CEN/TC 256

СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
НАЦИОНАЛЬНЫЙ СТАНДАРТ РЕСПУБЛИКИ КАЗАХСТАН
Транспорт железнодорожный
КОЛЕСНЫЕ ПАРЫ И ТЕЛЕЖКИ. МОНОБЛОЧНЫЕ КОЛЕСА
Методы испытаний. Часть 1: Кованые и катаные колеса
Railway applications - Wheelsets and bogies - Monobloc wheels - Technical approval procedure
- Part 1: Forged and rolled wheels
Дата введения
1 Область применения
Настоящий стандарт распространяется на вновь изготовленные моноблочные колеса
пассажирских вагонов, которые эксплуатируются на европейских железных дорогах, и
устанавливает требования оценки и обоснования выбора конструкции (методы испытаний).
Требования для колес с активными осями вращения или колес с амортизаторами
могут быть изменены или дополнены.
Стандарт не распространяется на легковой транспорт и трамваи, в отношении которых
могут быть использованы другие стандарты или документы, утвержденные заказчиком и
поставщиком.
Настоящий стандарт применяется к кованым и катаным колесам, для которых
качественные требования, определяются стандартом EN 13262.
2 Нормативные ссылки
Для применения настоящего стандарта необходимы следующие ссылочные
нормативные документы:
EN 12668-3 Non-destructive testing – Characterization and verification of ultrasonic
examination equipment – Part 3: Combined equipment (Контроль неразрушающий.
Характеристика и верификация оборудования для ультразвукового контроля. Часть 3:
Комбинированное оборудование)
EN 13103 Railway applications – Wheelsets and bogies – Non-powered axles – Design.
(Железнодорожный транспорт. Колесные пары и тележки. Оси не тяговые. Конструкция).
EN 13262 Railway applications – Wheelsets and bogies – Wheels – Product requirements
(Транспорт железнодорожный. Колесные пары и тележки. Колеса. Требования к
продукции)
3 Сертификационные параметры
Условия эксплуатации, для которого подбираются колеса, должны предусматривать
определенные параметры сертификации.
При изменении сертификационных параметров, предъявляемых к конструкции колес,
заказчик и поставщик пересматривают характеристики.
Проект, редакция 2
1
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
3.1 Геометрические параметры взаимозаменяемости
Транспорт должен иметь геометрические параметры взаимозаменяемости по трем
категориям в зависимости от того связаны ли они с требованиями функциональности,
сборки или обслуживания.
3.1.1 Требования функциональности
- номинальный диаметр по поверхности качения, который влияет на высоту буфера и
габариты;
- максимальная ширина обода, связанная с остряком, рельсовой крестовиной и
рельсовым тормозом;
- профиль поверхности качения вне конической части;
- расстояние от торцевой поверхности ступицы до боковой поверхности обода
с внутренней стороны колеса;
- цилиндричность отверстия ступицы;
- наличие пространства, необходимого для дисковых тормозов на колесе;
- необходимое пространство на раме тележки, для тормозного и подвесного
оборудования.
3.1.2 Требования к сборке
- диаметр отверстия;
- длина ступицы для обеспечения выступа ступицы над колесной парой.
3.1.3 Требования к техническому обслуживанию
- диаметр предельного износа или диаметр последней обточки;
- форма износа паза;
- область закрепления колеса на токарном станке;
- положение и форма отверстия и паза для перемещения под давлением масла;
- общая форма обода, позволяющая осуществлять ультразвуковые измерения
остаточных напряжений в колесах при торможении с помощью тормозного башмака.
3.2 Параметры термомеханического контроля
Характеристики транспорта должны определяться:
- максимальная энергия торможения создается за счет трения тормозных колодок на
поверхности рельса. Выделяемая энергия может быть определена с помощью энергии Pa, и
времени ta торможения и скорости поезда Va во время торможения. Если транспорт
определяется другими параметрами (например, торможение до полной остановки), эти
параметры регулируются соглашением между заказчиком и поставщиком;
- тип тормозных колодок применяемых для колеса (материал, размеры и количество).
ПРИМЕЧАНИЕ для определения термомеханических свойств грузового подвижного состава
необходимо длительное торможение, без остановки.
3.3 Параметры механического контроля
Подвижной состав характеризуется:
- максимальная вертикальная статическая нагрузка колесной пары;
- вид обслуживания, который будут применяться для транспортных средств,
оснащенных сертифицированными колесами:
- описание путей: геометрические характеристики рельсовых путей, параметры
кривой, максимальная скорость и т.д.;
2
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- пробег;
- расчет срока эксплуатации колеса, в километрах.
3.4 Параметры акустического контроля
Все нижеобозначенные параметры, отображающие уровень шума исходящий от
колеса, но не при конструировании колеса, подлежат официальному утверждению:
- модель рельсовых путей, по которым колеса будут эксплуатироваться;
- стандартный образец колеса, с которым будет сравниваться конструкция;
- модель подвижного состава и один или более модулей для определения опорных
значений скорости;
- одна или две поверхности, со спектром жесткости в диапазоне рабочих значений
тестируемого колеса.
