ГОСТ 33796-2016. Межгосударственный стандарт. Моторвагонный подвижной состав. Требования к прочности и динамическим качествам

6.2. Расчет показателей динамики

6.2.1 Показатель горизонтальной динамики П_Дгор по 4.1.1 определяют как отношение значения динамической составляющей рамной силы , полученного по приведенному в данном пункте алгоритму, к значению максимальной вертикальной статической осевой нагрузки P_{ст_ос_брутто}.

Значение динамической составляющей рамной силы определяют с исключением квазистатической составляющей динамического процесса рамных сил Y_р.

Исключение квазистатической составляющей динамического процесса выполняют, как правило, с использованием математического фильтра. При этом частота, отделяющая квазистатическую составляющую от динамической, должна быть не более 80% от низшей собственной частоты колебаний вагона на рессорном подвешивании.

За значение принимают среднее арифметическое из трех максимальных амплитуд за исключением полученных при движении вагона по стрелочным переводам.

Максимальные амплитуды динамических составляющих рамных сил определяют как половинное значение размахов, получаемые при обработке динамических процессов методами "дождя" или полных циклов по ГОСТ 25.101.

Значение определяют для порожнего и груженого состояний вагона. На этапе проектирования при определении значения P_{ст_ос_брутто} в расчет принимают проектные нагрузки, при испытаниях учитывают фактические статические нагрузки порожнего вагона, полученные при проведении поколесного взвешивания.

При проектировании расчет и оценку П_Дгор осуществляют для всех осей вагона. При проведении динамико-прочностных испытаний обязательной оценке подлежат:

- в головном вагоне - колесные пары передней тележки и последняя колесная пара в вагоне;

- в неголовном вагоне, стоящем рядом с головным - колесная пара, расположенная ближе к головному вагону.

6.2.2 Показатель П_Д1 по 4.1.2 определяют как отношение значения динамической составляющей вертикальной силы первой ступени рессорного подвешивания к значению максимальной статической нагрузки первой ступени рессорного подвешивания P_{ст1-брутто}.

Значение динамической составляющей вертикальной силы первой ступени подвешивания определяют в порядке, изложенном в 6.2.1 для определения динамической составляющей рамной силы.

Значение определяют для порожнего и груженого состояний вагона. При этом в расчет принимают значения сил (нагрузок), приходящихся на конкретный узел первой ступени рессорного подвешивания.

При проектировании оценку показателя осуществляют для всех узлов первой ступени рессорного подвешивания вагона. При проведении динамико-прочностных испытаний обязательной оценке подлежат:

- в головном вагоне - все узлы первой ступени рессорного подвешивания передней тележки и узлы последней колесной пары в вагоне;

- в неголовном вагоне, стоящем рядом с головным - узлы колесной пары, расположенной ближе к головному вагону.

6.2.3 Показатель П_Д2 по 4.1.3 определяют как отношение значения динамической составляющей вертикальной силы второй ступени рессорного подвешивания к значению максимальной статической нагрузки второй ступени рессорного подвешивания P_{ст2-брутто}.

Значение динамической составляющей вертикальной силы второй ступени подвешивания определяют в порядке, изложенном в 6.2.1 для определения динамической составляющей рамной силы.

При проектировании оценку показателя осуществляют для всех узлов второй ступени рессорного подвешивания вагона. При проведении динамико-прочностных испытаний обязательной оценке подлежат:

- в головном вагоне - все узлы второй ступени рессорного подвешивания вагона;

- в неголовном вагоне, стоящем рядом с головным, - узлы тележки, расположенной ближе к головному вагону.

6.2.4 Коэффициент запаса устойчивости против схода колеса с рельса вычисляют по формулам:

 

; (6.1)

 

C₁ = 2Q(b - a₂) - P_Z1-НК(l + a₁) + P_Z1-ННКa₂ +

+ Y_рr + q_НП(b - a₂); (6.2)

 

C₂ = 2Q(b - a₁) - P_Z1-ННК(l + a₂) + P_Z1-НКa₁ -

- Y_рr + q_НП(b - a₁), (6.3)

 

где C₁ и C₂ - промежуточные величины, введенные для упрощения записи основной формулы;

- коэффициент трения между гребнем набегающего колеса и рельсом;

