ГОСТ 34939-2023 Локомотивы. Требования к прочности и динамическим качествам

        ГОСТ 34939-2023

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ

ЛОКОМОТИВЫ

Требования к прочности и динамическим качествам

Locomotives. Requirements for bearing structure strength and dynamic properties

МКС 45.060.10

Дата введения 2024-08-01

с правом досрочного применения

Предисловие

Цели, основные принципы и общие правила проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены ГОСТ 1.0 "Межгосударственная система стандартизации. Основные положения" и ГОСТ 1.2 "Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные, правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 РАЗРАБОТАН Акционерным обществом "Научно-исследовательский и конструкторско-технологический институт подвижного состава" (АО "ВНИКТИ") и Акционерным обществом "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта (АО "ВНИИЖТ").

2 ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 524 "Железнодорожный транспорт"

3 ПРИНЯТ Евразийским советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 20 января 2023 г. N 158-П)

За принятие проголосовали:

4 Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 15 февраля 2023 г. N 92-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34939-2023 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 августа 2024 г. с правом досрочного применения

5 Настоящий стандарт подготовлен на основе применения ГОСТ Р 55513-2013

6 ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Информация о введении в действие (прекращении действия) настоящего стандарта и изменений к нему на территории указанных выше государств публикуется в указателях национальных стандартов, издаваемых в этих государствах, а также в сети Интернет на сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации.

В случаях пересмотра, изменения или отмены настоящего стандарта соответствующая информация будет опубликована на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации в каталоге "Межгосударственные стандарты"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на локомотивы колеи 1520 мм, предназначенные для эксплуатации на железных дорогах со скоростями движения до 200 км/ч (включительно).

Настоящий стандарт устанавливает требования к прочности и жесткости узлов экипажной части локомотивов, динамическим качествам локомотивов, а также объем расчетов и виды испытаний по подтверждению показателей динамики и прочности.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 25.101 Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов

ГОСТ 25.502 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытаний на усталость

ГОСТ 27.002 Надежность в технике. Термины и определения*

_________________

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 27.102-2021 "Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения".

ГОСТ 380 Сталь углеродистая обыкновенного качества. Марки

ГОСТ 535 Прокат сортовой и фасонный из стали углеродистой обыкновенного качества. Общие технические условия

ГОСТ 977 Отливки стальные. Общие технические условия

ГОСТ 1050 Металлопродукция из нелегированных конструкционных качественных и специальных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 1497 Металлы. Методы испытаний на растяжение

ГОСТ 2246 Проволока стальная сварочная. Технические условия

ГОСТ 4784 Алюминий и сплавы алюминиевые деформируемые. Марки

ГОСТ 5457 Ацетилен растворенный и газообразный технический. Технические условия

ГОСТ 5583 (ИСО 2046-73) Кислород газообразный технический и медицинский. Технические условия

ГОСТ 6331 Кислород жидкий технический и медицинский. Технические условия

ГОСТ 6713 Прокат из конструкционной стали для мостостроения. Технические условия

ГОСТ 6996 (ИСО 4136-89, ИСО 5173-81, ИСО 5177-81) Сварные соединения. Методы определения механических свойств

ГОСТ 7871 Проволока сварочная из алюминия и алюминиевых сплавов. Технические условия

ГОСТ 8050 Двуокись углерода газообразная и жидкая. Технические условия

ГОСТ 8479 Поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали. Общие технические условия

ГОСТ 9087 Флюсы сварочные плавленые. Технические условия

ГОСТ 9454 Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенной температурах

ГОСТ 9466 Электроды покрытые металлические для ручной дуговой сварки сталей и наплавки. Классификация и общие технические условия

ГОСТ 10157 Аргон газообразный и жидкий. Технические условия

ГОСТ 10885 Сталь листовая горячекатаная двухслойная коррозионно-стойкая. Технические условия

ГОСТ 11018 Колесные пары тягового подвижного состава железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия.

ГОСТ 14637 (ИСО 4995-78) Прокат толстолистовой из углеродистой стали обыкновенного качества. Технические условия

ГОСТ 16504 Система государственных испытаний продукции. Испытания и контроль качества продукции. Основные термины и определения

ГОСТ 18855 (ISO 281:2007) Подшипники качения. Динамическая грузоподъемность и номинальный ресурс

ГОСТ 19281 (ИСО 4950-2-81, ИСО 4950-3-81, ИСО 4951-79, ИСО 4995-78, ИСО 4996-78, ИСО 5952-83) Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия

ГОСТ 21354 Передачи зубчатые цилиндрические эвольвентные внешнего зацепления. Расчет на прочность

ГОСТ 22703 Детали литые сцепных и автосцепных устройств железнодорожного подвижного состава. Общие технические условия

ГОСТ 23207 Сопротивление усталости. Основные термины, определения и обозначения

ГОСТ 23949 Электроды вольфрамовые сварочные неплавящиеся. Технические условия

ГОСТ 26271 Проволока порошковая для дуговой сварки углеродистых и низколегированных сталей. Общие технические условия

ГОСТ 31539 Цикл жизненный железнодорожного подвижного состава. Термины и определения

ГОСТ 34628 Пружины и комплекты пружинные рессорного подвешивания железнодорожного подвижного состава. Методы расчета на прочность при действии продольных и комбинированных нагрузок

Примечание - При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов и классификаторов на официальном интернет-сайте Межгосударственного совета по стандартизации, метрологии и сертификации (www.easc.by) или по указателям национальных стандартов, издаваемым в государствах, указанных в предисловии, или на официальных сайтах соответствующих национальных органов по стандартизации. Если на документ дана недатированная ссылка, то следует использовать документ, действующий на текущий момент, с учетом всех внесенных в него изменений. Если заменен ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, то следует использовать указанную версию этого документа. Если после принятия настоящего стандарта в ссылочный документ, на который дана датированная ссылка, внесено изменение, затрагивающее положение, на которое дана ссылка, то это положение применяется без учета данного изменения. Если ссылочный документ 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 27.002*, ГОСТ 16504, ГОСТ 31539, а также следующие термины с соответствующими определениями:

_________________

* В Российской Федерации действует ГОСТ Р 27.102-2021 "Надежность в технике. Надежность объекта. Термины и определения".

3.1 локомотив: Железнодорожный подвижной состав, предназначенный для обеспечения передвижения по железнодорожным путям поездов или отдельных вагонов.

3.2

3.3 несущие конструкции: Конструкции локомотива, воспринимающие эксплуатационные нагрузки.

3.4 несущий элемент: Часть конструкции или деталь, воспринимающие эксплуатационные нагрузки.

3.5 эксплуатационные нагрузки: Нагрузки, параметры которых измеряют в процессе эксплуатации или при испытании на специальных испытательных полигонах специализированными измерительными средствами и регистрируют автоматизированными приборами в аналоговом или цифровом виде.

Примечание - Эксплуатационные нагрузки характеризуются:

- характером изменения (случайное, детерминированное, одно- или многоступенчатое, статическое, квазистатическое, колебательное, ударное);

- частотой (изменения, повторения);

- видом нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, сдвиг);

- характеристикой цикла (симметричный, асимметричный, знакопостоянный, знакопеременный);

- формой спектра (узкополосный, широкополосный);

- параметрами и условиями окружающей или рабочей среды (температура, давление, влажность, агрессивность).