4 Нормативно-техническая документация, подлежащая утверждению
Конструкторы колес, подлежащих сертификации, обязаны представлять
документацию, включающую:
- описание процесса изготовления (ковка, прокат, термообработка и т.д.);
- определение геометрии колеса (рисунок);
- следующие параметры изготовления, если они отличаются от тех, которые
определены в EN 13262;
- геометрические допуски;
- отделка поверхности;
- класс стали;
- параметры соответствия всем предъявляемым требованиям транспорта, требующего
официального утверждения.
В конце процедуры техосмотра и перед вводом в эксплуатацию, колесо должно быть
подвергнуто процедуре сертификации продукции, определенной стандартом EN 13262.
5 Оценка геометрической взаимозаменяемости
Конструкция колеса должна соответствовать требованиям 3.1.
6 Оценка термомеханических свойств
6.1 Общие положения
Данная оценка может включать в себя три этапа. Переход от одной стадии к другой
зависит от исходных результатов.
Блок-схема оценки продемонстрирована в обязательном приложении А.
Для каждого из трех этапов, испытание должно проводиться на новом ободе колеса
(номинальный диаметр по кругу катания) и изношенном ободе колеса (предельный износ
по кругу катания).
В каждом случае, при тестировании нового и изношенного обода, геометрия диска
колеса должна быть наименее благоприятна для термомеханических характеристик в
пределах геометрического допуска. Конструктор колеса должен доказать посредством
многочисленных симуляций, что тестируемые колеса демонстрируют худшие результаты.
3
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Если это не так, то результаты многочисленных симуляций в самых неблагоприятных
условиях в отношении геометрических расчетов должны быть исправлены.
Обязательные значения Pa европейской операционной совместимости приведены в
справочном приложении F.
Для того чтобы произвести измерение остаточного напряжения, тестируемые колеса
не должны иметь предельного износа канавки или скоса.
ПРИМЕЧАНИЕ В настоящее время, расчетные коды и термомеханические параметры
являются достаточно неточными и не достаточно хорошо известны для использования в качестве
параметров оценки стандарта. В будущем, если ситуация измениться, термомеханической расчет
должен выполняться на первом этапе оценки.
6.2 Первый этап – Стендовое испытание тормозов
6.2.1 Методика испытания
Методика испытания и измерения, который должен быть применен, приведен в
нормативном приложении А.
Энергия, применяемая во время теста должна быть равна 1,2 Pa (Pa, рассчитывается в
разделе в 3.2). Продолжительность каждого периода торможения и скорость движения
поездов, представлены в разделе 3.2 (ta и Va).
6.2.2 Правила приемки
Три критерия должны быть соблюдены одновременно для колес с новым ободом и
колес с изношенным ободом.
Колесо с новым ободом:
- максимальное боковое смещение обода во время торможения: +3 / -1 мм;
- уровень остаточного напряжения в ободе после охлаждения:
- σrn ≤ + Ʃr Н/мм2 среднее значение трех измерений;
- σin ≤ + (Ʃr + 50) Н/мм2 для каждого измерения;
- максимальное боковое смещение обода после охлаждения: + 1,5 / - 0,5 мм.
Колесо с изношенным ободом:
- максимальное боковое смещение обода во время торможения: +3 / -1 мм;
- уровень остаточного напряжения в ободе после охлаждения:
- σrw ≤ +(Ʃr + 75) Н/мм2 как среднее для трех измерений;
- σiw ≤ +{Ʃr + 100) Н/мм2 для каждого измерения;
- максимальное боковое смещение обода после охлаждения: + 1,5 / - 0,5 мм.
Значение Ʃr определяется в соответствии со свойствами класса стали обода колеса.
Для класса ER6 и ER7 стандарта EN 13262 Ʃr = 200 Н/мм2.
Боковое смещение является положительным, если расстояние между двумя
внутренними гранями колес колесной пары увеличивается.
Для внутренних перевозок, если предел допустимой погрешности рельсов отличаются
от общих допустимых требований, используемых в Европе, другие значения бокового
смещения могут быть согласованы между заинтересованными сторонами
6.3 Второй этап – Стендовое испытание на разрушение колеса
6.3.1 Общие положения
Этот второй этап осуществляется, только если остаточный уровень напряжения,
измеренный на первом этапе, превышают критерии допуска.
6.3.2 Методика испытания
4
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Методика испытания описывается в нормативном приложении A.
6.3.3 Правила приемки
Тестируемые колеса не должны ломаться.
6.4 Третий этап - Тормозное испытание
6.4.1 Общие положения
Необходимо приступить к третьему этапу, если один из результатов первого этапа не
соответствует критериям браковки и колесо переходит на второй этап.
6.4.2 Процедура испытания
Метод испытания и измерения, который может быть использован, приведен в
обязательном приложении А.
Мощность, которая должна поддерживаться во время теста, равна 1,2 Pa (Pa
представлена в разделе 3.2). Продолжительность каждого периода торможения и скорость
движения поезда, определены в разделе 3.2 (ta и Va).
