КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ
велись на основе статической проч-
ности с использованием коэффици-
ентов безопасности. После много-
численных аварий, связанных с из-
ломами осей колесных пар, А. Вёлер
установил, что даже при невысоких
значениях возникающих напряже-
ний
возможно усталостное разру-
шение оси колесной пары, если ча-
стота
циклов
напряжений
станет
слишком высокой.
При оценке осей колесных пар
в отношении «длительной прочно-
сти» в соответствии с нормами мак-
симальные (пиковые) эксплуатаци-
онные нагрузки
(Ып
и а/;) не должны
вызывать напряжений, превышаю-
щих максимально допустимые зна-
чения, которые возникают при 107
циклах колебаний. Соответственно
ось не отвечает эксплуатационным
требованиям,
если
коэффициент
безопасности 5, рассчитанный как
отношение между максимально до-
пустимым
ат
и расчетным эксплуа-
тационным а. напряжениями при
движении в кривой экстремально
малого радиуса, будет меньше еди-
ницы
(Б = ат
/
а. < 1). Напротив, ось
или колесо считаются обладающи-
ми достаточной усталостной проч-
ностью, если коэффициент безопас-
ности 5^1.
Результаты
многочисленных
научных исследований и практиче-
ский опыт позволили определить
пределы, в которых может исполь-
зоваться упрощенное определение
вибропрочности.
В
качестве
важ-
ных ограничений следует в первую
очередь назвать следующие:
• большинство
эксплуатацион-
ных нагрузок не соответствует си-
нусоидальному характеру. Они из-
меняются произвольно и характе-
ризуются механизмом повреждения
разного характера;
• для компонентов конструкций в
эксплуатации не существует поня-
тия
«длительная
прочность»,
по-
этому и в случае, когда число цик-
лов нагружений превышает 106 или
даже 107, дальнейшее падение виб-
ропрочности будет происходить с
ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ МИРА — 2011, № 10
крутизной, соответствующей
(см.
рис. 2). Это в наибольшей степени
характерно для
прессовых
соеди-
нений
(места
посадки
колес, бук-
совых подшипников, зубчатого ко-
леса, шестерни редуктора, тормоз-
ных дисков), а также для процессов
коррозии.
Срок службы при
переменных
амплитудах
напряжений
и
возни-
кающий
при
этом
коллектив
на-
пряжений описывает кривая Гасс-
нера (см. рис. 2), который разрабо-
тал метод конечных элементов, ши-
роко применяющийся при создании
облегченных конструкций в авиа-
строении, а позднее и облегченно-
го железнодорожного подвижного
состава. При проведении исследо-
вательских работ в 1980-х годах ме-
тод использовали для расчетов раз-
личных компонентов подвижного
состава.
Кривая
Гасснера
опреде-
ляется также величиной разброса и
крутизной &*. На рис. 2 зоны раз-
броса
кривых
Вёлера
и
Гасснера
ограничены штриховыми линиями.
Ввиду простоты определения и
наличия
большого
числа данных
кривая Вёлера также может быть
использована для определения ус-
талостной прочности при учитывае-
мых предельных значениях, оцен-
ки
эксплуатационной
прочности,
а также срока службы при извест-
ных эксплуатационных нагрузках.
Для этого при наличии комплекса
нагрузок в качестве определяюще-
го коллектива для заданного срока
Кривая Вёлера
№ > =
9 9
% >
Рис. 3. Определение напряжений, эквива-
лентных разрушающим (по обеим осям —
логарифмическая шкала):
а. —
приведенная величина напряжений;
N —
число циклов нагружения
службы могут быть рассчитаны экс-
плуатационная прочность и напря-
жения, эквивалентные разрушаю-
щим (рис. 3).
Напряжения
а
,
эквивалент-
ные разрушающим, изменяются по
синусоидальному закону. При опре-
деленном числе циклов колебаний
они приведут к таким же разру-
шениям, как и при коллективе на-
пряжений с максимальным значе-
нием ст
и числом циклов
N..
Величину этих напряжений на-
ходят путем так называемого рас-
чета
накапливающегося
отказа,
причем наклон кривой Вёлера над
точкой
выбирают по варианту
к2
=
2к —
1 или
к2 = 2к —
2. Эти на-
пряжения
определяют
необходи-
мую вибрационную прочность де-
тали, которая в исследованиях по
методике Вёлера достигается при
нагрузке
Иус
учетом соответствую-
щих коэффициентов запаса.
Этот способ расчета применяет-
ся для оценки эксплуатационного
предела выносливости. С его помо-
щью определяют, сможет ли быть
достигнута заданная долговечность
при такой частоте выхода из строя
(расчетная вероятность отказа), при
которой исключено преждевремен-
ное разрушение таких важнейших
с точки зрения безопасности дета-
лей, как колеса или оси. Критери-
ем отказа считается появление тре-
щины такого размера, при котором
данная деталь еще сохраняет спо-
собность выполнять свою функцию.
Схематическое
отображение
определяющих параметров, исполь-
зуемых для оценки предела вынос-
ливости при эксплуатационном ре-
жиме нагружения, дано на рис. 4.
Важный в расчете деталей пре-
дельный срок эксплуатации
Ьв
для
рельсового
подвижного
соста-
ва
обычно
устанавливают
в
пре-
делах
30
лет,
что
для
пригород-
ных поездов при годовом пробеге
100 тыс.
км соответствует полно-
му
пробегу Змлн
км,
а для
поез-
дов 1СЕ (500 тыс. км/год) —
поряд-
ка 15 млн км. При этом суммарное
предыдущая страница 44 Железные дороги мира 2011 10 читать онлайн следующая страница 46 Железные дороги мира 2011 10 читать онлайн Домой Выключить/включить текст