3.6 экипажная часть локомотива: Конструкция, представляющая собой механическую повозку, обеспечивающую движение локомотива по рельсовой колее и предназначенную для установки силового и вспомогательного оборудования, приводов, тормозной системы.

3.7 базовая часть: Несущая составная часть конструкции, а также конструкции и детали, ответственные за безопасную эксплуатацию локомотива, которые определяют срок службы локомотива и замена которых до списания локомотива невозможна или нецелесообразна.

Примечание - Базовыми частями локомотива являются рама тележки, промежуточные рамы (балки, брусья и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания, кузов (главная рама).

3.8 мягкое нагружение: Циклическое нагружение при постоянной амплитуде напряжений.

3.9 жесткое нагружение: Циклическое нагружение при постоянной амплитуде деформаций.

3.10 рамная сила: Поперечная горизонтальная сила взаимодействия колесной пары с рамой тележки или главной рамой (для бестележечных локомотивов) экипажной части.

3.11 максимальная статическая [осевая] нагрузка (на узел первой/второй ступени рессорного подвешивания): Статическая нагрузка, действующая от силы тяжести локомотива в полностью экипированном состоянии.

3.12 непогашенное ускорение: Часть поперечного горизонтального ускорения, действующего на локомотив на уровне оси буксы при движении в кривой, не компенсированная возвышением наружного рельса.

3.13 надрессорное строение: Совокупность всех подрессоренных конструкций экипажной части.

3.14 галопирование: Вращательное колебание надрессорного строения вокруг горизонтальной поперечной оси.

Примечание - Колебания этого рода, сопровождаемые попеременным опусканием и подниманием то переднего, то заднего концов тележки или надрессорного строения, вызываются двусторонними неровностями верхнего строения пути (например, при расположении стыков не вразбежку, а друг против друга), резкими переходами в продольном профиле (например, от уклона к площадке), а также торможениями, когда появляются опрокидывающие моменты, разгружающие одни оси и нагружающие другие.

3.15 подпрыгивание: Поступательное колебание надрессорного строения вдоль вертикальной оси.

3.16 боковая качка: Вращательное колебание надрессорного строения вокруг горизонтальной продольной оси.

3.17 виляние: Вращательное колебание надрессорного строения вокруг вертикальной оси.

3.18 относ: Перемещение надрессорного строения вдоль горизонтальной поперечной оси.

3.19 макротрещина: Трещина, видимая невооруженным глазом.

3.20 квазистатическое разрушение: Разрушение, связанное с возрастанием остаточных деформаций до уровня, соответствующего разрушению при однократном статическом нагружении.

Примечание - Нагрузки, приводящие к квазистатическому разрушению - несколько ниже нагрузок, определяющих статическую прочность.

3.21 малоцикловая усталость: Усталость материала, при которой усталостное повреждение или разрушение происходит при упруго-пластическом деформировании.

3.22 эквивалентная динамическая радиальная нагрузка: Постоянная радиальная нагрузка, которая при приложении ее к подшипнику с вращающимся внутренним и неподвижным наружным кольцом обеспечивает такой же расчетный срок службы, как и при действительных условиях нагружения и вращения.

4 Требования к динамическим качествам

- 0,35 - для пассажирского и грузопассажирского локомотива с конструкционной скоростью 160 км/ч и менее;

- 0,30 - для пассажирского и грузопассажирского локомотива с конструкционной скоростью от 160 до 200 км/ч (включительно);

- 0,40 - для прочих локомотивов.

- 0,20 - для пассажирских и грузопассажирских локомотивов;

- 0,25 - для прочих локомотивов.

_________________

* Необходимость определения показателей плавности хода устанавливают в соответствии с национальным законодательством стран, принявших данный стандарт.

- 3,50 для пассажирских и грузопассажирских локомотивов;

- 3,75 для прочих локомотивов.

- первой ступени - не менее 1,6;

- второй ступени - не менее 1,4.

4.7 Оценку динамических качеств по показателям, указанным в 4.6, выполняют проведением расчетов, приведенных в 6.2.6.

4.8 Необходимо обеспечить отсутствие взаимного касания элементов экипажной части, не предусмотренного конструкторской документацией.

4.9 При наличии в конструкции экипажной части ограничителей перемещений, предназначенных для функционирования в штатной эксплуатации, они должны иметь упругие упоры.

4.10 Конструкция экипажной части и узлов крепления оборудования локомотива должна обеспечивать отсутствие резонансных колебаний при движении локомотива и работе размещенных на кузове (главной раме) агрегатов.

При невозможности исключения резонансных колебаний следует применять конструктивные меры для снижения нагруженности несущих элементов экипажной части.

5 Требования к прочности, жесткости и ресурсу

5.1 Несущую способность элементов конструкции экипажной части оценивают при действии установленных настоящим стандартом расчетных нагрузок по допускаемым значениям:

- напряжений;

- деформаций;

- коэффициентов запаса сопротивления усталости;

- коэффициентов запаса устойчивости.

5.2 Напряжения в конструкциях при действии расчетных нагрузок в соответствии с 6.3 не должны превышать допустимых значений, приведенных в таблице 8.1.

5.3 Прочность кузова (главной рамы) при действии нормативной продольной силы, приложенной по осям сцепных устройств, следует подтвердить испытанием на соударение, а также расчетом или результатами стендовых статических испытаний с двухсторонним сжатием и растяжением. При этом условиями прочности кузова (главной рамы) являются:

- 2,0 - для конструкций из стали;

- 2,2 - для конструкций из алюминиевых сплавов.

Выполнение данного требования на стадии проектирования проверяют по результатам расчетов, а при наличии опытного образца подтверждают результатами испытаний (см. 8.3).

5.5 Сопротивление усталости рам тележек и промежуточных рам (балок, брусьев и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания следует подтвердить отсутствием усталостных трещин после 10 млн циклов нагружения на вибрационном стенде при нагружении согласно требованиям 8.3.7.

5.7 Жесткость конструкции элементов экипажной части и узлов крепления оборудования должна обеспечивать выполнение требований 4.10.

Максимальная расчетная величина прогиба нижнего пояса кузова (главной рамы), отнесенная к его полной длине, не должна превышать:

- от вертикальной нагрузки брутто: для несущего кузова - 0,4 мм/м, для несущей (главной) рамы - 0,6 мм/м;

- при одновременном действии вертикальной нагрузки брутто и расчетной продольной силы: для несущего кузова - 1,5 мм/м, для несущей рамы - 2,2 мм/м.

5.8 Расчетные показатели прочности пружин рессорного подвешивания должны соответствовать требованиям ГОСТ 34628.

Ресурс подшипников иных узлов - в соответствии с нормативными документами на конкретные типы подшипников.

5.10 Предел выносливости, коэффициент запаса сопротивления усталости и статической прочности оси и колеса в составе колесной пары должны соответствовать требованиям ГОСТ 11018.

6 Расчет показателей динамики и прочности

6.1 Общие требования

6.1.1 После выбора материалов при проектировании несущих конструкций экипажной части для заданных параметров нагружения расчетным путем выполняют:

- выбор размеров и конструктивных форм несущих элементов для заданных параметров нагружения;

- выбор характеристик рессорного подвешивания;

- оценку динамических качеств локомотива;

- анализ напряженно-деформированного состояния в наиболее нагруженных зонах для различных расчетных нагрузок;

- оценку прочности и сопротивления усталости;

- оценку ожидаемого ресурса.