6.4.3 Правила приемки
Три критерия должны быть соблюдены одновременно для колес с новым ободом и
изношенным ободом.
Колесо с новым ободом:
- максимальное боковое смещение обода во время торможения: +3 / -1 мм; уровень
остаточного напряжения в ободе после испытаний и после охлаждения:
- σrn ≤ + (Ʃr - 50) Н/мм2 среднее значение трех измерений
- σin ≤ + Ʃr Н/мм2 для каждого измерения
- максимальное боковое смещение обода после охлаждения: + 1,5 / - 0,5 мм.
Колесо с изношенным ободом:
- максимальное боковое смещение обода во время торможения: +3 / -1 мм;
- уровень остаточного напряжения в ободе после испытаний и после охлаждения:
- σrw< + Ʃr Н/мм2 среднее значение для трех измерений;
- σjw < + (Ʃr + 50) Н/мм2 для каждого измерения;
- максимальное боковое смещение обода после охлаждения: + 1,5 / - 0,5 мм
Значение Ʃr определяется в соответствии с характеристиками класса стали обода
колеса. Для классов Er6 и Er7 стандарта EN 13262 М Ʃr = 200 Н/мм2.
Боковое смещение является положительным, если расстояние между двумя
внутренними гранями колес колесной пары увеличивается.
Для внутренних перевозок, если предел допускаемой погрешности рельсов
отличаются от общих допусков, используемых в Европе, другие значения бокового
смещения могут быть согласованы между заинтересованными сторонами
7 Контроль механических свойств
7.1 Общие положения
Данная оценка включает в себя два этапа. Второй этап проводится в зависимости от
результатов первого этапа. Цель данной оценки заключается в обеспечении отсутствия
поломок в результате появления трещин от усталости на диске колеса или на соединениях
со ступицей или ободом в течение эксплуатационного срока колеса.
Как при расчете, так и при проведении испытания, механические свойства колеса
должны соответствовать требованиям настоящего стандарта. Если это не так, то параметры
теста должны быть исправлены путем расчета.
5
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Блок-схема контроля представлена в обязательном приложении В.
7.2 Первый этап - Расчет
7.2.1 Прикладываемые силы
Должны использоваться предусмотренные настоящим стандартом силы. Они
рассчитываются на основе суммы нагрузки P. Нагрузка Р определена в стандарте EN 13103.
Она равна половине вертикальной силы, приложенной к колесной паре, установленные на
рельсы.
На основании параметров, необходимых для механической оценки, определенных в
3.3 дополнительные силы должны быть использованы, если эти параметры генерируют
большие силы (например, подуклонка рельса, параметры кривой и т.д.).
Необходимо рассмотреть три случая нагрузки (см. рисунок 1):
- Случай 1: прямой путь (центрированная колесная пара)
Fz = 1,25 P
Fy1 = 0
- Случай 2: кривая (гребень, прижат к рельсу)
Fz = 1,25 P
Fy2 = 0,6 Р для не направляющих колесных пар
Fy2 = 0,7 Р для направляющих колесных пар
- Случай 3: стрелочные переводы и крестовины (рабочая поверхность гребня, прижата
к рельсам)
Fz = 1,25 P
Fy3 = 0,6 Fy2 = 0,36 P для не направляющих колесных пар
Fy3 = 0,6 Fy2 = 0,42 P для направляющих колесных пар
Стандартные точки приложения различных сил представлены на рисунке 1.
Условные обозначения
6
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
1 Прямой рельсовый путь
2 Кривая
3 Стрелочные переводы и крестовины
Рисунок 1 – Точки приложения различных сил
7.2.2 Методика расчета
Для определения напряжения должна быть использована программа расчета методом
конечных элементов. Срок действия программы должен быть доказан и выбор параметров,
имеющих решающее влияние на результаты должен быть обоснован. Справочное
приложение С включает один из методов.
Напряжения должны быть проанализированы следующим образом:
- определение главных точек напряжения во всех точках сетки (узлах) для каждого из
трех случаев нагрузки;
- оценка каждого узла, максимальное главные напряжения в случаях тройной нагрузки
(σmax) и направление главного напряжения;
- оценка каждого узла, минимальное напряжение, равняется самому низкому
нормальному напряжению в направлении σmax, для случаев тройной нагрузки (σmin);
- расчет для каждого узла:
Δσ =σmax - σmin
7.2.3 Правила приемки
Диапазон динамического напряжения Δσ должен быть меньше допустимых
напряжений во всех точках колеса. Допустимые диапазоны динамических нагрузок
следующие:
- для колес с обработанной шейкой колеса: А = 360 Н/мм2;
- для колес с необработанной шейкой колеса: А = 290 Н/мм2.
7.3 Второй этап – Стендовое испытание
7.3.1 Общие положения
Второй этап осуществляется, если результаты первого этапа выходят за рамки
критериев допуска.
7.3.2 Техническое характеристики нагрузочного стенда и процедуры испытания
Они должны быть согласованы между конструктором колеса и органом,
осуществляющим техническую сертификацию.
