Расчета и проектирования вагонов

НОРМЫ

РАСЧЕТА И ПРОЕКТИРОВАНИЯ ВАГОНОВ

Расчетные вертикальные нагрузки на элементы

Оборудования вагона

Наименование оборудования, устройства	Расчетная величина вертикальной наг-рузки
Одноместное кресло, сиденье	1,5 кН1)
Двухместное кресло, сиденье	2,5 кН1)
Нижняя спальная полка, диван	3,0 кН2)
Средняя и верхняя спальные полки	1,5 кН3)
Багажная полка, антресоль	1,5 кН/м2
Переходная площадка	3,0 кН/м2
Лестницы, подножки	2,0 кН4)
Поручни	2,0 кН4)

Примечание: рекомендуются следующие схемы приложения нагрузок:

1. Равномерно распределенная нагрузка по площади сиденья, полки, пло­щадки.

2. В виде 3-х сил по 1 кН, приложенных на расстоянии 0,6 м друг от друга и в виде равномерно распределенной нагрузки по площади полки.

3. В виде 2-х сил по 0,75 кН, приложенных на расстоянии 0,6 м друг от друга и в виде равномерно распределенной нагрузки по площади полки.

4. В виде 2-х сил по 1 кН, приложенных на расстоянии 300 мм друг от друга.

При расчете лестниц, подножек и поручней продольные силы инерции принимаются с учетом их распределения поровну между ступенькой (по-дножкой) и поручнем и реальных условий использо­вания, равными (каж-дая) однократной величине вертикальной на­грузки по I режиму и 0,3 вер-тикальной нагрузки по III режиму.

Характер распределения и место приложения расчетных сил для полок, диванов, кресел и подножек уточняются с учетом особенно­стей конструкции, и возможных в эксплуатации случаев.

 

2.13. Пятник рассчитывается на изгиб как плита, опирающаяся на жест-кие вертикальные стенки хребтовой балки, от действия следу­ющих на-грузок:

по I расчетному режиму - на силу тяжести брутто кузова по п.2.2.3 и вертикальную добавку от продольной силы инерции кузова брутто по п.2.4.3 при N = 3,5 МН для грузовых, N = 3,0 МН для изотермических и N = 2,5 МН для пассажирских ваго­нов;

по III расчетному режиму на силу тяжести брутто кузова по п.2.2.3, вертикальную динамическую нагрузку по формуле 2.1 для V констр.и по п.2.4.3 при продольной нагрузке N = 1,0 МН.

Расчетные нагрузки по I и III режимам прикладываются в виде двух со-средоточенных сил, расположенных посередине рабочей ширины опор-ной поверхности пятника по обе стороны от его цен­тра.

Для III расчетного режима, кроме того, должен быть произведен расчет по схеме, когда нагрузка в виде одной сосредоточенной си­лы приложена к краю пятника (краевое опирание на подпятник).

Конструкция и крепление пятника (подпятника) к раме вагона (тележки), включая дополнительные упоры, должны быть также рассчитаны по I режиму на срез и смятие продольной силой инер­ции тележки при уско-рении a xI, принимаемом по Таблице 2.6 в зависимости от типа вагона.

Элементы рамы вагона в местах крепления пятников, а также над­рес-сорные и соединительные балки тележек в местах крепления подпятни-ков, должны быть проверены по III режиму на местное сжатие с учетом краевого опирания пятника на подпятник по фор­муле:

, (2.19)

где:

P - расчетная нагрузка на пятник по III расчетному режиму (P бр+ P дин);

F - площадь сечения всех вертикальных элементов, расположенных над опорными поверхностями пятника (под опорными поверхностями подпятни­ка);

- коэффициент, учитывающий характер приложения нагрузки при краевом опирании пятника (для предварительных расчетов принимается равным 2).

Полученные напряжения суммируются с напряжениями от про­дольных и боковых нагрузок III расчетного режима.