6.1.2 Для оценки динамических качеств локомотива и выбора упруго-диссипативных характеристик рессорного подвешивания при проектировании используют программные комплексы, позволяющие путем компьютерного моделирования определить значения динамических показателей, указанных в разделе 4 - при движении в прямых и кривых участках пути с учетом возвышения наружного рельса и неровностей пути, а также с одновременным расчетом ускорений, скоростей и перемещений заданных элементов конструкции.

Проверку правильности выбора расчетной математической модели выполняют путем сравнения результатов компьютерного моделирования с результатами динамико-прочностных испытаний локомотива, имеющего аналогичную экипажную часть.

Расхождение результатов (по напряжениям и спектру частот) не должно превышать 20%.

6.1.3 Расчетам на прочность подлежат: кузов (главная рама), рамы тележек, промежуточные рамы (балки, брусья и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания, элементы связи кузова (главной рамы) с тележками (шкворень, тяги и др.), пружины рессорного подвешивания, корпуса букс, узлы крепления оборудования. Их следует рассчитать на действие нагрузок, приведенных в 6.3.

6.2 Расчет показателей динамики

6.2.1 Коэффициент горизонтальной динамики

6.2.2 Коэффициент вертикальной динамики первой ступени рессорного подвешивания

Значение динамической составляющей вертикальной силы определяют в порядке, аналогичном изложенному в 6.2.1, для определения динамической составляющей рамной силы.

Статическую нагрузку в первой ступени рессорного подвешивания определяют по данным, приведенным в конструкторской документации, или экспериментальным путем.

6.2.3 Коэффициент вертикальной динамики второй ступени рессорного подвешивания

Значение динамической составляющей вертикальной силы определяют в порядке, аналогичном изложенному в 6.2.1, для определения динамической составляющей рамной силы.

Статическую нагрузку во второй ступени рессорного подвешивания определяют по данным, приведенным в конструкторской документации, или экспериментальным путем.

6.2.4 Коэффициент запаса устойчивости против схода колеса с рельса

Набегающее на рельс колесо колесной пары при расчетах коэффициентов запаса устойчивости определяют по направлению действия рамной силы на колесную пару в соответствии с рисунком 6.1.

Набегающее на рельс колесо определяют по направлению действия рамной силы, т.е. рамная сила направлена от ненабегающего колеса к набегающему.

При проектировании данный показатель рассчитывают для всех колесных пар локомотива. При проведении динамико-прочностных испытаний этот показатель рассчитывают для крайних колесных пар локомотива.

Оценку соответствия локомотива требованию 4.4 выполняют по наименьшему из всех вычисленных значений данного показателя.

НК - набегающее колесо; ННК - ненабегающее колесо

Рисунок 6.1 - Схема сил, действующих на колесную пару

6.2.5 Показатели плавности хода

Для расчета показателей плавности хода используют динамические составляющие виброускорений, полученные при движении локомотива по прямым участкам пути и по кривым участкам с радиусом не менее 600 м (не менее 1000 м для скоростного движения). Суммарная длительность измерений в каждом диапазоне скоростей должна быть не менее 200 с.

Для обеспечения требований к плавности хода и предотвращения резонансных явлений первая собственная частота изгибных колебаний кузова локомотива в вертикальной плоскости должна быть не ниже 8 Гц и превышать собственные частоты колебаний подпрыгивания и галопирования тележек не менее чем на 40%.

При проведении динамико-прочностных испытаний показатели плавности хода контролируют для скоростей движения от половины конструкционной скорости до конструкционной скорости с шагом от 10 до 20 км/ч.

6.2.6 Коэффициенты конструктивного запаса пружинных комплектов рессорного подвешивания

6.3 Расчетные режимы для оценки прочности

6.3.1 Для оценки прочности по допускаемым напряжениям по отношению к пределу текучести материала используют расчетные режимы I-IV.

Для оценки сопротивления усталости используют расчетный режим III.

Режим I включает:

- режим Iа для учета максимальных продольных квазистатических сил;

- режим Iб для учета максимальных продольных сил удара в сцепное устройство (соударения).

Режим II включает:

- режим IIа для учета сил, действующих при движении в кривых участках пути с максимальным разрешенным непогашенным ускорением;

- режим IIб для учета сил, действующих при трогании;

- режим IIв для учета сил, действующих при экстренном торможении.

Примечание - Максимальное разрешенное непогашенное ускорение задают в технических требованиях на локомотив применительно к особенностям полигона эксплуатации и конструктивному исполнению экипажной части (например, принудительному наклону кузова (главной рамы).

Режим III учитывает силы, действующие при движении с различными скоростями, вплоть до конструкционной, по прямому участку пути.

Режим IV предназначен для учета сил, обусловленных технологией ремонта и производством аварийно-восстановительных работ и возникающих:

- при подъеме кузова (главной рамы) на двух диагонально расположенных домкратах;

- при подъеме локомотива за узел автосцепного устройства;

- при выкатке колесной пары.

6.3.2 При расчетах на прочность экипажной части локомотива учитывают:

- собственную силу тяжести (вес) экипажной части и силу тяжести (вес) размещенного на нем оборудования;

- инерционные, упругие и диссипативные силы, вызванные колебаниями локомотива при его движении;

- силы, возникающие при работе тяговых двигателей и других механизмов, установленных на локомотиве;

- силы, связанные с тягой локомотива и торможением поезда;

- силы, возникающие при движении локомотива в кривых участках пути;

- силы соударения;

- силы, возникающие при ремонтно-восстановительных работах.

Перечисленные статические и динамические силы принимают действующими статически и подразделяют по схемам их приложения на вертикальные, продольные, горизонтальные поперечные и кососимметричные.

6.3.3 К расчетным вертикальным силам относят:

- собственную силу тяжести экипажной части локомотива;

- силы тяжести размещенного на нем оборудования;

- вертикальные динамические силы, возникающие при движении локомотива;

- дополнительные вертикальные силы, возникающие на опорах кузова (главной рамы) на тележки или на колесные пары (для бестележечных локомотивов) при действии продольных и горизонтальных поперечных нагрузок в рассматриваемом режиме.

6.3.3.1 Под силой тяжести экипажной части локомотива понимают суммарную силу собственной тяжести элементов и оборудования полностью экипированного локомотива.

Действие этой силы рассматривают:

- при опирании кузова (главной рамы) на тележки или на колесные пары (для бестележечных локомотивов);

- при подъеме кузова (главной рамы) двумя домкратами, установленными по диагонали локомотива на поддомкратные опоры;

- при аварийном подъеме локомотива с тележкой или с колесной парой (для бестележечных локомотивов) за лобовый брус или узел автосцепного устройства.

При аварийном подъеме за узел автосцепного устройства учитывают сумму силы тяжести полностью оборудованного и экипированного кузова (главной рамы) и силы тяжести поднимаемой тележки или колесной пары (для бестележечных локомотивов), имеющей связь с кузовом (главной рамой).

При выкатке колесной пары из-под тележки или из-под главной рамы (для бестележечных локомотивов) должны быть рассмотрены два случая:

- выкатка средней колесной пары трехосной тележки или трехосного локомотива (для бестележечных локомотивов);

- выкатка крайней колесной пары трехосной или двухосной тележки, либо трехосного/двухосного локомотива (для бестележечных локомотивов).

