ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Описание к ИЛ-08-074-02

Результат выполнения НИР.

При проектировании таких ответственных деталей машин, как колеса подвижного состава, необходимо, помимо прочностного расчета, производить проверку их жесткости, устойчивости, а также выяснять поведение колеса в режиме колебания.

В современном транспортном машиностроении широкое распространение получают колеса подвижного состава облегченного типа. Эти колеса изготавливаются обычно из однородного материала, а иногда в виде прокатных колес, имеющих алюминиевые ступицы и стальные ободы.

Такие колеса, обладающие большим запасом упругой потенциальной энергии, будучи использованы на железнодорожном транспорте, имеют по сравнению со стандартными колесами уменьшенный собственный вес, что приводит к значительной экономии металла.

Кроме того, при движении состава с такими колесами заметно снижается шум.

Для увеличения долговечности колес железнодорожных и трамвайных вагонов, конечно, потребуются изыскание новых различных сплавов металлов, выяснение режима их термообработки, а также разработка новой совершенной технологии изготовления колес.

Одновременно с этим для проектирования оптимальных типов облегченных колес необходимо иметь уточненную методику расчета колес, обеспечивающих высокую прочность и оптимальную жесткость.

С точки зрения прочностных расчетов, колесо подвижного состава является сложным объектом, состоящим из нескольких элементов (ступицы, обода, бандажа).

Вопрос расчета колес на прочность в той или иной степени освещен в нашей технической литературе. Вопросы же расче­та колес на жесткость и колебания из-за сложности их в на­стоящее время решены недостаточно четко.

При проектировании колес подвижного состава проверка их жесткости не производится, а вопросы, связанные с колебаниями колеса при движении, не выясняются. Остается также не решенным и вопрос определения оптимальной вели­чины жесткости колес подвижного состава. Также отсутству­ют технические условия и нормы на проектирование и изго­товление колес подвижного состава облегченного типа.

Основной задачей этой работы является показать, как с по­мощью аналитических и частично экспериментальных методов определить жесткость колес подвижного состава и тем самым помочь проектировщикам в выборе оптимального типа колеса.

Обычно жесткости колес устанавливают в трех направле­ниях: в вертикальном - от сжатия, в горизонтальном - от растяжения и в поперечном направлении - от изгиба.

Вертикальной жесткостью колеса называется величина силы, которая, будучи приложена в центре колеса в верти­кальном направлении, вызывает единичное перемещение в этом направлении.

Горизонтальная жесткость колеса определяется величи­ной силы, приложенной вертикально к оси колеса, которая вызывает единичное перемещение в направлении горизонталь­ного диаметра колеса.

В этом понимании жесткость колеса в горизонтальном направлении будет всегда выше вертикальной жесткости колеса.

Жесткостью в поперечном боковом направлении назовем величину такой поперечной силы, которая вызывает единичное перемещение колеса в направлении этой силы.

Размерность жесткости выражается в t/cм.

Несомненно, колесо небольшой податливости, т. е. малой жесткости, способно хорошо сопротивляться воздействиям ударных нагрузок, но, с точки зрения прочности и динамики, эта конструкция может оказаться неприемлемой. Поэтому важно знать величины жесткостей тех колес, которые нахо­дятся у нас в эксплуатации на транспорте, и сравнивать жесткости новых проектируемых облегченных с уже существующими и опробированными на практике.

Жесткости колес подвижного состава определяются аналитически, путем подсчета величин перемещений отдельных точек различных типов колес в трех направлениях от воздействия как вертикальных, так и боковых сосредоточенных нагрузок.

В нижеследующей таблице приведены величины жесткостей колес различных типов подвижного состава: как стандартного, находящегося в эксплуатации, так и спроектированных отечественными научно-исследовательскими организациями и заводами.

Приведенная таблица позволяет дать сравнительную оценку жесткостям конструкций облегченных колес новых типов, а также спицевому колесу.

Таблица значений жесткостей может быть использована при проектировании новых типов колес подвижного состава.