 

2.14. Для контактирующих поверхностей пар трения определяются удельные давления от действия максимальной квазистатической расчет-ной нагрузки. Рекомендуемые предельные величины удель­ных давлений для пар трения из углеродистых и низколегирован­ных сталей, работаю-щих без регулярной смазки и без защитных от загрязнений устройств, при наличии ударных воздействий, приве­дены в Таблице 2.9.

 

2.15. Силы, действующие на вагон при механизированной погрузке и разгрузке, определяются техническим заданием на проектирова­ние в соответствии с типом вагона, видом груза и применяемыми для погрузки-разгрузки механизмами.

Таблица 2.9

Вагонов

Оценка хода вагона	Коэффици-ент динамики	Рамные си-лы в долях	Ускорение в долях g
	[ k дв]	[ H p /P o]	[в]	[г]
	пор.	груж.	пор.	груж.	пор.	груж.	пор.	груж.
Кузов пассажирского вагона
Отлично	0,12	0,10	-	-	0,12	0,10	0,07	0,05
Хорошо	0,18	0,15	-	-	0,18	0,15	0,12	0,10
Удовлетвори-тельно	0,25	0,20	-	-	0,25	0,20	0,18	0,15
Допустимо	0,35	0,30	-	-	0,35	0,30	0,25	0,20
Кузов грузового вагона
Отлично	0,35	0,25	-	-	0,35	0,25	0,15	0,10
Хорошо	0,45	0,35	-	-	0,45	0,35	0,20	0,15
Удовлетвори-тельно	0,60	0,50	-	-	0,60	0,50	0,30	0,25
Допустимо	0,70	0,65	-	-	0,70	0,65	0,40	0,15
Обрессоренная рама тележки пассажирского вагона
Удовлетвори-тельно	0,40	0,35	0,20	0,18	-	-	-	-
Допустимо	0,45	0,38	0,30	0,25	-	-	-	-
Необрессоренная рама тележки грузового вагона
Удовлетвори-тельно	0,85	0,80	0,30	0,25	-	-	-	-
Допустимо	0,90	0,85	0,40	0,35	-	-	-	-

Примечание. Значение показателей для кузовов изотермических вагонов следует принимать на 15% меньше, чем для грузовых вагонов.

3.4.2. Определение показателя плавности хода вагона произво­дится по рекомендациям ОСТ 24.050.16-85 "Вагоны пассажирские. Методика определения плавности хода" на основе анализа распре­деления величин ускорений и частотного спектра колебательного процесса кузова. Значения ускорений и частот находятся из реше­ния динамической задачи или при проведении ходовых динамичес­ких испытаний опытного образца вагона.

Вычисление показателя W производится ручным или автомати­ческим способом. Среднее значение показателей плавности хода в вертикальном и горизонтальном направлениях во всем диапазоне проектных скоростей движения вагона должно быть не более 3,25 для порожнего и груженого состояний всех типов общесетевых пас­сажирских и почтовых вагонов, вагонов-ресторанов и др. Для ба­гажных и изотермических вагонов с обслуживающим персоналом эти значения не должны превышать 3,75.

Оценка уровня вибраций отдельных зон и узлов пассажирских вагонов производится согласно ОСТ 24.050.28-81 "Методика изме­рений и оценки вибраций пассажирских вагонов" для вертикаль­ного и горизонтального направлений интегрально по всему спектру частот и раздельно по третьоктавным полосам частот.

3.4.3. Устойчивость колесной пары против схода с рельса прове­ряется для наиболее опасных случаев сочетания большой попереч­ной силы взаимодействия набегающего колеса с рельсом и малой вертикальной нагрузки на это колесо. При одновременном в тече­ние некоторого времени действии такого сочетания указанных сил возможно вкатывание ("вползание") гребня набегающего колеса на головку рельса и последующий сход вагона с рельсов.