Процедуру испытания производить приложением к диску колеса нагрузки
(направление, уровень и количество циклов), которым колесо подвергается на протяжении
всего периода эксплуатации.
Информационное приложение D представляет один из способов.
7.3.3 Правила приемки
Испытанию подвергаются четыре колеса.
После испытания трещины не должно быть усталостных трещин. Браком считается
трещина, если ее длина больше или равна 1 мм.
8 Оценка акустических свойств
8.1 Общие положения
7
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Оценка акустических характеристик колеса в основном зависит от нескольких
параметров, которые не имеют прямого отношения к конструкции конкретного колеса,
которое должно быть сертифицировано. Именно поэтому результат новой конструкции
колеса необходимо сравнить с моделью системы путь/колесо для данного состояния
поверхности рельса.
Структурная схема, представляющая процедуру акустической проверки колеса
приведена в справочном Приложении Е. Акустическая проверка колеса может быть
произведена путем расчета, если тип колеса, проходящего сертификацию, покажет
надежные результаты, которые будут получены и/или по результатам измерения во время
испытания на рельсах при необходимости:
- случай 1: процедура, основанная на расчетах, считается достоверной. Это касается
моноблочных осесимметричных колес «стандартного» диаметра (больше или равной 800
мм), для которых численные расчеты уже подтверждены;
- случай 2: процедура на основе расчетов может быть дополнена экспериментальным
модальным анализом колеса. Данная процедура относится к неосесимметричным
моноблочным колесам (за исключением тех, которые имеют отверстия) и к моноблочным
колесам с малым диаметром (менее 800 мм), требующим перенастройки расчетной
модальной базы (например, когда на колесах установлены поглощающие устройства).
Данная перенастройка связана с результатами экспериментального модального анализа
колеса;
- случай 3: для акустической технической сертификации колеса требуется различный
диапазон измерений. Эта процедура касается немоноблочных колес с отверстиями,
неосесимметричных колес, колес с защитными устройствами, для которых метод расчета
не является достаточно надежным критерием подтверждения.
8.2 Методика расчета
Данная методика применяется в случаях 1 или 2, определенных в 8.1. Методика
расчета приведена в справочном приложении Е.
8.3 Полигонные испытания
Измерения в эксплуатационных условиях должны проводиться в следующих случаях:
- методика расчета была произведена, но не привела к акустической технической
сертификации колеса.
Процедура измерения в эксплуатационных условиях подробно изложена в
справочном приложении E1).
8.4 Правила приемки
Rref Tref
L
представляет собой средний уровень акустического давления,
S ref Wref
излучаемого на расстоянии 3 м от рельсовых путей:
Если
Эта процедура была подтверждена ЗАО "Экологические решения - проблемы - изыскания" [2], [3], и
модель была упрощена для конкретных требований испытания для технического одобрения.
1
8
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- Wref стандартный образец колеса;
- Tref стандартный образец рельса;
- Sref стандартная скорость;
- Rref стандартный спектр жесткости;
Wopt представляет новую конструкцию колеса и
Rref Tref
L
его уровень шума в тех же
S ref Wopt
условиях, как и стандартный образец колеса, показатель эффективности
Rref Tref
G
S ref
представлен:
Rref Tref Rref Tref Rref Tref
G

L

L
S ref
S ref Wopt S ref Wref
Для упрощения обозначений, далее по тексту, принято G и L. При этом
предполагается, что значения G и L в приведенном выше уравнении выражены при
постоянных значениях скорости, дистанции и неровности. Приведенное выше уравнение
может быть записано как:
G  LW opt  LW ref
Данный расчет может быть осуществлен как в целом, так и на 1/3 октавной полосе
частот. С новыми обозначениями, это выражение записывается в виде:
G i  LiW opt  LiW ref
где i - 1/3 октавы, рассматриваемая в диапазоне частот [100, 5000 Гц].
Учитывая то, что новое колесо должно быть тише стандартного образца колеса,
критерии приемки можно записать в следующем виде:
 G  LW opt  LW ref
 i
i
i
G  L W opt  L W ref
Таким образом, критерий приемки должен равняться общему усилению шумового
излучения между стандартным образцом колеса и оптимизированным колесом,
оцениваемым на эталонном пути, со спектром стандартной неровности. Это можно
выразить в дБ (A) для целых значений G S , T r e f дополняется анализом 1/3 октавной полосы
GiS , T r e f .
В обоих случаях (расчет и полигонные испытания) акустические критерии приемки
применяются к испытываемому колесу: расчет глобальных порогов усиления шума, GS , T r e f
и 1/3 октавной полосы, GiS , T r e f , в соответствии со стандартами и правилами. Эти пороговые
значения основаны на системе отсчета шумового излучения и их минимальное значение
равно нулю.
9 Техническое разрешение на применение
Необходимо создать и дополнять информацией документ по мере прохождения
техосмотра. Он должен содержать следующую информацию:
а) обозначение колеса: рисунок, материал,...;
b) определение применения, сопровождаемое соответствующим утверждением;
c) документы о геометрическом контроле;
d) документы о термомеханическом контроле;
e) документы о механическом контроле;
f) документы об акустической оценке.
