Якушев А. В., Кононов Д. П., Комиченко С. О. Результаты определения остаточных технологических напряжений в дисковой части цельнокатаных колес грузовых и пассажирских вагонов методом тензометрии: текстовая версия

Колесо − важная несущая деталь ходовой части единицы железнодорожного подвижного состава, от которой зависит безопасность движения поездов. По статистике, ОАО «РЖД» в сети ежегодно выявляется от трех до пяти изломов колес по месту перехода дисковой части в обод. Иногда изломы колес приводят к сходу вагонов с рельсов и к повреждению инфраструктуры. Приведены результаты экспериментального определения уровня остаточных технологических напряжений в зоне перехода дисковой части в обод цельнокатаных колес грузовых и пассажирских вагонов методом тензометрии.

Причинами появления усталостных трещин в дисковой части колес (рис. 1) служат неравномерный прокат или ползун на поверхности катания, создающие повышенные динамические нагрузки на дисковую часть колеса, усталость металла и внутренние остаточные напряжения, образовавшиеся в результате изготовления.

Отметим, что в нормативах [1, 2] расчет прочности колес грузовых и пассажирских вагонов выполняется с учетом различных значений толщины ободьев (в результате обточек после определенного пробега), а также вероятного появления ползунов на поверхности катания или неравномерного проката. После расчетов по [1, 2] обнаружены напряжения Мизеса до 120 МПа в зоне перехода дисковой части в обод колеса с неравномерным прокатом после финальной обточки [3]. В то же время уровень остаточных радиальных технологических напряжений растяжения в зоне перехода дисковой части в обод может достигать 70 МПа [4] в зависимости от способа изготовления, или около 60 % от расчетных напряжений в эксплуатации. Образование остаточных растягивающих радиальных напряжений ускоряет зарождение окружных усталостных трещин в дисковой части колеса (см. рис.1) вследствие наложения на эксплуатационные напряжениямя.

Учитывая изложенные обстоятельства, выявление уровня и направления остаточных технологических напряжений в зоне перехода дисковой части в обод колеса актуально для получения наиболее полного представления о напряженном состоянии колес. Мы экспериментально определили уровень остаточных технологических напряжений в зоне перехода дисковой части в обод цельнокатаных колес грузовых и пассажирских вагонов методом тензометрии.

Объектами исследований выбраны цельнокатаные колеса следующих типов:

1) с плоскоконическим диском, диаметром по кругу катания 957 мм, изготовленное по ГОСТ 10791-2011 (приложение А, рис. А1, сталь марки
2) для грузового вагона с осевой нагрузкой 23,5 тс и с конструкционной скоростью 120 км/ч (рис. 2а);
2) с плоскоконическим диском, диаметром по кругу катания 957 мм, изготовленное по ГОСТ 10791-2011 (приложение А, рис. А1, сталь марки Т) для грузового вагона с осевой нагрузкой 23,5 тс и с конструкционной скоростью 120 км/ч (рис. 2а);
3) с криволинейным диском, диаметром по кругу катания 920 мм типа ВА004, изготовленное по EN 13262 из стали марки ER7 (химический состав: С<0,52%; Si<0,40%; Mn<0,80%; P<0,02%; S<0,02%; Cr<0,30%; Cu<0,30%; Mo<0,08%; Ni<0,30%; V<0,06%) для колесных пар с осевой нагрузкой 22,5 тс и с максимальной скоростью 120 км/ч (рис. 2б);
4) с плоским диском, моторное, диаметром по кругу катания 920 мм, изготовленное по ТУ 0943-265-01124323-2011 из стали марки ER9 (химический состав: C<0,60%; Si<0,40%; Mn<0,80%; P<0,020%; S<0,015%; Cr<0,30%; Cu<0,30%; Mo<0,08%; Ni<0,30%; V<0,06%) для электропоездов «Ласточка» (Desiro RUS) с конструкционной скоростью 160 км/ч (рис. 2в).

Авторы:  Якушев А. В., Кононов Д. П., Комиченко С. О.
Источник:  Транспорт РФ. 2015. № 3 (58). С. 66–68.
Ключевые слова:  остаточные напряжения, метод тензометрии
Контакты:  av-yakushev@ya.ru