаний прототипов. Определяют для колес и осей, устанавливаемых на новом ПС, или при изменении конструкции, технологии изготовления, заводов-изготовителей или при изменении условий эксплуатации. Определяют по согласованию с заказчиком (владельцем инфраструктуры). Проводят с целью контроля качества изготовления и свойств материала осей и колес, прошедших испытания на усталость. Определяют расчетом и/или контролем диаграммы запрессовки. | |
5 Условия проведения испытаний
5.1 Стендовые испытания КП, КБ, колес (колесных центров, зубчатых колес), осей, бандажей проводят в закрытом помещении с температурой воздуха от 10°С до 30°С, в которое указанные объекты испытаний и мерительный инструмент помещают не менее чем за одни сутки до начала проведения измерений.
5.2 Тензорезисторы и термопары, установленные на объекте испытаний, должны быть защищены от попадания влаги, грязи, механических повреждений, магнитных, электрических и температурных полей.
5.3 Для исключения влияния температурного приращения сопротивления рабочего тензорезистора, вызванного изменением температуры окружающей среды, в измерительную схему должен быть включен компенсационный тензорезистор (если это не предусмотрено измерительным прибором).
5.4 Для исключения неравномерного обдува при работе стенда для испытаний на усталость следует экранировать поверхности объекта с помощью различных материалов (полиэтилен, пленки, оргстекло и др.).
5.5 Механическую разрезку колеса и бандажа при разрушающем методе определения остаточных напряжений производят с охлаждением, не допуская разогрева до установленных предельных температур нагрева тензорезисторов.
5.6 Повторное снятие показаний тензорезисторов после операций механической разрезки колес (бандажей) производят не ранее, чем через сутки.
5.7 Ходовые испытания по определению влияния профиля пути на напряженное состояние КП или КБ ПС выполняют на участке пути протяженностью от 15 км, аттестованном в установленном порядке.
5.8 По требованию Заказчика для определения гистограмм распределения напряжений КП или КБ ПС проводят ходовые полигонные испытания на действующих участках железнодорожного пути, включающие участки различного профиля, конструкции, жесткости и технического состояния. Испытания проводят в любое время года и при любых погодных условиях, с обеспечением безопасности движения в соответствии с требованиями нормативных документов, устанавливающих правила технической эксплуатации железных дорог*.
_______________
* На территории Российской Федерации эти требования установлены в Правилах технической эксплуатации железных дорог Российской Федерации, утвержденных Минтрансом России 21 декабря 2010 г., приказом N 286.
Испытания проводят в груженом состоянии ПС, с регистрацией параметров движения, показателей напряженного состояния в процессе движения в режимах, заданных программой испытаний.
6 Требования к средствам измерений и испытательному оборудованию
6.1 Требования к испытательному оборудованию
6.1.1 Испытательное оборудование должно быть аттестовано в соответствии с нормативными документами*, принятыми национальными органами по стандартизации, входящими в состав Евразийского совета по стандартизации, метрологии и сертификации.
_______________
* В Российской Федерации эти требования установлены в ГОСТ Р 8.568-97 "Государственная система обеспечения единства измерений. Аттестация испытательного оборудования. Основные положения".
6.1.2 В качестве испытательного оборудования для экспериментального определения напряженно-деформированного состояния (НДС) осей и колес, КП, КБ (калибровки КП, КБ) с применением тензометрических схем должен использоваться стенд, обеспечивающий возможность приложения к буксовым шейкам КП (КБ) вертикальных квазистатических сил и боковых сил взаимодействия гребня колеса с головкой рельса.
Рекомендуется использование автоматизированного силоизмерительного стенда, оснащенного силоизмерительной системой, позволяющей осуществлять ступенчатое нагружение КП (КБ) вертикальными и боковыми силами.
6.1.3 При испытаниях на усталость натурных осей и колес КП (КБ) должен использоваться стенд, обеспечивающий их нагружение круговым изгибающим моментом, имитирующим движение КП по кривым участкам пути при взаимодействии гребня колеса с головкой рельса.
6.1.4 При испытаниях по оценке прочности соединения колеса (зубчатого колеса, тормозного диска) с осью должен использоваться гидравлический пресс.
6.2 Требования к средствам измерений
6.2.1 Все средства измерений (СИ), используемые при испытаниях КП (КБ) и их составных частей, должны быть утвержденных типов и поверены.
6.2.2 В качестве первичных преобразователей при определении напряжений используют датчики деформаций (тензорезисторы) по ГОСТ 21616.