Примечание - Дополнительные вертикальные силы нагружают одну тележку или колесную пару (для бестележечных локомотивов) и разгружают другую.

6.3.3.4 Дополнительные силы на опоры кузова (главной рамы), опоры тягового двигателя, опоры тягового редуктора, узлы передачи силы тяги при трогании с места рассчитывают исходя из условий равновесия экипажной части при реализации максимальной силы тяги, определяемой по 6.3.4.2.

6.3.3.5 Дополнительную вертикальную силу, действующую на опоры кузова (главной рамы) при торможении, вызванную моментом пары сил, одна из которых - продольная сила инерции локомотива, другая - суммарная касательная сила торможения на ободе колес, необходимо рассчитывать исходя из условий равновесия экипажной части.

6.3.4 Продольные силы представляют собой силы взаимодействия между локомотивом и вагонами при их движении в поезде и выполнении маневров, силы тяги и торможения и возникающие при тяге и торможении продольные силы инерции. Продольные силы прикладывают к сцепным устройствам, элементам связи колесных пар с тележками или главной рамой (для бестележечных локомотивов) и тележек с кузовом (главной рамой).

Таблица 6.1 - Значения расчетных продольных сил для локомотивов массой секции более 100 т

Для локомотивов массой секции до 50 т (включительно) величину продольной силы принимают равной удвоенной силе тяжести локомотива, свыше 50 т и до 100 т (включительно) - как для пассажирских локомотивов массой секции более 100 т.

6.3.4.2 Продольные силы тяги и торможения определяют, рассматривая равновесие экипажной части в целом и отдельных ее узлов.

Максимальную силу тяги, приходящуюся на одну колесную пару в режиме трогания с места, определяют из условия полной реализации сцепления колес с рельсами. Коэффициент сцепления принимают равным 0,35. Допускается принимать иное значение в соответствии с техническим заданием на локомотив, но не менее 0,3.

6.3.4.3 Силы, действующие на раму тележки или главную раму (для бестележечных локомотивов) со стороны тормозной системы, определяют силой нажатия на тормозные колодки (при колодочном тормозе) или диск (при дисковом тормозе) и их коэффициентом трения.

Значения, направления и точки приложения этих сил определяют исходя из конструкции тормозной системы.

6.3.4.4 Продольные силы инерции, действующие на отдельные узлы и элементы локомотива, считают приложенными к центрам их масс.

Допускается применение иного значения допускаемого непогашенного горизонтального поперечного ускорения, установленного в конструкторской документации.

Допускается принимать значения рамных сил по экспериментальным данным, полученным для конструкций с аналогичной экипажной частью.

6.3.6 Вертикальные кососимметричные силы, представляющие собой систему взаимно уравновешенных сил, приложенных со стороны рессорного подвешивания к раме тележки, учитывают только при расчетах тележек, имеющих конструкцию, способную воспринимать эти силы (с замкнутым контуром, Н-образную и т.п.). Они состоят из четырех равных по абсолютной величине вертикальных сил, из которых две, расположенные по диагонали, действуют вверх, а две другие - вниз. Они могут возникать в двух- или трехосных тележках и действуют со стороны букс на раму тележки. В случае трехосных тележек принимают, что нагрузка на пружинный комплект средней колесной пары остается неизменной.

Значения кососимметричных сил принимают равными 10% от вертикальной нагрузки на буксовый узел.

6.3.7 Для локомотивов с электрической передачей вертикальные инерционные силы со стороны масс ТЭД, возникающие при колебаниях рамы тележки с учетом дисбаланса вращающихся частей двигателя, принимают исходя из ускорений:

Также вертикальные инерционные силы со стороны масс ТЭД, возникающие при колебаниях рамы тележки с учетом дисбаланса вращающихся частей двигателя, могут быть определены экспериментальным путем или по результатам специального расчета тележки с учетом упругости рамы.

Для локомотивов с гидравлической передачей инерционные силы от вращающихся масс не учитываются.

6.3.8 При проведении расчетов следует учитывать силы, возникающие при работе механизмов, установленных на локомотиве. Для расчетного режима III напряжения от действия этих сил суммируют с напряжениями от действия динамических нагрузок.

6.3.9 При расчетах конструкций, подвергаемых деформациям при сборке (монтаже), учитывают возникающие при этом усилия (например, усилия от запрессовки, горячей посадки и т.п.).

6.3.10 Сочетания сил, действующих на экипажную часть в соответствии с расчетными режимами, представлены в таблицах 6.2 и 6.3.

Таблица 6.2 - Сочетания сил при расчетных режимах нагружения кузова (главной рамы)

Таблица 6.3 - Сочетания сил при расчетных режимах нагружения тележки

6.3.12 Дополнительно к расчетным режимам I-IV элементы крепления съемного оборудования, расположенного на кузове (главной раме), рассчитывают для каждого из следующих случаев нагружения:

Динамические силы, действующие со стороны демпферов, определяют по результатам математического моделирования движения экипажной части.

7 Общие требования к испытаниям. Виды испытаний

Испытаниям по определению показателей динамических качеств подвергают локомотив в целом.

Испытаниям по определению показателей прочности подвергают как локомотив в целом, так и секции локомотива, а также отдельные узлы его экипажной части.

Виды испытаний для оценки показателей динамических качеств и прочности конструкций приведены в таблице 7.1.

Таблица 7.1

8 Оценка прочности

8.1 Общие положения

8.1.1 Оценку прочности проводят:

- при проектировании;

- при испытаниях опытного образца;

- при введении конструктивных или технологических изменений, влияющих на прочность;

- при изменении нагруженности.

Значения показателей прочности должны удовлетворять требованиям раздела 5.

8.1.2 Оценку прочности проводят по следующим предельным состояниям:

- возникновение макротрещин при циклическом (много- и малоцикловом) нагружении;

- потеря устойчивости (несохранение первоначальной формы конструкции или ее элемента вследствие их недостаточной жесткости);

- недопустимое изменение геометрии и размеров деталей вследствие накопления пластических деформаций.

8.2 Методы расчета и оценки прочности

8.2.1 Методы оценки прочности определяют в зависимости от условий работы рассматриваемого элемента и достижения его предельного состояния.

8.2.2 Кузова (главные рамы), рамы тележек, промежуточные рамы (балки, брусья и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания, пружины рессорного подвешивания, узлы связей и узлы передачи сил тяги и торможения оценивают как по допускаемым напряжениям, так и по сопротивлению усталости.

8.2.3 Оценку прочности по допускаемым напряжениям (выполнение требования 5.2) проводят для случаев наиболее невыгодного возможного сочетания одновременно действующих нормативных нагрузок в соответствии с расчетными режимами по 6.3.

Полученные в результате расчета суммарные напряжения не должны превышать допускаемых значений, установленных в таблице 8.1 для соответствующих расчетных режимов.

8.2.4 Оценку сопротивления усталости конструкций экипажной части (за исключением колесных пар, валов тягового привода, зубчатых колес и пружин рессорного подвешивания) выполняют путем расчета коэффициентов запаса сопротивления усталости по 8.3.

Таблица 8.1 - Допускаемые напряжения для элементов кузова (главной рамы) и тележки

При проектировании оценку сопротивления усталости допускается выполнять по другим апробированным методикам.

