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

6.3. Расчетные режимы для оценки прочности

6.3.1 Для оценки прочности по допускаемым напряжениям по отношению к пределу текучести материала устанавливают три (I, II и IV) расчетных режима с силами, действующими статически.

Для режима III, учитывающего действие статических и динамических сил, оценку прочности выполняют как по допускаемым напряжениям, так и на сопротивление усталости.

Режим I включает режимы Iа и Iб.

Режим Iа учитывает действие максимальных продольных квазистатических сил.

Режим Iб учитывает действие максимальных продольных ударных сил.

Режим II включает режимы IIа, IIб и IIв.

Режим IIа учитывает силы, действующие при движении в кривых участках пути с максимальным разрешенным непогашенным ускорением.

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

 

Режим IIб учитывает силы, действующие при трогании.

Режим IIв учитывает силы, действующие при экстренном торможении.

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

Режим IV учитывает силы, обусловленные технологией ремонта и производством аварийно-восстановительных работ, включает режимы IVа и IVб.

Режим IVа - подъем кузова на трех домкратах.

Режим IVб - подъем вагона за узел сцепного устройства.

6.3.2 При расчетах на прочность экипажной части МВПС должны учитываться следующие силы:

- собственная сила тяжести (вес) экипажной части и сила тяжести (вес) размещенного на ней оборудования;

- инерционные, упругие и диссипативные силы, вызванные колебаниями экипажной части при ее движении;

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

- силы, связанные с тягой и торможением поезда;

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

- силы соударения;

- силы, возникающие при ремонтно-восстановительных работах.

Перечисленные 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 МВПС;

- силу тяжести размещенного на нем оборудования;

- силу тяжести пассажиров;

- вертикальные динамические силы, возникающие при движении МВПС;

- дополнительные вертикальные силы, возникающие на опорах кузова при действии продольных и горизонтальных поперечных нагрузок в рассматриваемом режиме.

6.3.3.1 Под силой тяжести вагона понимают суммарную силу собственной тяжести полностью оборудованного и экипированного вагона.

6.3.3.2 Силу тяжести пассажиров определяют при максимальной населенности вагона по 3.5 и 3.6 с учетом расчетной массы пассажира, которая составляет:

- 100 кг для МВПС, в технической документации на который установлено ограничение количества пассажиров по количеству мест для сидения;

- 70 кг для МВПС, в технической документации на который не установлено ограничение количества пассажиров по количеству мест для сидения.

Площадь, занимаемую стоящими пассажирами, рассчитывают без учета мест сидящих пассажиров, размещения инвалидов в инвалидных колясках и пассажиров на откидных сидениях. Площадь между последовательно стоящими сидениями и между сидениями, расположенными друг напротив друга, из расчета исключают. Площадь на ширине 200 мм от края откидных сидений в раскрытом положении считают занятой ногами сидящих пассажиров и в расчет свободной площади не принимают.

6.3.3.3 При расчетах отдельных элементов конструкции и узлов их крепления учитывают фактическую силу тяжести пассажиров, нагружающую этот элемент.

6.3.3.4 Действие силы тяжести вагона рассматривают при опирании кузова на тележки (схема опирания 1).

Действие собственной силы тяжести оборудованного порожнего кузова рассматривают:

- при подъемке кузова тремя домкратами (схема опирания 2);

- при аварийной подъемке вагона с тележкой за узел сцепного устройства (схема опирания 3).

При аварийной подъемке за узел сцепного устройства к силе тяжести кузова добавляется сила тяжести поднимаемой тележки.

6.3.3.5 Динамическую вертикальную силу от колебаний тележки на первой ступени рессорного подвешивания определяют умножением силы тяжести ее подрессоренной массы и силы тяжести кузова (в состоянии "брутто"), приходящейся на тележку, на максимальное значение показателя П_Д1.

Динамическую вертикальную силу для кузова и промежуточных рам (балок, брусьев и т.п.) второй ступени рессорного подвешивания вычисляют умножением силы тяжести кузова (для промежуточных рам, балок, брусьев - с учетом их силы тяжести) на максимальное значение показателя П_Д2.

В качестве максимальных значений показателей П_Д1 и П_Д2 принимают увеличенные на 20% значения этих показателей, полученные по результатам математического моделирования движения МВПС, но не выше максимально допустимых значений этих показателей в соответствии с 4.1.2 и 4.1.3.

6.3.3.6 Дополнительную вертикальную силу , кН, прикладываемую к опорам кузова в результате действия продольной силы инерции кузова, рассчитывают по формуле

 

, (6.13)

 

где P_ИК - сила инерции кузова, кН;

h_к - расстояние от центра тяжести кузова до плоскости опор на тележку, м;

2L - база кузова, м.

Примечание - Дополнительные вертикальные силы нагружают одну тележку и разгружают другую.

