CC BY
90
Таблица 2. Величина коэффициентов трения вкладышей скользунов
Материал образца скользуна Температура, °С
20 0 -20 -40 -50
Маслонасыщенный полиамид ПА6 0,138 0,16 0,176 0,266 -
Маслонасыщенный полиамид ПА6 0,128 0,164 0,173 0,272 -
Маслонасыщенный полиамид ПА6 с дисульфидом молибдена 0,09 0,158 0,16 0,161 -
Маслонасыщенный полиамид ПА6 с дисульфидом молибдена 0,11 0,16 0,159 0,162 0,16
Типовой углепластик 0, 21 0, 23 0,26 0,28 0,31
Примечание: «-» - нет данных
винтов. Продольное перемещение скользуна обеспечивается в пределах 80-90 мм.
При подаче сжатого воздуха поочередно в каждый из пневмоцилин-дров подвижная плита со скользуном перемещается относительно опорной поверхности основания, в котором устанавливается вкладыш. Усилие перемещения скользуна фиксируется с помощью силоизмерительного датчика. Вертикальная нагрузка задается при помощи гидравлических домкратов и контролируется по прогибу пружин с известными силовыми характеристиками.
Установка помещалась в климатическую камеру объемом 12 м3, обеспечивающую температурный режим от +50
до -50 °С. Сила прижатия в испытаниях составляла 8 тс. Для каждого температурного режима в течение определенного времени (5-6 мин) осуществлялась притирка пары, затем проводились контрольные замеры коэффициента трения.
Результаты стендовых испытаний скользуна в диапазоне температуры от +20 до -50 °С представлены в табл. 2.
В результате испытаний установлено, что образцы, изготовленные из маслонасыщенного полиамида ПА6 с дисульфидом молибдена, обеспечивают стабильный коэффициент трения в пределах допустимых значений рабочей температуры. При этом их износ аналогичен износу типового образца из углепластика.
Таким образом, результаты проведенных исследований подтвердили перспективность использования материалов на основе модифицированного полиамида для скользунов пассажирского вагона. И
Литература
1. Вагоны: Проектирование, устройство и методы испытаний / под ред. Л. Д. Кузьмич. М.: Машиностроение, 1978. 376 с.
2. Горлов И. В., Болотов А. Н., Мешков В. В., Горлов А. И. Устройство для испытания материалов для тяжелонагруженных узлов трения // Механика и физика процессов на поверхности и в контакте твердых тел, деталей технологического и энергетического оборудования. Вып. 7. Тверь: ТвГТУ, 2014. С. 73-81.
Оценка ресурса оси колесной пары
Г. М. Волохов,
д-р техн. наук, заведующий лабораторией ОАО «ВНИКТИ»
В. В. Огуенко,
инженер, научный сотрудник ОАО «ВНИКТИ»
Сегодня во ВНИКТИ накоплена обширная база данных по результатам испытаний на усталость натурных осей колесных пар, с помощью которой можно уточнить параметры вероятностного распределения прочностных характеристик и разработать методику оценки ресурса колесной пары.
Разброс результатов испытаний колесных пар (рис. 1) обусловлен множеством факторов: характеристиками сталей и геометрических параметров осей, качеством производства, фреттинг-коррозией и пр. Не все они проявляются четко и однозначно и поэтому могут рассматриваться как случайные факторы, влияющие на усталость оси. Следовательно, ресурс осей нужно проводить в вероятностной постановке, т. е. желательно собрать и обработать как можно больше данных, аналогичных представленным
на рис. 1. Сходная ситуация наблюдается с характером и величиной внешних нагрузок.
В качестве основных факторов, позволяющих проводить обобщение по различающимся осям, отметим следующие:
1) на протяжении десятилетий состав сталей, используемых для осей можно считать относительно стабильным;
2) в подавляющем большинстве случаев поломка оси происходила в подсту-пичной зоне, а эти зоны для всех осей имеют сходную конфигурацию.
Испытания
240
Я 220
I
3.
I 200 Ê1
I 1К0
1<Ю 140
120 100
■
• •
i* •
*
• • • •
m »
• • . t •
*
• '
** • ■M
• *
*
• расшившиеся * прошедшие бэту
1Д+05
LE+06
LE! 07
LE 108 Число циклов
Рис. 1. Результаты испытаний на усталость осей колесных пар
Рис. 2. Функция распределения предела ограниченной выносливости натурных осей на базе 100 млн циклов
Рис. 3. Сопоставление результатов испытаний и теоретической кривой усталости 72 | «Транспорт Российской Федерации»
Таким образом, для оценки ресурса оси колесной пары необходимо знать следующие основные параметры:
1) характеристики прочности оси в вероятностном аспекте;
2) спектр эксплуатационной нагру-женности оси.
Оценка характеристик прочности основана на результатах усталостных испытаний с круговым изгибом оси на базе 100 млн циклов как наиболее приближенных к условиям нагружения в эксплуатации.