Критическое сочетание действующих на колесную пару сил мо­жет возникать в первую очередь в следующих условиях:

* при ударном входе вагона в кривую, при проходе стрелок на боковой путь, при интенсивном вилянии тележки при движе­нии с максимальной скоростью по прямому участку пути при интенсивных боковых колебаниях кузова и сопутствующих не­выгодных обстоятельствах взаимодействия колесной пары и пу­ти;

* при экстренном торможении тяжеловесного поезда на малой скорости с головного локомотива при прохождении составом кривого участка пути, когда возникающие значительные квази­статические усилия сжатия состава могут привести к перекосу (сдвигу) вагона в колее и появлению больших поперечных сил взаимодействия колес с рельсами, а в экстремальных условиях и к "выжиманию" легковесного (например, порожнего) вагона.

Оценка устойчивости колеса против схода с рельса (по условию вкатывания) производится по формуле:

(3.42)

где:

- угол наклона образующей конусообразной поверхности гребня колеса с горизонталью. Для новых колес с профилем по ГОСТ 9036-88 = 60о - 65о;

- коэффициент трения поверхностей колес и рельсов (принимается = 0,25);

Рв - вертикальная нагрузка от набегающего колеса на рельс;

Рб - боковое усилие взаимодействия гребня набегающего колеса и головки рельса.

Для первого расчетного случая формула (3.45) для определения имеет следующий окончательный вид:

(3.43)

где:

- сила тяжести обрессоренных частей вагона, действующая на шейку оси колесной пары;

- сила тяжести необрессоренных частей, приходящихся на колесную па­ру;

- расчетное значение коэффициента вертикальной динамики экипажа, приближенно принимается = 0,75 , определяется по формуле (2.2) для обрессоренных частей тележки;

- расчетное значение коэффициента динамики боковой качки прибли­женно принимается = 0,25 ;

- расчетное среднее значение рамной силы, вычисляется по формуле (2.6);

2b - расстояние между серединами шеек оси, для стандартных колесных пар 2b = 2,036 м;

l - расчетное расстояние между средними точками контакта колес с рельса­ми, принимается l = 1,58 м;

a 1,2 - расстояние от точек контакта до середин шеек принимается a 1= 0,250 м, a 2= 0,220 м;

r - радиус среднеизношенного колеса, для колес по ГОСТ 9036-88 принима­ется равным r = 0,45 м.

Расчет производится для порожнего и груженого состояний ва­гона при конструкционной скорости.

Допустимое значение коэффициента запаса устойчивости для данного расчетного случая принимается равным:

· для пассажирских вагонов [ k ус]=1,8;

· для изотермических вагонов [ k ус]=1,6;

· для грузовых вагонов [ k ус]=1,4.

Экспериментальная проверка устойчивости от схода колеса с рельса производится по результатам ходовых динамических испы­таний опытных образцов новых вагонов в соответствии с РД 24.050.37.

Для второго расчетного случая коэффициент запаса устойчиво­сти колесной пары k успод действием продольных сжимающих ква­зистатических сил N, определяется по формуле:

(3.44)

где:

P т - вертикальная нагрузка от тележки на путь;

и - коэффициенты перекоса;

N - расчетные продольные сжимающие силы, действующие на автосцепки вагона. Учитывая, что процесс "выжимания" является относительно длитель­ным, в расчете учитываются длительно действующие квазистатические силы, принимаемые равными:

· для порожнего 4-х осного вагона - 0,5 Мн;

· для порожнего 6-и осного вагона - 0,8 Мн;

· для порожнего 8-и осного вагона - 1,0 Мн;

2 - суммарный поперечный разбег рамы кузова вагона относительно оси пути в направляющем сечении (по шкворню) для грузовых вагонов со сред­неизношенными гребнями колес следует принимать 2 = 0,05 м, для изотер­мических - 0,06 м, пассажирских -0,08 м;

2l, 2L, 2L c- соответственно база вагона, расстояние между упорными пли­тами автосцепок, и длина вагона по осям сцепления автосцепок;

a - длина корпуса автосцепки от оси сцепления до конца хвостовика, для автосцепки СА-3 принимается a = 1 м;

h п, h ц- соответственно высоты рабочей плоскости пятника и оси автосцепки над уровнем головок рельсов;

h р - возвышение наружного рельса в кривой рекомендуется принимать h р= 0,1 м;

2S - расстояние между кругами катания колес, принимается 2S = 1,58 м;

R - радиус кривой, принимается R = 250 м.