 

6.3.3.7 Дополнительные силы, действующие на опоры кузова, опоры тягового двигателя, опоры тягового редуктора, узлы передачи силы тяги при трогании с места необходимо рассчитывать из условий равновесия экипажной части при реализации максимальной силы тяги.

6.3.3.8 Дополнительную вертикальную силу на опоры кузова при торможении, вызванную моментом пары сил, одна из которых - продольная сила инерции вагона, вторая - суммарная касательная сила торможения на ободе колес, необходимо рассчитывать из условий равновесия экипажной части.

6.3.4 Продольные силы представляют собой силы взаимодействия между 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 и тележек с кузовом.

6.3.4.1 Продольные силы, прикладываемые к сцепным устройствам, устанавливают в соответствии с таблицей 6.1.

 

Таблица 6.1

 

Расчетные продольные силы, прикладываемые

к сцепным устройствам кузова

 

В килоньютонах

 

Количество вагонов в штатной составности МВПС	Значение для режима
	Iа	Iб (нормативная сила соударения)
Одновагонный (электромотриса, автомотриса, одновагонный рельсовый автобус)	- <*>	-1500 <*>, <**>
Более одного вагона (дизель-поезд, электропоезд, рельсовый автобус)	+1000, -2000	-2000 <**>
<*> Если в технической документации на МВПС установлена возможность его эксплуатации в составе двух и более МВПС, то к нему применяют расчетные продольные силы, установленные для МВПС составностью более одного вагона. <**> Нормативную силу соударения увеличивают на 500 кН для передней консоли головного вагона в случае использования при постройке кузова некоррозионно-стойких сталей. Для режима Iа продольные силы прикладывают к упорам сцепных устройств, расчет выполняют при действии сил сжатия (-) и растяжения (+). Для режима Iб продольные силы прикладывают к упорам переднего и хвостового сцепных устройств (поочередно).

 

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

Максимальную продольную 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 0,3.

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

Величина, направление и точки приложения этих сил определяют, исходя из конструкции тормозной системы.

6.3.4.4 Силы инерции, действующие на отдельные узлы и элементы МВПС, считают приложенными к центрам их масс.

Продольные силы инерции, действующие на кузов при соударениях, вычисляют через продольное ускорение a_x оборудованного кузова. При этом принимают продольное ускорение моторной тележки вагона равным 3g, немоторной тележки - 5g.

Продольное ускорение кузова a_x вычисляют с учетом силы F_N по таблице 6.1, приложенной к упорам сцепных устройств, и сил инерции присоединенных масс тележек по формулам:

- для моторной тележки

 

; (6.14)

 

- для немоторной тележки

 

, (6.15)

 

где i_тел - число тележек под вагоном;

m_т - масса тележки;

m_с - общая масса вагона.

При расчете продольной силы инерции тележки при торможении следует учитывать инерцию вращающихся частей. Для этого массу тележки увеличивают на добавочную величину , т, вычисляемую по формуле

 

, (6.16)

 

где n_кп - число колесных пар в тележке;

J_кп - момент инерции колесной пары относительно поперечной оси;

n_ТЭД - число ТЭД в тележке;

J_ТЭД - момент инерции тягового двигателя относительно поперечной оси;

i_ред - передаточное отношение редуктора;

D - диаметр колеса по кругу катания.

6.3.5 Горизонтальные поперечные силы для расчетов на прочность определяют динамической составляющей рамной силы и силами, соответствующими непогашенному поперечному ускорению, действующими по направлению оси колесной пары и поперечным осям, проходящим через центры масс тележки и кузова.

6.3.5.1 Центробежную силу определяют отдельно для кузова и тележек при максимальном разрешенном непогашенном горизонтальном поперечном ускорении. Равнодействующая центробежной силы прикладывается в центре тяжести кузова (тележки) и вызывает перераспределение вертикальных нагрузок на опоры кузова.

6.3.5.2 Рамные силы, действующие от колесной пары на раму тележки, определяют умножением максимальной вертикальной статической осевой нагрузки P_{ст_ос_брутто} на максимальное значение показателя П_Дгор.

В качестве максимального значения показателя П_Дгор принимают увеличенную на 20% величину этого показателя, полученную по результатам математического моделирования движения МВПС, но не выше максимально допустимого значения этого показателя в соответствии с 4.1.1.

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 Вертикальные инерционные силы 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. При отсутствии надежных экспериментальных или расчетных данных эти силы принимают исходя из вертикального ускорения, равного 2g.