- коэффициент трения между поверхностью катания ненабегающего колеса и рельсом;

- угол наклона образующей гребня колеса к горизонтальной плоскости, рад. (рисунок 6.1);

Y_р - рамная сила (с учетом квазистатической составляющей), действующая на колесную пару со стороны подрессоренных масс вагона, кН;

Q - сила тяжести подрессоренной части вагона (с учетом соответствующего состояния загрузки вагона), приходящаяся на шейку оси колесной пары, кН;

q_НП - сила тяжести неподрессоренных частей вагона, приходящаяся на колесную пару, кН, вычисляют по формуле Г.2;

P_Z1-НК и P_Z1-ННК - вертикальные динамические силы в первой ступени рессорного подвешивания (с учетом квазистатических составляющих) соответственно на набегающем и ненабегающем колесах колесной пары, кН (при уменьшении нагрузки на шейку оси колесной пары по сравнении со статической P_Z1-НК и P_Z1-ННК считают положительными);

b - половина расстояния между точками приложения вертикальных нагрузок к шейкам оси колесной пары, м;

a₁ - поперечное расстояние между точкой приложения вертикальной нагрузки на шейку оси на набегающем колесе и точкой контакта на его гребне, м;

a₂ - поперечное расстояние между точкой приложения вертикальной нагрузки на шейку оси на ненабегающем колесе и точкой контакта на его поверхности катания, м;

r - радиус колеса по кругу катания, м;

l - расстояние между точками контакта с рельсами набегающего и ненабегающего колес, м.

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.

 

 

НК - набегающее колесо;

ННК - ненабегающее колесо

 

Рисунок 6.1 - Схема сил, действующих на колесную пару

 

Расстояние l вычисляют по формуле

 

l = 2b - (a₁ + a₂). (6.4)

 

Принимают , a₁ = 0,264 м, a₂ = 0,219 м.

Обработку динамических процессов, по которым определяют величины P_Z1-НК и P_Z1-ННК и Y_р, используемые для вычисления коэффициента , производят по мгновенным значениям в один момент времени.

Контроль показателя выполняют для порожнего и груженого состояний вагона.

За значение показателя , используемое для оценки соответствия вагона требованию 4.1.4, принимают наименьшее из вычисленных (для каждой контролируемой колесной пары и для каждого из состояний загрузки вагона).

При проектировании оценку показателя осуществляют для всех колесных пар вагона. При проведении динамико-прочностных испытаний обязательной оценке подлежат:

- в головном вагоне - крайние колесные пары;

- в неголовном вагоне, стоящем рядом с головным - колесная пара, расположенная ближе к головному вагону.

6.2.5 Для расчета показателей плавности хода в вертикальном (W_Z) и горизонтальном поперечном (W_Y) направлениях используют динамические процессы виброускорений в контрольных точках кузова вагона, располагаемым на продольной оси вагона на полу внутри кузова.

Контрольными точками для показателей W_Z и W_Y являются:

- кузов в кабине машиниста (головной по ходу движения), над центрами масс тележек (или в точках, максимально приближенных к центрам масс) и в середине салона головного вагона;

- кузов над центрами масс тележек (или в точках, максимально приближенных к центрам масс) и в середине салона неголовного вагона.

Показатели W_Z и W_Y для головного вагона без пассажирского салона определяют только в кабине машиниста (головной по ходу движения).

Контроль показателей W_Z и W_Y выполняют для состояний вагона без пассажиров и при максимальной населенности вагона.

Для расчета показателей плавности хода используют динамические процессы виброускорений, полученные при движении вагона по прямым участкам пути и по участкам пути, имеющим кривые R >= 600 м (R >= 1000 м для скоростного движения). Длительность измерений в каждом диапазоне скоростей должна быть не менее 200 с.

Вычисление показателя плавности хода W_k для каждого k-го диапазона скоростей движения выполняют по формулам:

- для вибрации, действующей в вертикальном направлении

 

; (6.5)

 

- для вибрации, действующей в горизонтальном поперечном направлении;

 

, (6.6)

 

где - среднеквадратическое значение корректированного виброускорения в k-м диапазоне скорости движения, м/с².