Для рам тележек и промежуточных рам (балок, брусьев и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания дополнительно выполняют оценку сопротивления усталости по критерию отсутствия усталостных трещин после 10 млн циклов нагружения на вибрационном стенде в соответствии с 8.3.7.

Оценку прочности при этом следует проводить как по критериям малоциклового нагружения, так и по критерию разрушения (образование макротрещин) вследствие накопления усталостных повреждений.

Для оценки несущей способности при малоцикловом нагружении рассчитывают коэффициенты запаса прочности и долговечности, которые не должны быть ниже заданных в 8.4.2.3.

8.2.6 Для сжатых элементов кузова (главной рамы), обшивки необходимо проверить возможность потери как общей, так и местной устойчивости для режимов I и IV. Коэффициенты запаса устойчивости должны быть не ниже заданных в 5.6.

Выполнение данного требования подтверждают расчетом.

8.3 Оценка запаса сопротивления усталости

8.3.1 Оценку прочности по коэффициенту запаса сопротивления усталости несущих элементов, за исключением оси и колеса в составе колесной пары, проводят в зависимости от имеющейся информации о характеристиках сопротивления усталости объекта и его нагруженности:

- при отсутствии представительной гистограммы распределения амплитудных значений напряжений, характеризующих нагруженность объекта при эксплуатации - по 8.3.2;

- при известном фактическом значении предела выносливости натурной детали - по 8.3.3;

- при наличии представительной гистограммы динамических напряжений - по 8.3.5.

Условия получения представительной гистограммы динамических напряжений приведены в 8.3.5.1.

Для несущих элементов с высотой сечения до 100 мм включительно, работающих на изгиб, а также для зон элементов несущей конструкции, имеющих местную деформацию изгиба листа, коэффициенты запаса сопротивления усталости рассчитывают по формуле

Допускается использовать следующие эмпирические зависимости:

- 1,4 - для зон концентрации на границах сварных швов (кроме стыковых), в выточках и переходах с радиусами не более 150 мм;

- 1,1 - на границах сварных стыковых швов;

- 1,0 - для других зон.

- 1,0 - при размере до 250 мм;

- от 1,0 до 1,2 - при размере от 250 до 1000 мм, пропорционально размеру;

- 1,0 - для полированной поверхности;

- 0,9 - для поверхности после чистовой станочной обработки;

- 0,8 - для поверхностей после черновой станочной обработки, поверхностей с окалиной и поверхностей стальных литых деталей после пескоструйной обработки;

- 1,4 - для сплавов на основе алюминия;

- 1,0 - для углеродистых прокатных сталей марок Ст15, Ст20 по ГОСТ 1050, Ст3сп по ГОСТ 380;

- 1,2 - для низколегированных прокатных сталей марок 09Г2, 09Г2Д, 09Г2С, 09Г2СД по ГОСТ 19281;

- 1,2 - для коррозионно-стойких прокатных сталей.

Для этого проводят стендовые вибрационные испытания типового сварного образца по методу, указанному в приложении Б.

8.3.4 Коэффициенты запаса сопротивления усталости, вычисленные по формулам (8.1), (8.2), (8.4), (8.5), не должны быть меньше значений, приведенных в 5.4.

8.3.5 При наличии представительной гистограммы динамических напряжений расчет на усталость выполняют вероятностными методами, исходя из предпосылки, что амплитуда переменных напряжений является случайной величиной.

8.3.5.1 Представительную гистограмму динамических напряжений получают путем статистической обработки схематизированных случайных процессов, записанных в ходе динамико-прочностных испытаний локомотива с выполнением следующих условий:

- испытания проведены в послеремонтном (или в начале ввода в эксплуатацию) и в предремонтном (включая предельный износ по кругу катания колес) состояниях экипажной части локомотива;

- для каждого из состояний экипажной части локомотива испытания проведены при состояниях пути, характерных для сезонов зима и лето;

- для каждого из состояний экипажной части локомотива (послеремонтное и предремонтное) и состояний пути (зима и лето) испытания проведены на различных участках с суммарной протяженностью не менее 2000 км при движении по прямым участкам пути, кривым и стрелочным переводам (включая съезды на боковой путь) (п.8.3.5.3);

- при испытаниях реализованы эксплуатационные режимы движения (тяга, выбег, служебное торможение) с различными скоростями вплоть до конструкционной или максимальной эксплуатационной;

- регистрация напряжений осуществлялась непрерывно при движении локомотива.

Примечания

1 Послеремонтное состояние экипажной части локомотива - состояние при пробеге локомотива не более 10% от межремонтного (между капитальными ремонтами) пробега с момента изготовления или последнего капитального ремонта локомотива.

2 Предремонтное состояние экипажной части локомотива - состояние при пробеге локомотива не менее 50% от межремонтного (между капитальными ремонтами) пробега с момента изготовления или последнего капитального ремонта локомотива.

Достижение требуемой суммарной протяженности участка (не менее 2000 км) путем многократного движения локомотива по одному и тому же пути недопустимо. Допускается снижение суммарной протяженности участка в случае, если в технических условиях на локомотив установлен ограниченный участок его эксплуатации (обращения), протяженность которого с учетом движения по различным путям не достигает 2000 км.

Примечание - Под эквивалентной амплитудой динамических напряжений следует понимать амплитуду напряжений условного симметричного цикла, эквивалентную по повреждающему действию реальному режиму эксплуатационных напряжений за расчетный срок службы детали.

Для сети железных дорог общего пользования принимают:

8 - для гладких, чисто обточенных и шлифованных валов и осей с галтелями без поверхностного упрочнения;

18 - то же, с упрочненной накаткой поверхностью;

4 - для сварных конструкций из проката без упрочняющей обработки швов;

6 - то же, с механической или аргонно-дуговой обработкой швов;

4 - с нормализацией;

5 - с закалкой и отпуском.

8.3.6 В качестве минимально допустимого значения коэффициента запаса сопротивления усталости, рассчитанного по 8.3.5, рекомендуется принимать 2,2.

8.3.7 Для оценки сопротивления усталости рам тележек и промежуточных рам (балок, брусьев и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания проводят стендовые вибрационные испытания на базе 10 млн циклов нагружения. Испытаниям подвергают один образец.

К объекту испытаний прикладывают статические и динамические (циклические) нагрузки. Значения статических нагрузок принимают равными силам тяжести устанавливаемого на объект испытаний оборудования, включая полностью оборудованный и экипированный кузов (главную раму).

Объекты испытаний, нагружаемые в эксплуатации вертикальными силами от веса надрессорного строения и рамными силами, при испытании нагружают этими силами одновременно.

Испытания рам тележек и промежуточных рам (балок, брусьев и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания выполняют в следующих случаях:

- при разработке новой конструкции;

- при модернизации конструкции;

- при смене изготовителя;

- при замене материала для изготовления конструкции;

- при изменении технологии изготовления, влияющей на прочность конструкции;

- при увеличении нагрузок более чем на 10,0% по сравнению с ранее реализованными при проведении стендовых вибрационных испытаний.

Если в конструкции локомотива применяют рамы тележек, промежуточные рамы (балки, брусья и т.п.), изготовленные разными предприятиями, испытаниям подлежат конструкции всех изготовителей.