6.3.8 При проведении расчетов следует учитывать силы, возникающие при работе механизмов, установленных в вагоне. Напряжения от действия этих сил для режима нагружения III 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

 

Расчетные силы	Сочетание сил для расчетного режима
	Iа	Iб	IIа	III	IV
Силы тяжести	по 6.3.3.1 - 6.3.3.4 (схема опирания 1)				по 6.3.3.4 (схемы опирания 2, 3)
Вертикальные динамические силы при движении	-	-	по 6.3.3.5	по 6.3.3.5	-
Продольные силы на упорах сцепных устройств	по 6.3.4.1	по 6.3.4.1	-	-	-
Продольные силы инерции		по 6.3.4.4	-	-	-
Центробежная сила	-	-	по 6.3.5.1	-	-

 

Таблица 6.3

 

Сочетания сил при расчетных режимах нагружения тележки

 

Расчетные силы	Сочетания сил для расчетного режима
	Iб	IIа	IIб	IIв	III	IV
Силы тяжести	по 6.3.3.1 - 6.3.3.4 (схема опирания 1)
Вертикальные динамические силы при движении	-	по 6.3.3.5	-	-	по 6.3.3.5	-
Дополнительные вертикальные силы на опорах кузова от действия продольной силы инерции кузова	по 6.3.3.6	-	-	-	-	-
Дополнительные вертикальные силы на опорах кузова, при трогании с места	-	-	по 6.3.3.7	-	-	-
Дополнительные силы на опорах ТЭД, тягового редуктора при трогании с места	-	-	по 6.3.3.7	-	-	-
Вертикальные инерционные силы со стороны масс ТЭД	-	по 6.3.7	-	-	по 6.3.7	-
Дополнительные вертикальные силы на опорах кузова при торможении	-	-	-	по 6.3.3.8	-	-
Силы, действующие со стороны тормозной системы	-	-	-	по 6.3.4.3	-	-
Силы тяги	-	-	по 6.3.4.2	-	-	-
Продольные силы инерции	по 6.3.4.4	-	-	по 6.3.4.4	-	-
Центробежная сила	-	по 6.3.5.1	-	-	-	-
Рамные силы	-	по 6.3.5.2	-	-	по 6.3.5.2	-
Кососимметричные силы со стороны букс	-	по 6.3.6	-	-	-	-

 

6.3.11 Дополнительно к расчетным режимам I - IV узлы связи кузова с тележкой, передающие силу тяги, рассчитывают при действии инерционных сил, вызванных продольными ускорениями +/- 5g для немоторных тележек и моторных тележек с опорно-кузовным расположением ТЭД и +/- 3g для моторных тележек с опорно-рамным расположением ТЭД. При этом напряжения в элементах узлов связи кузова с тележкой не должны превышать значения .

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

- действие вертикальных сил тяжести оборудования и размещенного на нем груза при вертикальном ускорении, равном (1 +/- c)g, где c = 2 в конце вагона и линейно убывает до значения 0,5 в середине вагона;

- совместное действие вертикальных сил тяжести оборудования и размещенного на нем груза при вертикальном ускорении 1g и инерционных сил, вызванных продольными ускорениями 3g;

- совместное действие вертикальных сил тяжести оборудования и размещенного на нем груза при вертикальном ускорении 1g и инерционных сил, вызванных боковым ускорением 1g.

Для каждого из этих случаев напряжения в элементах крепления оборудования не должны превышать .

6.3.13 Прочность узлов крепления демпферов рессорного подвешивания оценивают для расчетного режима III по условию и по допускаемым коэффициентам запаса сопротивления усталости по 8.2.

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

6.3.14 Прочность узлов крепления пассажирских кресел, диванов должна быть рассчитана для каждого из следующих случаев нагружения (с учетом массы конструкции кресла, дивана и сидящих на них пассажиров):

- действие вертикальных сил тяжести кресел (диванов) и сидящих на них пассажиров при вертикальном ускорении 3g;

- совместное действие вертикальных сил тяжести кресел (диванов) и сидящих на них пассажиров при вертикальном ускорении 1g и инерционных сил, вызванных продольными ускорениями +/- 3g;

- совместное действие вертикальных сил тяжести кресел (диванов) и сидящих на них пассажиров при вертикальном ускорении 1g и инерционных сил, вызванных боковым ускорением 1g.

Массу пассажира в расчетах на прочность принимают равной 70 кг. Центр тяжести сидящего пассажира расположен на высоте 660 мм от пола. Массу пассажира в расчетной схеме принимают жестко соединенной с несущими элементами конструкции кресел, диванов, с соблюдением указанного положения центра тяжести сидящего пассажира.

Для каждого случая нагружения напряжения в элементах крепления пассажирских кресел, диванов не должны превышать .

6.3.15 Прочность узлов крепления багажных полок должна быть рассчитана для следующих случаев нагружения:

- действие равномерно распределенной (погонной) вертикальной нагрузки, равной 250 Н/м (25 кгс/м) для электропоездов и одновагонных МВПС и 1000 Н/м для дизель-поездов;

- действие на наружный продольный элемент жесткости полки сосредоточенной вертикальной нагрузки 850 Н, приложенной в середине между соседними элементами крепления полки к стене.

Для каждого случая нагружения напряжения в элементах крепления багажных полок не должны превышать .

6.3.16 Прочность узлов крепления и конструкции путеочистителя должна быть обеспечена по условию при нагружении согласно указанному в приложении А.