6.2.3 При испытаниях используют измерительно-вычислительные комплексы с классом точности не менее 0,5.
6.2.4 Образцовые манометры, используемые при калибровке КП (КБ), должны обеспечивать погрешность измерения сил не более 5%.
6.2.5 Применяемые измерительные, регистрирующие и другие СИ должны обеспечивать регистрацию и анализ исследуемых процессов в диапазоне частот от 0 до 250 Гц.
6.2.6 При испытаниях методом тензометрирования применяют тензорезисторы проволочного или фольгового типа. Температуры объекта испытаний измеряют с помощью специальных термодатчиков (термопар, тепловизоров и т.п.).
Допускается использовать другие СИ при соответствии их погрешностей (классов точности) и условий эксплуатации требованиям не ниже указанных в 6.2.3 и 6.2.4.
6.2.8 На цилиндрических поверхностях осей и участках спиц составных колес, испытывающих одноосное напряженное состояние, используют одиночные тензорезисторы.
На дисковых поверхностях колес, находящихся в состоянии плоского (двухосного) напряженного состояния, в случае, когда главные напряжения совпадают с меридиональными и окружными, тензорезисторы должны быть установлены в меридиональном и окружном направлениях (в приступичной зоне при положениях сечения с тензорезисторами 0° и 180°) - и собраны в двухкомпонентные розетки.
В местах, где направления главных напряжений неизвестны, используют трехкомпонентные розетки (у отверстий, сложных галтелей, изменения формы и т.п.).
7 Методы определения показателей прочности
7.1 Определение показателей прочности расчетным методом
7.1.1 Определение показателей прочности КП включает следующие этапы:
- подготовка исходных данных для расчета по 7.1.2;
- классификация нагрузок, действующих на КП (КБ);
- выбор расчетных режимов и определение нагрузок;
- определение НДС элементов КП (КБ);
- определение характеристик прочности и сопротивления усталости;
- определение коэффициентов запаса сопротивления усталости и статической прочности;
- оценка вероятности повреждения.
7.1.2 Для определения прочности колес и осей КП (КБ) следует использовать следующие исходные данные:
- вид и назначение ПС;
- конструкционную скорость;
- силу тяги и скорость длительного режима;
- режимы работы ПС;
- особенности конструкции ПС;
- предполагаемые основные условия эксплуатации (нагрузки, скорости, режимы эксплуатации ПС);
- номинальную нагрузку от КП (КБ) на рельсы;
- конструкторскую документацию на колесно-моторный блок, КП или КБ;
- по применяемым материалам, технологии и методам упрочнения колес и осей;
- по параметрам КП (КБ): массу деталей КП, их взаимное расположение, положение центров тяжести.
7.1.3 КП согласно количеству и виду деталей, расположенных на оси, относят к одной из приведенных в приложении А схем или разрабатывают новую схему конструкции КП (КБ) и приложения сил, затем выбирают расчетные формулы из раздела 7, подходящие для этой схемы.
В случае новой схемы, отличной от приведенных в приложении А, составляют соответствующие формулы по аналогии с приведенными в разделе 7.
7.1.4 Исходные данные (технические параметры) для определения прочности колес и осей КП (КБ) приведены в таблице 2.
Таблица 2 - Технические параметры для определения прочности колес и осей
|
|
|
Параметр | Единица измерения | Характеристика |
 | кН | Номинальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы |
 | м/с (км/ч) | Конструкционная (максимальная) скорость подвижного состава |
 | м/с (км/ч) | Скорость длительного режима локомотива |
 | кН | Сила тяги при трогании с места |
 | кН | Сила тяги локомотива при максимальных рабочих скоростях (условно принимаемых равной 0,8 ), приходящаяся на одну колесную пару |
- | - | Тип тягового привода |
- | - | Наличие тормозных дисков на оси колесной пары |
 | год | Назначенный срок службы тягового подвижного состава |
 | м | Диаметр колеса по кругу катания |
 | м | Радиус колеса |
 | м | Толщина бандажа |
 | м | Ширина бандажа |
 | м | Диаметр соединения бандажа с колесным центром |
 | м | Номинальный диаметр отверстия ступицы и номинальный диаметр подступичной части оси |
 | м | Смещение обода относительно ступицы в наружную сторону от колеи |
 | м | Смещение обода относительно ступицы во внутреннюю сторону колеи |
 | м | Толщина диска или спицы (по большой оси овального сечения спицы) вблизи обода |
 | м | Толщина диска или спицы (по большой оси овального сечения спицы) у ступицы |
 | м | Натяг посадки бандажа на обод колесного центра |
 | м | Натяг посадки колеса (колесного центра) на ось |
 | м | Диаметр продольного отверстия в полой оси |
 | м | Диаметр буксовой шейки оси |
 | м | Диаметр предподступичной части оси |
 | м | Диаметр подступичной части оси |
 | м | Диаметр заподступичной части оси |
 | м | Диаметр средней части оси |
 (  1, 2, 3) | м | Уменьшение диаметра оси при ремонте:
-  - буксовой шейки; -  - подступичной части; -  - заподступичной части. |
7.2 Классификация нагрузок
Виды нагрузок, действующих на КП (КБ) и на колесо ПС приведены на рисунке 1.