Среднеквадратическое значение корректированного виброускорения для k-го диапазона скоростей движения определяют по формуле

 

, (6.7)

 

где f_н - значение нижней граничной частоты диапазона измерения плавности хода, f_н = 0,5 Гц;

f_в - значение верхней граничной частоты диапазона измерения плавности хода, принимается равной частоте вращения колеса при конструкционной скорости движения, но не менее 20 Гц;

q_н(f) - значения нормированной амплитудно-частотной характеристики корректирующего фильтра;

S_k(f) - функция спектральной плотности виброускорения в k-ом диапазоне скорости движения, м²/с⁴/Гц.

Значения q_н(f) вычисляют по формуле

 

, (6.8)

 

где f - частота колебаний, Гц.

Допускается разбивать время измерения T_k виброускорений при движении с данной скоростью на отрезки продолжительностью T_kj, каждому из которых соответствует свое среднее квадратическое значение корректированного виброускорения , определенного на неперекрывающихся участках пути. В этом случае среднее квадратическое значение корректированного виброускорения для k-го диапазона скорости движения вычисляют по формуле

 

, (6.9)

 

где T_kj - продолжительность j-го отрезка времени k-го диапазона скорости движения, с;

T_k - суммарное время движения со скоростями, входящими в k-й диапазон скоростей движения, с.

При проведении динамико-прочностных испытаний показатели плавности хода контролируют для скоростей движения от половины конструкционной скорости до конструкционной скорости с шагом 10 - 20 км/ч (25 км/ч, если конструкционная скорость свыше 200 км/ч).

6.2.6 Коэффициент конструктивного запаса пружинных комплектов (К_КЗ) для первой и второй ступеней рессорного подвешивания вычисляют по формуле

 

, (6.10)

 

где P_max - максимальная сила, соответствующая допускаемому конструкцией пружинного комплекта сжатию до состояния незамыкания на 3 мм витков пружины, которая в комплекте замыкается первой (далее - лимитирующая пружина);

P_{ст_брутто} - статическая нагрузка на пружинный комплект рессорного подвешивания при максимальной населенности вагона пассажирами.

При расчете P_max могут быть учтены вертикальные (или приведенные вертикальные) жесткости других упругих элементов, установленных в ступени рессорного подвешивания и работающих параллельно с пружинным комплектом. В этом случае расчет К_КЗ должен содержать расчет жесткости элемента, работающего параллельно с пружинным комплектом.

Расчет максимальной силы P_max выполняют по лимитирующей пружине с учетом конструктивных особенностей установки пружин, таких как наличие нижних (верхних) подкладок под (на) пружины, отставания включения в работу пружинного комплекта одной или нескольких пружин и других упругих элементов, работающих параллельно с пружинным комплектом.

При расчете P_max принимают номинальные значения геометрических размеров пружин. Высоту полностью сжатой цилиндрической винтовой пружины H_зам с круглым сечением прутка, изготовленной по ГОСТ 1452, рассчитывают по одной из формул:

 

H_зам = (n_раб + 1,1)·d при d <= 35 мм, (6.11)

 

H_зам = (n_раб + 1,08)·d при d > 35 мм, (6.12)

 

где n_раб - количество рабочих витков пружины;

d - номинальный диаметр прутка, из которого изготовлена пружина, мм.

Для пружин, изготовленных не по ГОСТ 1452, высоту H_зам принимают по конструкторской документации на пружину.

При наличии в конструкции рессорного подвешивания ограничения деформации сжатия (за исключением ограничения вследствие замыкания витков лимитирующей пружины), наступающего под действием силы P_{max_огр}, величина которой ниже P_max, расчет коэффициента К_кз проводят по формуле (6.10) с применением величины P_{max_огр} вместо P_max.

При наличии упругого упора, ограничивающего вертикальные перемещения буксы относительно рамы тележки, расчет показателя К_кз1 для первой ступени рессорного подвешивания выполняют дважды для проверки выполнения требований по значениям не менее 1,6 и не менее 1,4 (4.1.6) по формуле (6.10). Во втором случае (К_кз1 не менее 1,4) в качестве силы P_max применяют силу, соответствующую нагрузке на комплект рессорного подвешивания в момент включения в схему нагружения упругого упора.

Расчет К_кз должен содержать конструктивную схему рессорного подвешивания в состоянии без нагрузки, позволяющей проследить порядок вступления в работу всех учитываемых жесткостей при нагружении комплекта.