8.4 Рекомендации по расчету на прочность при малоцикловом нагружении

8.4.1 Расчет на малоцикловую усталость

8.4.1.1 Расчет при малоцикловом нагружении выполняют для тех зон конструкций, где могут возникать локальные упругопластические деформации, циклическое изменение которых приводит к разрушению квазистатического либо усталостного типа.

8.4.1.2 Расчет на прочность при малоцикловом нагружении элементов конструкций для заданных условий эксплуатации (число циклов, асимметрия цикла и т.д.) проводят по деформационно-кинетическим критериям малоцикловой прочности, основанным на суммировании усталостных и квазистатических разрушений (повреждений).

8.4.1.3 При расчете малоцикловой долговечности и оценке накопления повреждений используют:

- значения местных упругопластических деформаций в максимально напряженных зонах конструкции;

- диаграмму статического и циклического деформирования.

Местные деформации в элементах конструкций определяют расчетным путем или по результатам измерений деформаций на моделях и на натурных конструкциях при эксплуатационных нагрузках.

При расчете местных деформаций используют диаграммы циклического деформирования, получаемые по данным испытаний лабораторных образцов, или расчетные диаграммы деформирования, построенные по диаграммам статического деформирования.

Параметры диаграмм циклического деформирования некоторых сталей в стабильном состоянии приведены в таблице 8.3.

Таблица 8.3 - Параметры диаграмм циклического деформирования

Испытания для построения диаграмм деформирования проводят в соответствии с ГОСТ 25.502 и ГОСТ 1497.

Кривую малоцикловой усталости, выражающую зависимость долговечности от циклической упругопластической деформации, строят по результатам испытаний серии образцов. Объем серии - по ГОСТ 25.502.

При жестком нагружении кривую описывают уравнением Мэнсона-Коффина

При мягком нагружении уравнение кривой усталости представляют в виде

Для учета влияния упругой и пластической составляющих деформации при жестком нагружении во всей малоцикловой области используют кривую усталости в виде

Первое слагаемое в уравнении (8.10) характеризует пластическую, второе - упругую составляющую циклической деформации.

При смешанном нагружении (во всем мало- и многоцикловом диапазоне) следует использовать универсальное уравнение кривой усталости

8.4.1.5 Если эксплуатационные местные деформации (напряжения) в конструкции определены (экспериментально или расчетным путем), то независимо от циклических свойств металла разрушающие амплитуды напряжений (деформаций) для конструкции при заданном числе циклов до разрушения (или число циклов до разрушения при заданной разрушающей амплитуде деформаций) вычисляют по уравнениям деформационного критерия разрушения:

Примечания

2 Коэффициент безопасности по напряжениям для заданного режима нагружения определяют соотношением

3 Коэффициент безопасности по долговечности определяют соотношением

8.4.2 Оценка прочности при малоцикловом нагружении

8.4.2.1 По уравнениям (8.8)-(8.10) определяют число циклов нагружения до разрушения для элементов, подвергающихся в эксплуатации нагружению в малоцикловом диапазоне.

8.4.2.2 Элементы конструкций, подвергающиеся в эксплуатации смешанному нагружению от сил тяги, торможения, инерции тележек при соударениях (узлы передачи силы от сцепных устройств, шкворневые узлы, элементы связи кузова (главной рамы) с тележками), рассчитывают на долговечность по уравнению кривой усталости (8.11) или уравнениям (8.18) и (8.19).

При расчете по уравнениям (8.18) и (8.19) для заданных коэффициентов безопасности строят соответствующие кривые, после чего сопоставляют действующие в эксплуатации амплитуды и числа циклов с допустимыми.

Для элементов конструкций с высокой концентрацией напряжений принимают:

Если испытанию при эксплуатационных нагрузках подвергают натурные конструкции или полномасштабные модели, то значения коэффициентов запаса должны удовлетворять условиям

8.5 Расчет долговечности (ресурса) несущих элементов металлоконструкций локомотивов

8.5.1 Расчеты несущих конструкций локомотивов на циклическую долговечность выполняют:

- для установления назначенных сроков службы на основе определения ресурса при проектировании и модернизации;

- для оценки возможности дальнейшей эксплуатации (продление или установление нового назначенного срока службы на основании расчета остаточного ресурса);

- при изменении нагруженности (интенсивности эксплуатации);

- для выполнения условий безопасности в соответствии с требованиями [1] по установлению назначенного срока службы и ресурса (раздел 11).

8.5.2 Расчет долговечности (ресурса) проводят на основе гипотезы линейного суммирования повреждений.

Необходимыми исходными данными для расчета долговечности являются:

- результаты исследования напряженно-деформированного состояния детали, полученные расчетным либо экспериментальным путем;

Примечания

1 Согласно корректированной линейной гипотезе накопления повреждений условие разрушения имеет вид

2 Коэффициент перегрузки определяется соотношением

Уравнение (8.20) позволяет определить медианное (соответствующее вероятности разрушения 50%) число циклов.

Коэффициенты вариации при расчете принимают равными 0,10-0,20.

В этом случае при расчете учитывают все напряжения из блока нагружения.

Пример расчета долговечности приведен в приложении В.

Для расчетов долговечности (ресурса) ответственных конструкций и деталей могут быть использованы и другие методики по нормативной документации, принятой национальным законодательством*.

_________________

* В Российской Федерации требования к методам определения ресурса приведены в ГОСТ Р 57445-2017 "Железнодорожные технические средства. Общие требования к методам определения ресурса".

9 Требования к прочности и динамическим качествам узлов экипажной части

9.1 Корпус тягового опорно-осевого редуктора

9.1.1 Корпус тягового редуктора должен быть рассчитан на воздействие:

- перекоса подвески редуктора;

- тягового (тормозного) момента, низкочастотных крутильных колебаний и фрикционных автоколебаний при боксовании локомотива;

- колебаний неподрессоренных масс;

- динамических сил со стороны деталей зубчатой передачи.

9.1.2 Для снижения влияния динамических сил со стороны деталей зубчатой передачи и неподрессоренных масс на корпус и другие детали редуктора необходимо выполнение следующих условий:

- корпус редуктора не должен иметь локальных зон (кронштейн крепления подвески, горловина масломерного щупа и другие выступающие детали), частота свободных колебаний которых при скоростях движения локомотива от 50 км/ч до конструкционной скорости равна:

а) частоте пересопряжения зубьев зубчатой передачи;

б) двойной частоте пересопряжения зубьев зубчатой передачи;

- установка стаканов подшипников и лабиринтных крышек в корпусе редуктора должна быть беззазорной (для моноблочных корпусов допускается применение скользящей посадки);

- резьбовое крепление стаканов подшипников и лабиринтных крышек должно быть раздельным.

9.2 Расчет на прочность элементов тягового привода

9.2.1 При расчете на прочность зубчатой передачи тягового привода проводят расчеты по ГОСТ 21354:

- активных поверхностей зубьев на контактное сопротивление усталости (контактную выносливость);

- зубьев на сопротивление усталости при изгибе.

Примечание - Фраза в скобках приведена в редакции ГОСТ 21354, однако термин "выносливость" является недопустимым по ГОСТ 23207.

9.2.2 Элементы тягового привода, передающие крутящий момент, должны быть рассчитаны на нагруженность:

- при совместном действии:

а) крутящего момента при трогании;

б) в часовом режиме с учетом динамического момента;

в) динамического крутящего момента;

г) сил, возникающих при радиальной расцентровке и осевом смещении валов;

- от фрикционных автоколебаний при боксовании локомотива.