_______________
* Кроме КБ.
Рисунок 1 - Виды нагрузок, действующих на колесо
7.3 Расчетные режимы и нагрузки
7.3.1 Выбор расчетных режимов проводят с учетом назначения ПС и возможных режимов его работы при неблагоприятном сочетании действующих нагрузок и конструкционных особенностей ПС в целом, КП (КБ) и колес.
7.3.2 Расчетными режимами при определении НДС колеса и оси ПС с конструкционной скоростью до 160 км/ч являются:
- режимы движения по кривым участкам пути радиуса от 600 м и менее с максимальной разрешенной скоростью из условия получения наибольшего непогашенного ускорения 0,07g возвышением наружного рельса (первый расчетный режим) - рисунок 2;
- режимы трогания с места, длительной силы тяги, торможения, боксования, при которых возникают большие крутящие моменты, например, в спицевых конструкциях колес и осях КП (КБ) - (первый дополнительный расчетный режим);
- режимы колодочного торможения, при действии на колеса высоких термических нагрузок - (второй расчетный режим);
- режим прохождения стрелок и пересечений.
7.3.3 Дополнительно к режимам по 7.3.2 при определении НДС колеса и оси ПС с конструкционной скоростью выше 160 км/ч являются:
- режим движения с максимальной разрешенной скоростью на специальном пути, предназначенном для высокоскоростного движения по кривым минимального радиуса для этого пути (например, 1500 м или более);
- режим прохождения стрелок и пересечений.
При эксплуатации высокоскоростного ПС на пути для смешанного движения минимальный радиус кривой при испытаниях соответствует фактически имеющемуся на пути (третий расчетный режим) - рисунок 2.
Рисунок 2 - Схема приложения внешних механических сил на набегающее колесо КП (КБ) при движении ПС
7.3.4 Для получения фактически возникающих напряжений в колесах и осях, гистограмм напряжений и оценки вероятности разрушения проводят полигонные испытания на пути большой протяженностью с тензо- и термометрированием. Испытания осуществляют для любого ПС при следующих режимах работы ПС:
- движение по прямым участкам пути;
- движение по кривым участкам пути;
- движение по стрелкам и пересечениям на главном пути.
7.3.5 Для определения температурных напряжений в колесе и прочности соединения бандажа с колесным центром проводят испытания с торможением. При испытаниях используют следующие режимы торможения:
- для подвижного состава с составными колесами со скоростями до 120 км/ч выполняется режим длительного торможения в течение от 25 до 30 мин при тормозной мощности от 30 до 37 кВт;
- для подвижного состава с составными колесами со скоростями свыше 120 км/ч выполняется режим ряда экстренных торможений (до семи) с конструкционной скорости.
7.3.6 Расчет прочности соединения контактирующих деталей КП и КБ, собранных с гарантированными натягами (четвертый расчетный режим), проводят при действии наибольших крутящих моментов, превышающих момент при трогании с места ПС в 3-5 раз и сдвигающих сил не менее нормированных контрольных усилий сдвига.
7.3.7 Динамические и инерционные расчетные нагрузки определяют через основную - номинальную статическую нагрузку от КП (КБ) на рельсы.
При определении расчетных нагрузок используют параметры и их значения, приведенные в таблице 3.
Таблица 3
|
|
|
Обозначение | Единица измерения | Наименование, расчетные формулы, возможный диапазон величин, рекомендации по выбору величин |
| кН | Номинальная статическая нагрузка от КП (КБ) на рельсы. Принимают при полностью оборудованном и экипированном ПС |
| м/с | Конструкционная скорость |
 | - | Коэффициент рамного давления. Равен отношению рамной силы  к номинальной статической нагрузке от колеса на рельс   . Принимают в диапазоне от 0,3 до 0,4 и более в зависимости от следующих факторов:
- эффективности системы горизонтальной амортизации;
- наличия демпфирующих устройств, препятствующих вилянию тележки;
- соотношения межшкворневого расстояния и общей длины локомотива;
- соотношения числа направляющих осей и общего числа осей;
- момента инерции тележки относительно вертикальной оси;
- состояния пути.