9
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение A
(обязательное)
Контроль термомеханических характеристик
A.1 Оценка блок-схемы
A.2 Процедура стендового испытания торможения
A.2.1 Правила
Стендовое испытание торможения включает в себя проведение 10 торможений колеса
и измерение их влияния на развитие остаточного напряжения в ободе, максимальное
боковое смещение обода во время торможения и остаточное боковое смещения обода после
охлаждения.
10
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
A.2.2 Правила торможения
Параметры циклов торможения рассчитываются из параметров, определяющих его
применение (см. 3.2):
- номинальное тормозное усилие Pb = 1,2 Pa;
- продолжительность торможения tb = ta
- линейная скорость колеса Vb = Va;
- тип тормозных колодок;
- скорость симулируемого ветра: Vа/2 - измерение 700 мм от оси при остановке
механизма. Во время циклов, изменение этих параметров должны оставаться в следующих
пределах:
- мгновенное значение усилия: ± 10% Pb ;
- среднее усилие: ± 5% Pb ;
- продолжительность торможения: ± 2% tb ;
- линейная скорость: ± 2% Vb.
Испытание обусловлено мгновенной силой торможения, при этом сила должна
поддерживаться в пределах диапазона, приведенного выше в течение всего промежутка
испытания.
Управление осуществляется:
- либо посредством измерения тормозного момента;
- или посредством измерения тангенциальных сил между колесом и тормозными
колодками и измерением скорости.
В соответствии с соглашением между заинтересованными сторонами, эффект ветра,
который влияет на параметры, может быть учтен при расчете, используемые или
полученные во время испытания.
A.2.3 Метод измерения критериев приёмки
A.2.3.1 Измерение боковых смещений
Боковые смещения обода измеряется на внутренней грани обода на уровне диаметра
предельного износа при этом одна поверхность ступицы, используется как стандартный
образец.
Измерение смещения во время торможения должны допускать крайние значения
перемещения в течение десяти циклов торможения.
Остаточное смещение после охлаждения равно среднему из трех измерений,
произведенных в интервале 120° вокруг обода.
Точность измерения должна быть не менее ± 0,1 мм.
ПРИМЕЧАНИЕ Максимальное значение смещения может проявиться через несколько минут
после торможения
A.2.3.2 Измерение остаточных напряжений
Остаточные напряжения измеряются с помощью ультразвукового метода с
использованием методики и оборудования, которые должны соответствовать следующим
условиям.
A.2.3.2.1 Методика
Измерения производятся с помощью поперечных волн по всей ширине обода.
Они будут группироваться в три радиальных сектора, каждый из которых содержит
120° вокруг обода. По крайней мере, четыре измерения (σj) должны быть произведены в
каждом секторе, измерительные точки должны находиться на глубине 15 мм под
поверхностью рельса и минимального диаметра, чтобы получить точные измерения.
11
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Расстояние между точками измерения должно быть постоянным. Для изношенных
колесных дисков, по крайней мере, одно измерение должно быть произведено по середине
толщины обода в каждом секторе.
Значение остаточного напряжения будет рассматриваться следующим образом:
- напряжение в секторе:
i 
1
n
n  j
j 1
- напряжение в ободе:
r 
1
3
3 i
j 1
A.2.3.2.2 Оборудование
Оборудование должно отображать и обрабатывать ультразвуковой сигнал для
измерения толщины обода. Процесс измерения должен соответствовать критериям
проверки, указанным в стандарте EN 12668-3, для зондов с возможностью получения
поляризованных поперечных волн:
- физическое состояние и внешний аспект;
- общая операционная стабильность;
- вертикальная линейность;
- линейность горизонтальной развертки.
Последние два пункта должны быть проверены с помощью зондов, используемых для
измерения. Точность измерения должна быть в следующих пределах:
- повторяемость: ± 5 Н/мм2;
- воспроизводимость: ± 50 Н/мм2;
для измерений на колесах и на калибровочном блоке.
Ультразвуковой прибор должен быть откалиброван, учитывая влияние материальной
текстуры анизотропии. Для этого необходимо использовать калибровочный блок.
Этот блок должен быть сделан из обода той же геометрии, качества материала и
шероховатости поверхности, при этом все колеса должны быть проверены.
Два различных типа блоков могут быть использованы для калибровки ультразвуковых
аппаратов:
- калибровочный блок Типа А: блок должен быть полностью термообработан для
снятия напряжения с помощью подходящей термической обработки;
- калибровочный блок Типа В: блок, должен быть изготовлен таким образом, чтобы
уровень остаточных напряжений составлял 100 Н/мм2. Измеренная величина должна быть
скорректирована до 100 Н/мм2 ± 20 Н/мм2.
Параметры измерения должны быть проверены до и после каждой серии измерений,
при этом необходимо обесточивать оборудование каждый раз.
A.2.4 Испытание и измерение
A.2.4.1 Измерения перед испытанием
Геометрические параметры колес должны быть записаны. Необходимо измерит
остаточные напряжения в ободе.