В формуле верхние знаки соответствуют 1-ой по ходу вагона те­лежки, а нижние - 2-ой.

Вертикальная нагрузка от тележки на путь определяется с уче­том ее обезгрузки под действием продольной силы, вызванной раз­ностью высот осей автосцепок исследуемого и соседнего вагонов:

(3.45)

где:

P т - расчетный вес (сила тяжести) порожнего вагона;

h - разность уровней осей автосцепок в соединении 2-х вагонов, принима­ется h = 0,05 м;

C в - вертикальная жесткость рессорного подвешивания одной тележки.

Остальные обозначения см. формулу (3.44).

Коэффициенты и определяются по формулам:

(3.46)

 

где:

N каи N кб- продольные критические силы, приводящие к относительному перекосу вагонов и осей автосцепок в плане, определяемые из выражений:

С г - горизонтальная (поперечная) жесткость рессорного подвешивания одной тележки.

Остальные обозначения см. формулу (3.44).

Расчет производится только для порожнего состояния вагона.

Допустимое значение коэффициента устойчивости против схода с рельсов при выжимании принимается [ k ус]=1,2.

3.4.4. Оценка устойчивости вагона от опрокидывания при дви­жении по кривому участку пути от действия боковых сил произво­дится по коэффициенту поперечной устойчивости:

(3.47)

где:

М вост - суммарный восстанавливающий момент, удерживающий вагон от опрокидывания, создаваемый силами тяжести масс вагона;

М опр- суммарный опрокидывающий момент, создаваемый боковыми сила­ми, действующими на вагон;

[ k уо] - допустимый коэффициент запаса устойчивости от опрокидывания.

Расчеты производятся для 2-х случаев опрокидывания:

· наружу кривой (рис.3.12);

 

Рис. 3.12

· внутрь кривой (рис.3.13).

 

Рис. 3.13

При оценке устойчивости вагона от опрокидывания наружу кривой рассматривается движение вагона на кривой с максималь­ной допустимой скоростью при регулировочном торможении поез­да. В расчете учитываются центробежная и ветровая нагрузки, имеющие одинаковое направление, и горизонтальные поперечные составляющие продольных сил сжатия вагона по автосцепкам. Рас­чет производится для груженого и порожнего вагонов.

При оценке устойчивости вагона от опрокидывания внутрь кри­вой ("стаскивания") рассматривается случай трогания вагона с ме­ста при нахождении на кривом участке пути малого радиуса с мак­симальным возвышением наружного рельса. В расчете учитываются поперечная составляющая силы тяжести вагона, направленная внутрь кривой ("центростремительная сила"), ветровая нагрузка, направленная также внутрь кривой, и поперечные составляющие продольных сил растяжения, приложенных к автосцепкам. Расчет производится для порожнего и груженого вагонов.

При оценке устойчивости вагона от опрокидывания следует учитывать особенности связей между тележками и кузовом. Устой­чивость пассажирских вагонов, имеющих замковые шкворни, пре­пятствующие отделению кузова от тележек при опрокидывании ва­гона, определяется для вагона в целом относительно оси, проходя­щей через точки контакта колес с рельсами, на расстоянии от оси пути, равном половине расстояния между кругами катания колес (рис.3.14, 3.15).

Для грузовых вагонов, имеющих укороченные гладкие шкворни, не препятствующие при опрокидывании отрыву кузова от тележек, определяется устойчивость кузова относительно оси, проходящей через продольные оси скользунов в них плоскости (рис. 3.16, 3.17).