В зависимости от характеристик горизонтальной амортизации и состояния пути принимают следующие значения : - при удовлетворительных характеристиках пути, эффективной горизонтальной амортизации и действии других указанных факторов, способствующих снижению  0,3; - для станционных, подъездных и прочих путях, при пониженной эффективности горизонтальной амортизации и действии других неблагоприятных факторов, способствующих повышению рамной силы  0,4 и более. При выборе учитывают имеющиеся данные по прототипам. Уточняют при ходовых испытаниях на статистически представительном полигоне железнодорожного пути, текущее содержание которого соответствует предусмотренным технической документацией условиям эксплуатации испытуемого подвижного состава |
 | - | Коэффициент вертикальной амортизации.
Равен отношению веса обрессоренных частей, приходящегося на буксу  , к статической нагрузке от колеса на рельс  . В зависимости от конструкции подвижного состава принимают в пределах от 0,65 до 0,9.
Принимают с учетом конструкции проектируемой единицы подвижного состава |
 | - | Коэффициент вертикальной динамики.
Равен отношению дополнительной вертикальной нагрузки  на буксу, возникающей при колебаниях надрессорного строения (с учетом сил демпфирования) от прохождения неровностей пути, к статической нагрузке на буксу   . Принимают в диапазоне от 0,2 до 0,4 и более в зависимости от следующих факторов:
- эффективности системы вертикальной амортизации (величины статического прогиба, степени демпфирования, типа упругих элементов и демпферов);
- состояния пути;
- скорости движения.
В зависимости от характеристик подвешивания и пути принимают следующие значения (если они специально не оговорены): - пневматическое подвешивание и хорошее содержание пути - до 0,2;
- удовлетворительные характеристики пути и подвешивания - 0,3;
- для станционных, подъездных и прочих путей или при пониженных характеристиках подвешивания - 0,4 и более.
При выборе учитывают имеющиеся данные по прототипам, в том числе по зависимости от скорости движения. Уточняют при ходовых испытаниях на статистически представительном полигоне железнодорожного пути, текущее содержание которого соответствует предусмотренным технической документацией условиям эксплуатации испытуемого подвижного состава |
 | - | Коэффициент веса буксового узла.
Равен отношению веса буксы и жестко связанных с ней частей  к весу обрессоренных частей, приходящемуся на буксу  . Принимают с учетом конструкции буксового узла.
Учитывают вес корпуса буксы, подшипников, буксовой шейки и деталей подвешивания (балансиры, частично рессоры и пружины, опирающиеся на буксы) |
 | - | Коэффициент поперечного горизонтального ускорения колесной пары.
Равен отношению горизонтального поперечного ускорения колесной пары, возникающего при прохождении горизонтальных неровностей пути, к ускорению силы тяжести.
Зависит от состояния пути, скорости движения и веса КП в сборе  . Определяют по формуле  . |
 | - | Коэффициент вертикального ускорения буксы. Равен отношению вертикального ускорения буксы, возникающего при прохождении КП вертикальных неровностей пути, к ускорению силы тяжести. Принимают по формуле  . |
 | м | Диаметр по кругу катания нового колеса (предельно изношенного) |
 | м | Радиус по кругу катания нового колеса (предельно изношенного) |
 | м | Расстояние от середины буксовой шейки до плоскости круга катания соседнего колеса. Принимают по данным конструкции. |
 | - | Коэффициент поперечного трения колес о рельсы. Принимают равным 0,25. |
 | - | Коэффициент центробежной силы. Равен отношению части центробежной силы надрессорного строения, неуравновешенной возвышением наружного рельса  , к весу надрессорного строения  , т.е.  . Принимают в диапазоне от 0,05 до 0,1. |
 | - | Коэффициент ветровой нагрузки. Равен отношению ветровой нагрузки к весу надрессорного строения. Ветровую нагрузку определяют при удельном давлении ветра 490 Н/м  на проекцию боковой поверхности кузова. Рекомендуется принимать  0,05 с приложением равнодействующей в центре тяжести боковой проекции надрессорного строения |
 | - | Поправочный коэффициент, учитывающий перегруз рессорного подвешивания от крена надрессорного строения. Определяют по формуле |
 | - | Отношение высоты расположения центра тяжести надрессорного строения над центрами колес  к расстоянию между серединами буксовых шеек  . Принимают по данным конструкции в пределах от 0,6 до 0,8 для нормальной колеи (1,435 и 1,525 м) и до 1,0 для узкой колеи (от 1,000 до 1,067 м) |