Тормозные колодки должны прирабатываться до 80% от общей поверхности колодки
трением с тормозным усилием, не превышающим 1,2 Pa/2.
12
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
A.2.4.2 Тормозные испытания
Циклы из десяти торможений осуществляются последовательно. В начале каждого
цикла, температура обода колеса (измеряется в середине толщины обода на наружной
поверхности) должна быть менее 50 °С.
Охлаждение колеса может быть ускорено путем распыления воды, как только
температура обода опуститься ниже 200 °С.
Перед каждым циклом торможения, положение тормозных колодок должно быть
проверено, дабы убедиться в том, что расстояние составляет, по крайней мере, 10 мм между
сопрягаемыми поверхностями трения тормозной колодки и обода.
Во время каждого цикла, производится измерение:
- мгновенного усилия;
- линейной скорости;
- бокового смещения обода;
- температура выкрутки диска-обода (по желанию);
- длительность цикла торможения;
- параметры симулируемого ветра.
Среднее усилие вычисляется в конце каждого цикла.
Тормозные колодки следует заменить, когда они наполовину изношены или после 5
циклов торможения. Необходимо поставить новые колодки, как описано в А.2.4.1.
ПРИМЕЧАНИЕ Измерение температуры обода не является обязательным, но в некоторых
случаях может объяснить аномальное остаточное напряжение. Мониторинг уровня мощности
является обязательным и заменяет мониторинг давления в тормозном цилиндре из-за вариаций
коэффициента трения между колесом и тормозной колодкой.
A.2.4.3 Измерения после циклов торможения
После 10 циклов торможения и полного охлаждения колеса, производятся измерения:
- остаточных напряжений в тех же точках, что и до циклов торможения;
- остаточного бокового смещение обода.
A.2.5 Отклонения
При возникновении сбоя системы контроля мощности во время циклов, необходимо
начать испытание другого колеса.
A.3 Методика стендового испытания разрушения колеса
A.3.1 Принцип
Данное стендовое испытания разрушения заключается в проверке того, что колесо с
предварительной трещиной обода выдерживает заданное торможение, не подвергаясь
радиальному разрушению.
A.3.2 Правила торможения
Параметры аэродинамического цикла торможения должны быть получены на базе
параметров, определяющих применение колеса (см. 3.2):
- номинальное усилие торможения Pr = 1,2 Pa;
- продолжительность торможения tr = ta;
- линейная скорость Vr = Va;
- тип тормозной колодки.
В течение цикла торможения, эти параметры должны оставаться в следующих
пределах:
- мгновенное усилие: ± 10% Pr;
13
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- среднее услие: ± 5% Pr;
- продолжительность торможения: ± 2% tr,
- линейная скорость: ± 2% Vr.
Испытание должно проводиться с применением мгновенной силы торможения,
которая должна поддерживаться в пределах диапазона, приведенного выше в течение всего
промежутка испытания.
Управление осуществляется:
- путем измерения тормозного момента;
- или посредством измерения тангенциальных сил между колесом и тормозными
колодками и измерением скорости.
A.3.3 Предварительное рассечение обода
Испытуемое колесо должно иметь трещины на внешнем краю поверхности катания.
Глубина этой трещины, измеряемая на наружной боковой поверхности обода, должна
равняться 8 ± 1 мм.
Эта трещина может быть сделана путем применения следующего метода:
- проделывание трех механических надрезов на краю поверхности катания, в 120 °
друг от друга;
- применение двух торможений с номинальным усилием 0,66 Pa в течение ta и на
скорости Va;
- применение экстренного торможения для появления и распространения трещин от
механических надрезов пока один из них не достигает требуемой глубины (8 ± 1 мм).
A.3.4 Специальные методы измерения
Во время этого испытания, необходимо следить за увеличением остаточного
напряжения в ободе. Оно измеряется с помощью ультразвуковых средств с использованием
процедуры и оборудования, которые должны соответствовать следующим условиям.
A.3.4.1 Правила
Смотреть A.2.3.2.1.
A.3.4.2 Оборудование
Смотреть A.2.3.2.2.
A.3.5 Испытание и измерение
A.3.5.1 Предварительное рассечение обода
Процедура осуществляется в условиях, описанных в А.3.3 или с помощью любого
другого метода, дающего тот же результат.
Когда трещина достигает указанной глубины, остаточные напряжения измеряется в
ободе. Определения геометрических параметров должны быть записаны.
A.3.5.2 Разрушение колеса
Циклы торможения, описанные в А.3.2 не применяются к колесу пока:
- происходит радиальное разрушение;
- или происходит состояние похожее на разрушение, например быстрое
распространение трещины на диске, которое затем останавливается из-за кривизны
полотна;
- или стабилизируются остаточные напряжения в ободе. Это случай, когда остаточное
напряжение менее чем ± 30 Н/мм2 в течение трех последовательных циклов торможения.
Охлаждение колеса может быть ускорено путем вспрыскивания воды, как только
температура обода спуститься до 200 °С.