Полученные данные позволяют определить необходимые для оценки ресурса вероятностные параметры. Для этого результаты усталостных испытаний требуется преобразовать в функции распределения (рис. 2), учитывая, что процесс усталостного разрушения описывается нормальным законом распределения [1]:
, М
/(*) = —5=» ^ . (1)
Oyjbt
где о - среднеквадратичное отклонение; и - медиана распределения.
После обработки экспериментальных данных получено, что медианное значение распределения составляет U = 155 МПа, среднеквадратичное отклонение о = 8 МПа.
Для аппроксимации экспериментальных точек (рис. 1) использовались теоретические зависимости, предложенные Н. А. Махутовым в виде системы уравнений [2]:
1
£1п ' КПеп
1-У* л°
S,.
(2)
£1п-
1-У*
Sk °B
na (4 [Nf + 1 + r 1-r
(3)
разрешаемой относительно коэффициентов запаса па и по напряжениям и долговечности, соответственно.
На основе проведенных многовариантных расчетов были определены используемые коэффициенты, обеспечивающие удовлетворительное соответ-
№3 (58) 2015
ствие экспериментальных и расчетных данных (рис. 3).
Для оценки ресурса оси колесной пары также необходимы данные по ее эксплуатационной нагруженности. В настоящее время широко распространены методы математического моделирования движения колесной пары, однако наиболее достоверными остаются данные, полученные при непосредственном измерении в движении.
В примере приведено распределение амплитуд напряжений в оси колесной пары, полученных с помощью тензометрирования в эксплуатации с осевой нагрузкой 23,5 тс (рис. 4).
После математической обработки результатов выбран закон распределения Релея:
Р = 0,01784(а -ст)е~0'00157'"~"^ + +3,63 • 105 х е"6.0410"5".
(4)
Вероятность разрушения при любом назначенном сроке службы оценивается следующим образом:
1) для каждого уровня эксплуатационного напряжения рассчитывается количество повторений за назначенный срок эксплуатации;
2) проводится корректировка числа циклов с учетом коррозии, для полученного значения определяется величина разрушающего напряжения;
3) с учетом гипотезы линейного суммирования повреждений определяется эквивалентный уровень повреждающего напряжения;
Рис. 4. Измеренное распределение амплитуд уровней эксплуатационного напряжения в средней части оси
50 60 70
Срок эксплуатации, лет Рис. 5. Вероятность разрушения осей в зависимости от длительности эксплуатации
4) с учетом вероятностных характеристик предела ограниченной выносливости для этого уровня напряжений оценивается вероятность разрушения оси.
Полученные значения вероятностей разрушения оси могут быть нанесены на соответствующий график (рис. 5). Исходя из принимаемой вероятности разрушения 10-6, что соответствует средней величине риска [3, 4], срок службы оси колесной пары составляет 43 года.
Используя рассмотренный подход, можно оценить вероятность разрушения оси колесной пары подвижного состава для соответствующего назначенного срока службы.
Для этого необходимо:
1) собрать и обработать данные по разрушению осей, подобные приведенным на рис. 1; на основе этих данных формируются статистические параметры процесса разрушения и подбираются коэффициенты для формулы (2);
2) собрать и обработать данные по эксплуатационным нагружениям осей, подобные приведенным на рис. 4, 5.
Согласно наблюдениям вагонные оси обычно разрушаются в подступич-ной и средней зоне (локомотивные оси преимущественно в зонах посадки). Для подступичной зоны можно принять момент сопротивления тепловозной и вагонной оси близкими по значению. Это позволяет распространять представленные результаты на оценку подступич-ной зоны вагонной оси. Для средней зоны необходима корректировка, направленная на учет различий диаметров колес (следовательно, различаются моменты внешних сил) и диаметров в средней части оси. И
Литература
1. Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейде-рович Р. М.. Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность: Руководство и справочное пособие. М.: Машиностроение, 1975. 488 с.
2. Махутов Н.А. Деформационные критерии разрушения и расчет элементов конструкций на прочность. М.: Машиностроение, 1981. 272 с.
3. ГОСТ Р 51901.1-2002. Менеджмент риска. Анализ риска технологических систем.
4. ГОСТ Р 54505-2011. Безопасность функциональная. Управления рисками на железнодорожном транспорте.
Подписка
Подписка на журнал «Транспорт Российской Федерации» оформляется в любом отделении почтовой связи по объединенному каталогу «Пресса России», подписной индекс 15094.
Подписаться на журнал через редакцию можно в течение года с любого месяца,
• выслав заявку по факсу (812) 310-40-97;
• выслав заявку по электронной почте rt@rostransport.com;
• или заполнив заявку на сайте www.rostransport.com, раздел «Подписка».
у рл ППНШТ ТРШГПОРТ
гррА ШПА1)Т
Тршгппрт
ГРШГППРТ
т трлигпгшт
П £ ТРАНСПОРТ
РОССИЙСКОМ ФЩШЦИИ
Рег в ус ^
Подписку также можно оформить в агентствах:
«Книга-Сервис»,
тел. (495) 680-90-88, http://akc.ru
«Урал-Пресс»
тел. (495) 789-86-36