 | - | Отношение статического прогиба рессорного подвешивания  к расстоянию между серединами буксовых шеек . Принимают по данным конструкции. При двухступенчатом подвешивании принимают равным сумме статических прогибов обеих ступеней (при равных расстояниях в первой и второй ступенях) |
| м | Расстояние между линиями приложения вертикальной нагрузки к буксовым шейкам оси колесной пары (принимают равным расстоянию между серединами буксовых шеек) |
 | м | Расстояние от плоскости круга катания набегающего колеса до линии действия силы  |
 | м | Расстояние от плоскости круга катания набегающего колеса до линии действия силы  |
 | м | Расстояние между плоскостями кругов катания колесной пары |
 | м | Расстояние от оси колесной пары до оси узла подвешивания тягового двигателя к раме |
 | м | Радиус инерции статора (остова) двигателя относительно оси подвешивания двигателя к раме определяют по формуле  . |
 | кг·м | Момент инерции статора (остова) относительно оси узла подвешивания тягового двигателя к раме тележки, принятой за узел колебаний. Приближенно определяют по формуле  . |
 | м | Радиус ведущей шестерни (по делительной окружности) |
| Н | Сила тяги локомотива при максимальных рабочих скоростях, приходящаяся на одну колесную пару. Максимальную рабочую скорость локомотива рекомендуется условно принимать равной 0,8 от конструкционной. Если проектируемый локомотив является универсальным, то конструкционную скорость следует принимать по модификации, имеющей наибольшую конструкционную скорость |
 | кг·м | Момент инерции ротора (якоря) тягового электродвигателя относительно оси вращения:  . |
 | м | Наружный радиус ротора |
 | кг | Масса тягового электродвигателя (с кожухом тягового редуктора и ведущей шестерней) |
 | кг | Масса ведомой шестерни |
 | кг | Масса части оси, заключенной между плоскостями кругов катания колес |
 | кг | Масса осевого редуктора (без ведомой шестерни) |
 | кг | Масса дискового тормоза |
 | Н | Сила инерции части оси, заключенной между плоскостями кругов катания колес |
 | кг | Масса колеса |
 | кг | Масса ротора |
 | - | Коэффициент вертикального ускорения тягового электродвигателя или осевого редуктора. Равен отношению вертикального ускорения тягового электродвигателя или осевого редуктора в точке опоры его на ось колесной пары, возникающего при прохождении колесной парой вертикальных неровностей пути, к ускорению силы тяжести. По данным испытаний локомотивов с применением жестких (обычных) зубчатых колес равен примерно  |
 | м/с | Ускорение силы тяжести  9,81 м/с |
 | - | Передаточное отношение тяговой зубчатой передачи при применении электродвигателя или передаточное число последней ступени осевого редуктора при применении карданного привода. Равно отношению числа оборотов ведущей шестерни тягового электродвигателя (или ведущей шестерни последней ступени осевого редуктора) к числу оборотов ведомой шестерни |
 | - | Коэффициент массы статора (остова) тягового двигателя. Равен отношению массы статора двигателя (вместе с кожухом тягового редуктора)  к общей массе тягового двигателя  . |
 | - | Коэффициент массы ротора тягового двигателя. Равен отношению массы ротора (якоря)  к общей массе тягового двигателя  . |
 | - | Отношение  . |
 | - | Отношение  . |
 |
| Отношение  . |
 | м | Расстояние между силами и  |
 | м | Расстояние от середины тележки до силы |
 | м | Расстояние между силами и |
 | м | Расстояние между серединой тележки (и осью горизонтальной реактивной тяги) и центром тяжести осевого редуктора |
 ,  | м | Расстояния от центра тяжести дисковых тормозов до сбегающего колеса |
Примечание - В выражении нагрузки на противоположную буксовую шейку последний член уравнения (1) принимают со знаком минус.
Рисунок 3 - Схема действия сил на КП с опорно-рамным подвешиванием тягового двигателя (и полым валом)
- при использовании КП с опорно-рамным приводом или неприводной по формуле
- при использовании КП с опорно-осевым подвешиванием тягового двигателя и односторонним зубчатым приводом формулу (3) дополняют слагаемыми:
- при использовании КП с осевым редуктором с горизонтально расположенной реактивной тягой формулу (3) дополняют слагаемыми:
Для получения доступа к полной версии без ограничений вы можете выбрать подходящий тариф или активировать демо-доступ.