Следующие измерения должны проводиться в течение каждого цикла:
- мгновенное усилие;
- линейная скорость;
14
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- боковое смещение обода;
- температура выкрутки диска-обода (по желанию);
- длительность цикла торможения.
Средняя мощность рассчитывается после каждого цикла.
После каждого цикла необходимо измерять остаточное напряжения, при этом
температура обода (измеряется в середине полотна обода, на наружной поверхности)
должна быть менее 50 °C в течение измерения.
A.3.6 Отклонения
Если, во время циклов происходят отклонения в части контроля усилия, то испытание
должно быть перезапущено с применением другого колеса.
A.4 Методика испытания торможения
A.4.1 Правила
Испытание торможения на рельсах состоит из 10 торможений на одном колесе и
измерения их влияния на развитие остаточного напряжения в ободе, боковое смещение
обода и остаточное боковое смещение обода после охлаждения.
A.4.2 Правила торможения
Параметры цикла торможения должны быть рассчитаны на основе параметров,
определяющих применение колеса (см. 3.2):
- номинальное усилие торможения Pb = 1,2 Pa;
- продолжительность торможения tb = t;
- линейная скорость колеса Vb = Va;
- тип тормозной колодки.
В течение цикла торможения, эти параметры должны оставаться в следующих
пределах:
- мгновенное усилие: ± 10% Pb;
- среднее усилие: ± 5% Pb;
- продолжительность торможения: ± 2% tb;
- линейная скорость: ± 2% Vb.
Испытание должно проводиться с применением мгновенной силы торможения,
которая должна поддерживаться в пределах диапазона, приведенного выше в течение всего
времени испытания.
Управление осуществляется:
- либо на основе измерения тормозного момента;
- или на основе измерения тангенциальных сил между колесом и тормозными
колодками и измерением скорости.
A.4.3 Метод измерения критериев приемки
A.4.3.1 Измерение боковых смещений
Боковые смещения обода измеряются на внутренней грани обода на уровне диаметра
предельного износа с одной поверхности ступицы, используемой в качестве эталона.
Измерение смещения во время торможения должно быть непрерывным, чтобы
получить данные о минимальном и максимальном смещении, происходящем во всех циклах
торможения.
Остаточное смещение после охлаждения равняется среднему из трех измерений,
проведенных на 120 ° интервалах вокруг обода.
Точность измерения должна быть не менее ± 0,1 мм.
15
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
ПРИМЕЧАНИЕ Максимальное смещение может произойти через несколько минут после
торможения.
A.4.3.2 Измерение остаточных напряжений
Остаточные напряжения измеряются с помощью ультразвукового метода с
использованием методики и оборудования, которые должны соответствовать следующим
условиям.
A.4.3.2.1 Методика
Смотреть A.2.3.2.1.
A.4.3.2.2 Оборудование
Смотреть A.2.3.2.2.
A.4.4 Запуск пробного испытания
A.4.4.1 Параметры транспорта
Для этого испытания необходимо выбрать подвижную единицу, на котором будет
установлено испытуемое колесо.
Система управления торможением транспорта должна быть отключена для замены
его тормозной системы, позволяющей контролировать силу торможения.
Тормозные колодки должны быть расположены так, чтобы их внешняя поверхность
находилась в промежутке между 10 мм и 20 мм от наружной кромки обода.
A.4.4.2 Другие параметры
Оснащение испытуемого железнодорожного состава производят команда
испытателей.
Колесные пары с подлежащими сертификации колесами должны быть в ведущей
позиции на транспортном средстве или тележке.
A.4.4.3 Климатические условия
Климатические условия должны быть как можно ближе к следующим условиям:
- незначительный ветер (скорость ветра менее 20 км/ч);
- сухая погода (без дождя);
- температура от 10 °С до 25 °С.
A.4.4.4 Параметры рельсовых путей
Рельсовые пути должны быть ровными.
A.4.5 Испытание и измерение
A.4.5.1 Измерения перед испытанием
Геометрические параметры колеса должны быть записаны.
Расстояние Ei между внутренними гранями колес колесной пары измеряется в трех
секторах в пределах 120 ° друг от друга. Необходимо также измерять остаточное
напряжение в ободе.
Тормозные колодки должны прорабатывать трение с тормозной силой, не
превышающей 1,2 Pa /2, при этом контактная поверхность между колесом и колодкой
должна равняться, по крайней мере, 80% от общей поверхности колодки.
A.4.5.2 Тормозное испытание
Цикл десяти торможений должен проводиться последовательно.
В начале каждого цикла, температура обода колеса (измеряется в середине диска на
внешней поверхности обода) должна быть менее 50 °С.
Охлаждение колеса может быть ускорено путем распыления воды, как только
температура обода понизиться до 200 °С.
Перед каждым циклом торможения, необходимо проверить правильное положение
тормозной колодки. Во время каждого цикла, производится измерение и запись:
16
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- мгновенного усилия;
- линейной скорости;
- бокового смещения обода;
- температура выкрутки диска-обода (по желанию);
- длительность цикла;
- метеорологические условия: скорость ветра, атмосферное давление, температура
Средняя мощность вычисляется в конце каждого цикла.
