Оценка прочности и ресурса для установления назначенного срока службы колесной пары скоростного вагона-платформы

Цель. Наиболее ответственным узлом железнодорожного подвижного состава является колесная пара, поскольку излом колеса или оси может иметь катастрофические последствия. Поэтому при постановке на производство скоростного вагона-платформы, предназначенного для эксплуатации со скоростями до 140 км/ч и не имеющего аналогов на сети железных дорог колеи 1520 мм, необходимо было исследовать возможность применения стандартной колесной пары для высокоскоростного движения. С целью обеспечения безопасной эксплуатации колесной пары на сети железных дорог к ней предъявляются требования, которые должны подтверждаться путем оценки параметров прочности и долговечности [1]. Оценка соответствия продукции требованиям может осуществляться с учетом стандартов, в результате применения которых на добровольной основе обеспечивается соблюдение требований [1], или с применением иных документов.
Методы. В статье описаны расчетно-экспериментальные методы, которые использовались для подтверждения прочности и оценки ресурса (долговечности) в вероятностной постановке элементов колесной пары. В качестве экспериментальных данных были привлечены результаты проведенных натурных стендовых испытаний колесных пар на усталость методом кругового изгиба как наиболее приближенных к условиям их нагружения в эксплуатации, по результатам которых подтверждены пределы выносливости оси и колеса в составе колесной пары. Расчетным путем выполнен анализ напряженно-деформированного состояния колесной пары от действия монтажных и эксплуатационных нагрузок при различных режимах движения.
Результаты. Проведенные исследования подтвердили соответствие колесной пары требованиям [1–3] в части значений коэффициентов запаса сопротивления усталости и пределов выносливости, что исключает возникновение опасной ситуации при эксплуатации скоростного вагона-платформы. Проведена оценка ресурса до зарождения усталостной трещины элементов колесной пары с использованием характеристик сопротивления усталости деталей и эквивалентных амплитуд динамических напряжений от эксплуатационных нагрузок. По результатам этой оценки представляется возможным установить с принятой вероятностью разрушения назначенный срок службы оси колесной пары 32 года, что соответствует назначенному сроку службы вагона-платформы по комбинированному критерию. По данной тематике проводится актуализация нормативно-технической документации, необходимой для создания вагона-платформы для перевозки контейнеров, и разрабатывается новый ГОСТ.
Заключение. В результате выполненной оценки соответствия установлено, что колесная пара вагона-платформы соответствует требованиям безопасности [1] и обеспечивает отсутствие недопустимых рисков, связанных с причинением вреда жизни и здоровью граждан, животных и растений, окружающей среде и имуществу физических и юридических лиц при эксплуатации вагона-платформы.

1. О безопасности железнодорожного подвижного состава: технический регламент Таможенного союза: ТР ТС 001/2011.

2. О безопасности высокоскоростного железнодорожного транспорта: технический регламент Таможенного союза: ТР ТС 002/2011.

3. ГОСТ 4835-2013. Колесные пары железнодорожных вагонов. Технические условия. М.: Стандартинформ, 2006. III, 31 с.

4. Результаты стендовых испытаний на усталость осей и цельнокатаных колес колесной пары скоростной вагон-платформы: протокол: 15-30-21. Коломна, АО «ВНИКТИ», 2021. 17 с.

5. Когаев В.П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени / под ред. А.П. Гусенкова. М.: Машиностроение, 1993. 364 с.