Восстанавливающий момент вагона относительно рельса опре­деляется по формуле:

(3.48)

где:

P kи P т - силы тяжести соответственно кузова (порожнего или с грузом) и тележек;

2S - расстояние между кругами катания колес;

kи т- поперечное перемещение центров тяжестей кузова и тележек от действия боковых сил (за счет наклона кузова на рессорах, зазоров колесных пар в рельсовой колее, перемещений люльки, зазоров в буксовом и пятнико­вом узлах, зазоров в скользунах и т.п.);

- угол наклона плоскости рельсовой колеи в кривой к гори­зонту,

h p- возвышение наружного рельса (при h p max= 150 мм, 0,1 рад 5о30', cos = 0,995.

Восстанавливающий момент кузова при опрокидывании относи­тельно скользунов равен:

(3.49)

где:

2l cк- расстояние между осями скользунов, (в типовых конструкциях как правило 2l cк 2S).

Опрокидывающий момент для вагона относительно рельса оп­ределяется по формуле:

(3.50)

где:

F вки F вт- ветровая нагрузка на кузов и тележки;

F цки F цт- центробежные или центростремительные силы кузова и тележек соответственно при опрокидывании через наружный или внутренний рельс;

Р N- поперечная составляющая продольной силы, действующая на автосцеп­ку;

h вки h цк- высоты от уровня головок рельсов до точек приложения равно­действующих ветровой и центробежных сил кузова (соответственно геометри­ческий центр боковой проекции кузова и центр тяжести);

h a- высота оси автосцепки от уровня головок рельсов, для типовой констру­кции принимается h a= 1,05 м;

h т- высота центра тяжести масс тележки от уровня головок рельсов прини­мается одинаковой с высотой центра площади боковой проекции тележек (для тележек грузовых вагонов h т 0,5 м, для тележек пассажирских вагонов h ц 0,6 м).

Аналогично определяется опрокидывающий момент для кузова относительно скользунов:

(3.51)

где:

h 'вк, h 'цки h 'а- соответственно высоты превышения точек приложения сил F вк, F цки F аплоскости скользунов.

Ветровые нагрузки F вки F втопределяются по п. 2.3.3, центро­бежные силы F цки F цтпри опрокидывании наружу кривой - по п. 2.3.2 (для порожнего вагона F цкопределяются в тех же долях 7,5%, 10% и 12,5%, но от тары кузова). При опрокидывании внутрь кри­вой (V 0) центробежные силы отсутствуют, а действуют "центростремительные силы", равные:

(3.52)

Значения сил P Nопределяются по формуле:

(3.53)

где:

· N - продольное усилие на автосцепку, принимается равным:

· при опрокидывании наружу кривой квазистатическому усилию сжатия по II расчетному режиму;

· при опрокидывании внутрь кривой квазистатическому усилию растяже­ния по I расчетному режиму;

· 2L c- длина вагона, по осям сцепления автосцепок;

· R - радиус расчетной кривой, принимается равным:

· при опрокидывании наружу кривой - 1000 м;

· при опрокидывании внутрь кривой - 250 м.

Расчеты производятся для порожнего и груженого состояний ва­гона. Допустимые коэффициенты запаса устойчивости принимают­ся равными:

· при проверке опрокидывания наружу кривой [ k уо] = 1,5;

· при проверке опрокидывания внутрь кривой [ k уо] = 1,2.

3.4.5. Для обеспечения устойчивости от опрокидывания и сни­жения интенсивности боковых колебаний высота общего центра массы брутто (центра тяжести) вагона типовой конструкции над уровнем головок рельсов рекомендуется не более 2,60 м.

