Главная Минимаркер Железнодорожный транспорт Минимаркер Вагоны Минимаркер Положения расчетно-экспериментальной оценки прочности колеса

Положения расчетно-экспериментальной оценки прочности колеса

Страница 12 из 12

Расчет колеса – весьма сложная задача, которая может быть решена методами теории упругости. Несмотря на многие выполненные исследования и достигнутые успехи, эта задача пока остается нерешенной. На основе таких исследований, например, установлено, что при наклоне диска колеса по сравнению с вертикальным его положением напряжения снижаются на 20–50%, при S-образной форме диска на 20% уменьшаются напряжения от вертикальных и боковых нагрузок, а также напряжения, обусловленные нагревом колеса.

Выполненные с помощью ЦВМ расчеты колеса от действия вертикальных и боковых нагрузок, а также от усилий, возникающих при нагреве в процессе торможения, согласуются с опытными данными.

Сложность и недостаточная разработка теоретических методов оценки напряжений в колесах обусловливают необходимость проведения экспериментальных исследований. Выполненные исследования, при которых колеса подвергались действию вертикальных и горизонтальных сил, а также вибрационных нагрузок, позволили оценить влияние отдельных факторов и определить целесообразные конструктивные формы элементов колеса. В частности, установлено, что напряжения у основания гребня колеса увеличиваются с уменьшением толщины обода (на 1% на каждый 1 мм толщины). Горизонтальные боковые силы вызывают в ободе и диске колеса более высокие напряжения, чем вертикальные нагрузки. Боковые силы, приложенные к ободу колеса с внутренней стороны, вызывают значительно большие напряжения, чем такие же силы, приложенные с наружной стороны колеса. В зоне технологических отверстий, имеющихся в диске колеса, возникает большая концентрация напряжений, особенно под действием боковых сил (коэффициент концентрации достигает 3,7), а также при наличии острых кромок, надрывов и т. п. Получены кривые выносливости дисков при различной их толщине. Экспериментальные напряжения в диске колеса согласуются с расчетными. Оценивались также остаточные напряжения в цельнокатаных колесах.

Сложные проблемы возникают в связи с увеличением скоростей движения. Самые высокие напряжения в колесе возникают в непосредственной близости от точки его контакта с рельсом – контактные напряжения. Если воспользоваться методами расчета, основанными на теории Герца, а также экспериментальными данными, то получим величины, обычно превышающие предел текучести материала колеса. То, что колеса с такими большими напряжениями допускаются к эксплуатации, объясняется местным характером контактных напряжений и образующимся упрочнением (наклепом) поверхности катания. Однако высокие контактные напряжения, повторяющиеся при вращении колеса, могут привести к усталостным разрушениям обода, например к выкрашиванию.

При увеличении скорости движения интенсивность этих усталостных повреждений может возрасти, если не будут осуществлены меры по снижению контактных напряжений, например путем перехода на указанный выше более рациональный профиль колеса.

Большие напряжения возникают в результате нагрева, обусловленного прижатием тормозной колодки к колесу. Если и при высоких скоростях применять колодочные тормоза, то термические напряжения достигнут крайне опасных величин. Поэтому для вагонов высокоскоростного движения целесообразно применять другие виды тормозов.

Заслуживают внимания исследования температурных напряжений и перемещений в колесе при торможении. Согласно этим исследованиям температурные напряжения в диске и на поверхности катания достигают предела текучести металла колеса; кратковременные торможения, создающие высокие градиенты температур в ободе, способствуют образованию термических трещин; длительные торможения вызывают высокие напряжения в диске и уменьшают натяг соединения колеса с осью; в колесах с плоской формой диска температурные напряжения распределены по сечению колеса более равномерно, а осевое перемещение обода относительно диска меньше, чем в колесах с конической дисковой частью; S-образные и изогнутые формы диска характеризуются малой величиной осевого перемещения, а места перегибов – повышенными напряжениями; с уменьшением толщины диска снижаются температурные напряжения.

Величину осевого перемещения колес с конической формой диска можно приближенно вычислить по формуле:

17042014_f18

где 2ε – изменение расстояния между ободами колес, обусловленное их нагревом;

lo – длина образующей конического участка диска;

αo – угол наклона конического участка диска к вертикали;

αt – коэффициент температурного расширения материала колеса;

r – радиус колеса;

Δt – разность температур между ободом и ступицей колеса.

При lo = 200 мм; αo = 15°; r = 475 мм и Δt = 200°С получим 2ε = 9 мм, что может осложнить прохождение стрелочных переводов.


© 2013 - 2017 Учебно-образовательный портал "Все лекции"
Материалы, представленные на страницах нашего сайта, созданы авторами сайта, присланы пользователями, взяты из открытых источников и представлены на сайте исключительно для ознакомления. Все авторские права на материалы принадлежат их законным авторам.
Разработка сайта - Скобелев Алексей





Яндекс.Метрика