Волохов Г. М., Огуенко В. В. Оценка ресурса оси колесной пары : текстовая версия

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 подступичной зоне, а эти зоны для всех осей имеют сходную конфигурацию

Таким образом, для оценки ресурса оси колесной пары необходимо знать следующие основные параметры:
1) характеристики прочности оси в вероятностном аспекте;
2) спектр эксплуатационной нагруженности 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]:

После обработки экспериментальных данных получено, что медианное значение распределения составляет μ = 155 МПа, среднеквадратичное отклонение σ = 8 МПа.

Для аппроксимации экспериментальных точек (рис. 1) использовались теоретические зависимости, предложенные Н. А. Махутовым в виде системы уравнений [2]:

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:
Авторы:  Волохов Г. М., Огуенко В. В.
Источник:  Транспорт РФ. 2015. № 3 (58). С. 71–73.
Ключевые слова:  ресурс колесной пары, прочностные характеристики
Контакты:  vnikti_kp@list.ru