При определении положения центра тяжести принимается, что вагон загружен до полной грузоподъемности, при этом учитывается следующий объем загрузки вагона, если технической документа­цией не установлены другие требования:

· для крытых вагонов, в том числе крытых хопперов и изотерми­ческих вагонов до уровня верхней обвязки кузова;

· для полувагонов загруженных с "шапкой" до допускаемых очер­таний габарита погрузки;

· открытых хопперов с прямоугольной "шапкой" высотой 300 мм;

· для вагонов-платформ до допускаемых очертаний габарита пог­рузки;

· для вагонов-цистерн при использовании внутреннего объема на 97%.

Оценка надежности вагонов

3.5.1. Вагоны относятся к обслуживаемым, ремонтируемым, вос­станавливаемым объектам, расходующим в эксплуатации свой тех­нический ресурс. Их надежность характеризуется показателями бе­зотказности, долговечности и ремонтопригодности (ГОСТ 27.002-89). Отказ вагона (элемента) - событие, заключающееся в наруше­нии его работоспособности. В неработоспособном состоянии вагон (элемент) не может использоваться для выполнения перевозочной работы и временно (или окончательно в случае предельного состо­яния) исключается из рабочего парка для производства ремонта (или списания).

Предельное состояние - техническое состояние вагона (элемента), при котором его использование в эксплуатации недопу­стимо, а восстановление его работоспособного состояния невоз­можно или нецелесообразно.

Характерными признаками нарушения работоспособности меха­нической части вагонов (видами отказов) являются:

разрушение (излом), остаточная деформация с недопустимым искажением формы ответственных несущих элементов от дей­ствия экстремальных случайных перегрузок (внезапные отка­зы);

усталостное разрушение элементов (образование и развитие трещин) при длительных, многократных динамических нагру­жениях (постепенные отказы);

искажение (ослабление) предусмотренного техдокументацией характера соединений или взаимодействия элементов конст­рукции вследствие смятия или износа сопряженных поверхно­стей (постепенные отказы);

предельное утончение элементов вследствие абразивного, кон­тактного и коррозионного износа (постепенные отказы);

Критерии отказов и предельных состояний устанавливаются нормативно-технической документацией.

Для оценки надежности вагонов и их элементов рекомендуется использовать следующие основные показатели:

безотказности - вероятность безотказной работы и параметр потока (интенсивность) отказов;

долговечности - назначенный и фактический средний или гамма-процентный срок службы (ресурс) до ремонта или спи­сания;

ремонтопригодности - суммарные трудозатраты на все виды технического обслуживания и ремонтов за полный ремонтный цикл или удельные трудозатраты на эти нужды в течение I года эксплуатации.

3.5.2. Показатели безотказности.

При анализе безотказности вагон рассматривается как сложная механическая система, состоящая из n последовательно соединен­ных в смысле надежности расчетных частей (узлов, сборочных еди­ниц), каждая из которых включает m последовательно соединенных деталей (существенных элементов), при этом отказ каждой детали (элемента) ведет к отказу расчетной части, а отказ каждой расчет­ной части - к отказу вагона (система без резервирования). В каче­стве расчетных частей целесообразно принимать отдельные функ­циональные узлы: кузов, тележка, автотормозное и автосцепное оборудование и т.п.

С учетом взаимной независимости отказов расчетных частей и отдельных деталей (элементов) вероятность безотказной работы ва­гона в течение срока (наработки) Т определяется как:

(3.54)

где:

P i(T) - вероятность безотказной работы за срок Т i -той расчетной части;

P ij(T) - вероятность безотказной работы за срок Т j - ой детали (элемента)

i - ой расчетной части.

Для конкретной детали (элемента) возможны несколько видов отказов со случайным их сочетанием и смешанным влиянием на время и характер отказа детали. На основе предположения о нача­льной независимости разных видов отказов общая (суммарная) ве­роятность безотказной работы детали (элемента) определяется как произведение П частных вероятностей:

(3.55)

где:

k - число учитываемых видов отказов;

- вероятность отказа вида f данного элемента.