9.2.3 Низкочастотные (от 1,5 до 20 Гц) динамические нагрузки на элементы тягового привода при проектировании определяют как результат математического моделирования движения локомотива.

9.2.4 При расчете на прочность деталей тягового привода (кроме зубчатой передачи) должны быть учтены два основных вида динамических нагрузок:

- общие для всего тягового привода низкочастотные (от 1,5 до 8,0 Гц) динамические моменты, обусловленные кинематическим возмущением при колебаниях экипажной части;

- высокочастотный динамический крутящий момент, рассчитываемый по 9.2.5.

9.2.5 Высокочастотный динамический крутящий момент определяется высшими гармониками собственных колебаний зубчатой пары.

9.2.6 Элементы тягового привода должны быть рассчитаны на сопротивление усталости в соответствии с 8.3.

9.3 Определение расчетного ресурса подшипников буксовых узлов

9.3.1 Буксовые узлы необходимо рассчитывать на ресурс примененных в них подшипников исходя из условий эксплуатации и ожидаемого уровня и характера приложения нагрузок.

а) для роликовых подшипников

б) для радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников

в) для упорных шариковых подшипников

Примечание - Диаметр среднеизношенного колеса по кругу катания - среднее значение диаметра колеса между номинальным и минимальным допустимым в эксплуатации значениями.

- 0,55 - для подшипников радиальных роликовых с короткими цилиндрическими роликами;

- 0,35 - для подшипников радиальных роликовых сферических;

- 0,65 - для подшипников радиально-упорных роликовых конических;

- 0,75 - для подшипников радиальных или упорных шариковых.

а) для радиально-упорных роликовых, а также радиальных и радиально-упорных шариковых подшипников

б) для роликовых подшипников с короткими цилиндрическими роликами

Примечание - Под силой тяжести (весом) неподрессоренной части редуктора подразумевают сумму массы зубчатого венца, его ступицы и 2/3 общей массы нижней и верхней частей корпуса с учетом массы шестерни и половины массы муфты.

- 0,5 - при равномерном распределении осевой (рамной) силы между правым и левым буксовыми узлами колесной пары;

- 1,0 - при восприятии осевой (рамной) силы одним буксовым узлом колесной пары.

При наличии данных об осевых нагрузках, полученных расчетным путем, или по результатам испытаний конкретных типов локомотивов осевую нагрузку в прямых и кривых участках пути вычисляют по формуле

9.3.1.6 Эквивалентную динамическую радиальную нагрузку в случаях применения в буксовых узлах локомотива радиально-упорных подшипников (например, конических двухрядных кассетного типа или роликовых радиальных сферических двухрядных) вычисляют по (9.5).

Динамические эквивалентные нагрузки в случаях применения в буксовых узлах локомотивов радиально-упорных и упорных шариковых подшипников, освобожденных от восприятия радиальных сил, вычисляют по формулам (9.5), (9.7). Осевую нагрузку на эти типы подшипников вычисляют по формуле

9.3.2 Расчетный ресурс буксовых подшипников локомотива должен соответствовать 5.9.

9.3.3 Пример расчета ресурса буксовых подшипников тепловоза 2ТЭ116 приведен в приложении Г.

9.4 Рекомендации по проектированию рессорного подвешивания

9.4.1 Для обеспечения устойчивости пружин круглого сечения, работающих на сжатие, отношение высоты нагруженной пружины H к ее наружному диаметру должно быть:

- не более 1,75 при шарнирном закреплении опорных витков (опирание на шарнирные опоры);

- не более 3,5 при жестком закреплении опорных витков (опирание на жесткое основание).

9.4.2 Расчет цилиндрических стальных пружин проводят по ГОСТ 34628.

- 0,2-0,3 для гашения форм, характеризующих колебания галопирования и подпрыгивания кузова (главной рамы), а также вертикальных колебаний тележек;

- 0,3-0,4 для гашения форм, характеризующих горизонтальные колебания кузова (главной рамы) - виляние, относ;

- 0,1-0,2 для гашения формы колебаний, характеризующей боковую качку кузова (главной рамы).

9.4.4 При использовании в экипажной части гидравлических демпферов с линейной зависимостью силы от скорости характеристики гидродемпферов определяют в следующем порядке.

Примечание - Индекс т означает операцию транспонирования.

Варьируя коэффициенты сопротивления в матрице демпфирования, находят решения, при которых коэффициенты относительного демпфирования различных форм колебаний экипажной части соответствуют 9.4.3.

9.4.5 Выбранные характеристики гидродемпферов при необходимости корректируют по результатам динамико-прочностных испытаний локомотива и "сброса локомотива с клиньев".

При динамико-прочностных испытаниях эффективность демпфирования определяют по критериям, приведенным в разделе 4.

При "сбросе локомотива с клиньев" коэффициенты относительного демпфирования различных форм колебаний определяют по формулам:

или

10 Требования к применяемым материалам

10.1 Требования к материалам для изготовления сварных конструкций

10.1.1 Для изготовления сварных элементов конструкций базовых частей применяют прокат из углеродистых или низколегированных сталей следующих марок: 09Г2, 09Г2С, 09Г2СД, 10Г2Б, 10Г2СБ, 10Г2БД, 10ХСНД, 12Г2Б, 14Г2АФ по ГОСТ 19281.

Применение кипящей и полуспокойной стали в этих элементах не допускается.

Для изготовления кузовов (главных рам) помимо указанных сталей применяют сплавы на основе алюминия марок АМг5, АМг6 и марки 1915 по ГОСТ 4784.

10.1.2 Для прочих несущих элементов химический состав сталей и механические свойства изготовляемого из них стального проката должны быть выбраны по ГОСТ 535, ГОСТ 1050, ГОСТ 14637, ГОСТ 19281.

10.1.3 Применение сталей других марок для изготовления сварных несущих элементов допускается после проведения комплекса испытаний с целью определения следующих показателей:

- ударная вязкость KCV и KCU при комнатной и пониженной температурах по ГОСТ 9454;

- свариваемость.

Свариваемость оценивают по результатам испытаний:

- по определению механических свойств сварных соединений по ГОСТ 6996;

- на сопротивляемость образованию горячих трещин по нормативным документам государства, принявшего стандарт*;

_________________

* В Российской Федерации - ГОСТ 26389 "Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию горячих трещин при сварке плавлением".

- на сопротивляемость образованию холодных трещин по нормативным документам государства, принявшего стандарт**.

_________________

** В Российской Федерации - ГОСТ 26388 "Соединения сварные. Методы испытаний на сопротивляемость образованию холодных трещин при сварке плавлением".

Ударная вязкость и свариваемость должны быть не хуже, чем у проката:

- класса прочности 295 из низколегированной стали 09Г2Д по ГОСТ 19281 для элементов конструкций базовых частей;

- Ст3сп5 (категории 5 из стали Ст3сп по ГОСТ 380) по ГОСТ 14637 для других несущих элементов.

10.1.4 Для изготовления сварных конструкций из двухслойных сталей должны применяться стали марок: 12Х18Н10Т+ВСтЗсп, 06ХН28МДТ+ВСтЗсп, 08Х17Н13М2Т+20Х, 10Х17Н13М2Т+20К, 12Х18Н10Т+09Г2С по ГОСТ 10885.

10.1.5 Допускается применение сварных соединений из коррозионно-стойких (нержавеющих) сталей с углеродистыми сталями марок СтЗсп по ГОСТ 380, 15 и 20 по ГОСТ 1050, низколегированными сталями марок 16Д по ГОСТ 6713, 09Г2, 09Г2Д, 10Г2БД, 09Г2С, 09Г2СД, 10ХНДП, 15ХСНД по ГОСТ 19281 и другими низколегированными сталями.

10.1.6 Литые приварные несущие детали локомотивов следует изготавливать из низколегированных сталей марок 20ГЛ, 20ГФЛ, 20Г1ФЛ и углеродистых 15Л, 20Л, 25Л по ГОСТ 977.

Отливки следует применять только после термической обработки.

Содержание марганца в отливках должно быть не более 1,4%, углерода - не более 0,23%.

10.1.7 Приварные литые детали автосцепного устройства должны удовлетворять требованиям ГОСТ 22703.

10.1.8 Приварные детали из поковки из конструкционной углеродистой и легированной стали должны соответствовать требованиям ГОСТ 8479.

10.2 Требования к сварочным материалам

10.2.1 Электроды для ручной дуговой сварки и прихватки должны соответствовать требованиям:

- сталей - ГОСТ 9466;

- сплавов на основе алюминия - ГОСТ 23949.

10.2.2 Стальная сварочная проволока, применяемая для дуговой сварки и прихватки, должна соответствовать требованиям ГОСТ 2246, сварочная порошковая проволока - ГОСТ 26271.

Сварочная (присадочная) проволока из алюминия и алюминиевых сплавов должна соответствовать требованиям ГОСТ 7871.

10.2.3 Флюсы, применяемые для сварки конструкций, должны соответствовать ГОСТ 9087.

10.2.4 Для дуговой сварки в защитном газе следует применять следующие виды газов:

- двуокись углерода по ГОСТ 8050;

- аргон по ГОСТ 10157;

10.2.5 Газы, применяемые при резке сталей,’ должны соответствовать:

- кислород газообразный - ГОСТ 5583;

- кислород жидкий - ГОСТ 6331;

- ацетилен - ГОСТ 5457.

10.3 Требования к материалам для амортизирующих элементов

Для изготовления амортизирующих элементов, прокладок (виброизолирующих и уплотнительных) следует применять резины, обладающие регламентированными свойствами в соответствии с таблицами Д.1 и Д.2 (приложение Д).

По таблицам Д.1 и Д.2 проводят оценку работоспособности резиновых деталей по допускаемым напряжениям.

Приложение А

(обязательное)

Условия нагружения путеочистителя при расчете на прочность

Конструкция путеочистителя и узлы его крепления подлежат расчету на прочность при поочередном действии центральной и боковой продольной (см. рисунок А.1) статических нагрузок, значения которых указаны в таблице А.1. Схемы приложения нагрузок приведены на рисунке А.1.

а - Центральная продольная нагрузка

б - Боковая продольная нагрузка (по линии, расположенной над рельсом)

1 - центральная продольная нагрузка; 2 - боковая продольная нагрузка (одинаковая для обеих сторон от продольной оси); 3 - уровень головки рельса; 4 - зазор под сцепку (при наличии)

Рисунок А.1 - Схема нагружения путеочистителя (вид на путеочиститель спереди)

Таблица А.1 - Значения нагрузок, прикладываемых к путеочистителю

Приложение Б

(обязательное)

Экспериментальный метод определения корректирующего коэффициента для сварных конструкций из стального проката

Б.2 Типовой сварной образец (рисунок Б.1) представляет собой полую сварную балку прямоугольного сечения с накладкой прямоугольной формы.

При изготовлении и подготовке образцов к испытаниям необходимо учитывать следующее:

- образцы изготавливают на предприятии, изделия которого подлежат контролю по коэффициентам запаса сопротивления усталости;

- накладку приваривают после изготовления и полного остывания балки;

Рисунок Б.1 - Типовой сварной образец

- не допускается после приварки накладки к горизонтальному листу балки выполнять сглаживающую механическую обработку по границе сплавления шва в месте перехода его на горизонтальный лист балки;

- не допускаются наклеп, аргонодуговая обработка и другие способы упрочняющей или сглаживающей обработки, а также термическая обработка.

Б.3 На испытания представляют не менее 10 типовых сварных образцов, изготовленных с учетом требований Б.2.

Б.4 Испытания проводят на стенде, оборудованном счетчиком циклов, по схеме поперечного изгиба балки, лежащей на двух опорах, как показано на рисунке Б.2.

Примечание - Тензорезисторы устанавливают на расстоянии 60 мм от границы лобового сварного шва приварки накладки (сечения балки I-I и I’-I’) для исключения влияния на их показания концентратора напряжений на границе лобового шва.

Рисунок Б.3 - Схема установки тензорезисторов на типовом сварном образце (вид на образец сверху)

Б.8 Перед началом испытаний каждого образца счетчик циклов обнуляют.

Циклическое нагружение каждого образца осуществляют до достижения базы испытаний, указанной в Б.5, или до момента возникновения усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм на границе (см. рисунок Б.2) лобового (поперечного) шва приварки накладки.

Б.10 Наличие усталостных трещин определяют методом "керосиновой пробы", который заключается в том, что на поверхность образца в зоне предполагаемого возникновения усталостной трещины при испытаниях наносят кисточкой смесь керосина с маслом в объемном соотношении 3:1. Наличие усталостной трещины характеризуется образованием воздушных пузырьков, наблюдаемых визуально при циклическом нагружении типового сварного образца.

Допускается применение других методов, обеспечивающих обнаружение усталостной трещины длиной от 5 до 10 мм.

Б.11 Результаты испытаний каждого образца заносят в журнал испытаний.

Приложение В

(рекомендуемое)

Пример расчета долговечности

Расчет долговечности (ресурса) выполнен для рамы тележки (челюстного типа) тепловоза М62.

Результирующий блок амплитуд эксплуатационных напряжений для этой рамы представлен в таблице В.1.

Расчет выполнен с использованием уравнения (8.24), т.е. для случая, когда кривая усталости аппроксимирована двумя наклонными прямыми линиями. Параметры кривой усталости приведены в таблице В.2.

Таблица В.2 - Параметры кривой усталости рамы тележки тепловоза М62

Путем решения уравнения (8.22) вычисляют относительный коэффициент запаса

С учетом формулы (8.23) вычисляют значение предельного коэффициента нагруженности

Вычисляют значения сумм, стоящих в знаменателе правой части уравнения (8.24):

Определяют значение относительной долговечности по уравнению (8.24)

и срок службы рамы, лет:

Приложение Г

(рекомендуемое)

Пример расчета ресурса буксового роликового радиального подшипника с короткими цилиндрическими роликами типа 30-32532ЛIМ тепловоза 2ТЭ116

Г.1 Для расчета ресурса подшипника использованы следующие исходные данные:

Приложение Д

(обязательное)

Допускаемые показатели прочности резиновых деталей

Таблица Д.1 - Допускаемые напряжения сжатия резиновых деталей

Таблица Д.2 - Допускаемые напряжения сдвига резиновых деталей

Библиография