Отказ детали (элемента) вагона - для данного определенного вида отказа - является результатом взаимодействия в процессе на­работки обобщенных параметров нагруженности Q эи несущей способности R к.

Применительно к отказам несущих элементов механической ча­сти вагона обобщенными параметрами эксплуатационной нагру­женности могут служить:

максимальное суммарное напряжение при экстремальной пере­грузке max;

максимальное суммарное квазистатическое напряжение сжатия ;

эквивалентная приведенная амплитуда динамического напря­жения аэи др.

Соответствующими им параметрами несущей способности яв­ляются:

предел текучести ти прочности вматериала детали;

критическое напряжение крустойчивости формы сжатого стержня;

предел выносливости -1к(а,N) и т.п.

Мерой надежного функционирования детали (элемента) в об­щем случае нужно полагать вероятность реализации в процессе эк­сплуатации вагона неравенства R к> Q э или R к- Q э > 0.

Значения параметров R ки Q эдля конкретного элемента при данной расчетной наработке (сроке службы) T являются слу-чай­ными величинами. Большое число разнообразных факторов воздей­ствия позволяет считать обоснованной гипотезу о нор-мальном за­коне распределения этих параметров.

В общем случае вероятность безотказной работы детали (элемента) по данному виду отказа определяется из выражения:

(3.56)

где:

- средние значения (математические ожидания) обобщенных па­раметров несущей способности и эксплуатационной нагруженности детали;

RQ- среднеквадратичное отклонение распределения разности случайных параметров (R к- Q э);

, Rи Q- среднеквадратичные отклонения параметров R ки Q э;

- полный интеграл вероятности для квантили ,

e = 2,718... - основание натуральных логарифмов.

В частном случае для модели постепенного отказа усталостного характера при ограниченном ресурсе узла или детали, когда сум­марное за срок службы число циклов напряжений с амплитудами a> 0,5 составляет N сумм< 107- 108, вероятность безотказной работы за срок T может определяться по формуле:

(3.57)

где:

C - коэффициент, определяемый по формулам:

при наличии распределения амплитудных значений динамических на­пряжений:

при наличии распределения (стандарта) текущих значений ди­намических напряжений:

В этих формулах:

q - коэффициент, зависящий от минимального значения амплитуды a,min:

- табулированная функция интеграла вероятности для распределения определяется по справочникам.

Остальные значения параметров формулы (3.57) и порядок их определения см. п. 3.2.5.

Значения интеграла (t) - функции Лапласа - определяются по справочникам для данного значения квантиля.

Для модели постепенного отказа усталостного характера, когда суммарное число циклов за срок службы велико N сумм> 107 108и лишь небольшая часть амплитуд динамических напряжений пре­вышает предел выносливости a> , расчет вероятности безот­казной работы может производиться на основе гипотезы о сниже­нии выносливости детали вследствие перегрузок по формуле:

(3.58)

где:

- относительный коэффициент запаса;

a,N- коэффициент вариации предела выносливости, см. п. 3.2.5;

- коэффициент вариации амплитуд динамических эксплуатационных на­пряжений, определяется по данным динамических расчетов или эксперимен­тальным данным, в предварительных расчетах приближенно принимается равным 0,25.

 

 

Относительный коэффициент запаса определяется по формуле:

где:

n ри n - соответственно предельный коэффициент нагруженности и предель­ный коэффициент нагруженности по средним.

Значение n ропределяется по номограммам, показанным на рис 3.18, в зависимости от значений показателя степени m кривой усталости и коэффициента вариации динамических напряжений для случая нормального их распределения и от величины или только от величины показателя m и N xдля ра­спределения Рэлея.

В выражении для N x:

k - параметр, характеризующий интенсивность снижения предела выносли­вости, принимается для малоуглеродистой и низколегированной стали k = 1,33, для среднеуглеродистой стали k = 1,65 и для легированной стали k = 1,8;

N сумми N o- суммарное за срок службы и базовое число циклов действия переменных напряжений.

Значение коэффициента n определяется по формуле:

(3.59)

где:

и - математические ожидания (средние значения) величин амплиту­ды динамических напряжений и предела выносливости;

U р,max- максимальная расчетная квантиль, принимается равной 5,0.

Значение см. формулу (3.58).

Применительно к модели внезапных прочностных отказов и при условии, что распределения действующих максимальных напряже­ний и параметров прочности подчиняются нормальному закону, вероятность безотказной работы может определяться по формуле:

 

 

Рис. 3.18

 

(3.60)

где:

- среднее расчетное значение коэффициента запаса;

- коэффициент вариации показателей прочности (тили в).

Значение см. формулу (3.58).

Показатель "параметр потока отказов" используется для анализа надежности как вагона в сборе, так и его отдельных расчетных ча­стей и входящих в них отдельных деталей, главным образом, по фактическим эксплуатационным данным.

Параметр потока отказов в общем случае равен:

(3.61)

где:

- среднее удельное количество отказов вагонов данного типа, расчет­ных частей или деталей за расчетный период эксплуатации;

- средняя наработка вагона за расчетный период эксплуатации до первого деповского ремонта (в годах, км пробега, ткм брутто, пасс. км и т.п.).

С учетом разделения вагона на расчетные части (системы), а этих частей на отдельные детали (элементы) параметр потока отка­зов вагона можно представить в виде:

(3.62)

где:

- параметр потока отказов i -ой расчетной части вагона;

- параметр потока отказов j -го элемента i -ой расчетной части.

Определение параметра потока отказов новой, усовершенство­ванной расчетной части при наличии данных по отказам такой же части вагона-аналога производится по формуле:

(3.63)

где:

- параметр потока отказов i -ой расчетной части аналога;

- коэффициент (доля) отказов i -ой расчетной части аналога по

отказам j -го элемента,

и - параметры потока отказов j -го нового элемента и j -го элемента аналога, определяются экспериментальным, расчетным или экспертным пу­тем;

к - число элементов новой конструкции, подвергшихся изменениям.

В Таблицах 3.12 - 3.14 для справок приведены сведения по па­раметрам потока отказов вагонов, обследованных в эксплуатации в 1986-90 гг.

В Таблице 3.12 приведены параметры потока отказов основных типов грузовых вагонов.

В Таблице 3.13 приведены коэффициенты (доли) отказов ос­новных унифицированных узлов грузовых вагонов.

В Таблице 3.14 приведены коэффициенты (доли) отказов кузо­вов и рам основных типов грузовых вагонов.

Таблица 3.12

Параметры потока отказов основных типов грузовых вагонов

 

Тип и модель вагона	Параметр потока отказов вагона
	1/год	1/105км
Полувагон 4-осный с люками с торцевыми дверями, мод. 12-753, 12-757	0,51	0,56
Полувагон 4-осный с люками и торцевыми стенами, мод. 12-119	0,44	0,52

Таблица 3.12 (продолжение)

Полувагон 4-осный с глухим кузовом, мод.12-1592	0,40	0,47
Крытый 4-осный вагон, мод. 11-270	0,51	0,68
Платформа 4-осная универсальная, мод. 13-4012	0,24	0,31
Платформа 4-осная для контейнеров и колес­ной техники, мод. 13-9004	0,32	0,40
Цистерна 4-осная нефтебензиновая, мод. 15-1443	0,39	0,40
Цистерна 4-осная для серной кислоты, мод.15-1548	0,32	0,46
Вагон-хоппер для цемента, мод. 19-758	0,40	0,55
Вагон-хоппер для зерна, мод. 19-756	0,27	0,34

Примечание: данные относятся к вагонам новой постройки в период эксплуа­тации до первого планового деповского ремонта (осредненные значения).

Таблица 3.13

Коэффициенты (доли) отказов унифицированных расчетных составных частей и элементов применительно к конструкции 4 - осного полувагона ( =0,56 1/105км пробега)