Тормозные колодки должны быть заменены, когда они наполовину износятся или
после 5 циклов торможения. Необходимо поставить новые колодки, как описано в разделе
А.4.5.1.
ПРИМЕЧАНИЕ Измерение температуры обода не является обязательным, но в некоторых
случаях может объяснить вредоносное остаточное напряжение. Мониторинг уровня мощности
является обязательным и заменяет мониторинг давления в тормозном цилиндре из-за изменения
коэффициента трения между колесом и тормозной колодкой.
A.4.5.3 Измерения после циклов торможения
После 10 циклов торможения и полного охлаждения колеса, производится измерение:
- остаточного напряжения в тех же точках, что и до циклов торможения;
- остаточное боковое смещение обода,
- положение тормозных колодок на ободе;
- расстояние между внутренними гранями ободьев на колесной паре Ei.
A.4.6 Отклонения
Если, во время циклов происходят отклонения в части контроля усилия, то испытание
должно быть перезапущено с применением другого колеса.
17
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение B
(обязательное)
Блок-схема оценки механических свойств
18
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение C
(справочное)
Механические свойства - Оценка методом конечных элементов
Расчеты напряжений производятся с использованием стандартного метода конечных
элементов.
Анализ является трехмерным: сетка с нагрузкой в одной секции, или осесимметричная
сетка с не-осесимметричной нагрузкой (гармонический анализ), в случае если метод
позволяет вычислять большое количество режимов нагрузки в одной секции.
Следует оценить тип выбранного элемента (по классической теории расчета балки
и/или по испытаниям) и деформации каждого элемента модели в отношении его опорных
элементов, которые должны соответствовать критериям, регламентируемым методом.
Точность сетки должна учитывать тип элемента и сходимость результатов в
зависимости от густоты сетки.
19
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение D
(справочное)
Механические свойства – Методика испытания и установка на стенд
D.1 Правила
График тестирования механических свойств заключается в следующем:
D.2 Определение нагрузки
D.2.1 Общие положения
Прикладываемая нагрузка должна соответствовать сроку эксплуатации
транспортного средства, оснащенного колесами, которые должны быть сертифицированы.
Нагрузка определяется с использованием метода, указанного в отчете ERRI
B169/RP12.
Настоящий метод заключается в определении поверхностных напряжений и сил
возникающих в условиях эксплуатации подвижного состава, которые будут применяться на
стенде для воспроизведения той же нагрузки, подобные тем, что измерены на
железнодорожном пути.
D.2.2 Измерение нагрузок во время полигонных испытаний
- местоположения напряжения при измерений:
напряжения измеряются в зоне появления трещины. Расчет с применением метода
конечных элементов, осуществляется на первом этапе оценки; определяет эту зону
(см.
7.2).
- полигонные испытания:
20
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
в ходе полигонных испытаний, в эксплуатационных условиях, локальные нагрузки на
диск колеса измеряются в режиме реального времени в соответствии с принципом Маркова.
Элементарная матрица разрабатывается для каждого эксплуатационного теста (см. отчет
ERRI B169/RP12).
- испытательный маршрут:
испытательный маршрут определяются в соответствии с отчетом RP12 комитета
ERRI/B169. Выбор испытательных маршрутов на основе маршрутизации транспортного
средства обеспечит воспроизведение всего срока эксплуатации транспортного средства
- глобальная матрица загрузки:
форма нагружения рассчитывается путем:
- умножения элементарных матричных элементов каждого испытательного маршрута
на весовой коэффициент, который представляет собой отношение количества пройденных
километров в течение срока эксплуатации и количества пройденных километров во время
испытания;
- добавляя все взвешенные элементарные матрицы;
- умножение этой суммы, чтобы получить пробег около 10 000 км.
Данная глобальная матрица называется G.
D.3 Стендовое испытание на выносливость
D.3.1 Метод 1 - испытание на выносливость в условиях случайного нагружения
D.3.1.1 Матрицы нагрузок
Эта матрица симулирует срок эксплуатации колеса. Матрица G, которая имитирует 10
000 км умножается на коэффициент, чтобы получить реальный срок эксплуатации.
Затем, метод случайной выборки МАРКОВА требует симметризации матрицы.
Данное условие обеспечивается путем формирования алгебраической средней суммы
матрицы и ее транспонирования.
Дабы сократить продолжительность испытания на усталостную долговечность,
переходы, которые генерируют циклы с низким динамическим диапазоном напряжений и
без повреждений будут устранены из матрицы. Например, общее число циклов испытаний
на усталость может быть условно обозначено, как 2 х 106.
Заключительная загрузочная матрица обозначается H.
D.3.1.2 Мониторинг стендового испытания
Стендовое испытание может контролироваться либо измерением нагрузки на диск
колеса в зоне, где начинается трещина или посредством приложения сил к колесу.
В случае контроля нагрузки, матрица H возможно может быть модифицирована в
матрицу H1, чтобы учесть различия в форме колеса, используемого в полигонном
испытании, чтобы определить матрицу G (см. D.2.2) и колесо, используемое для стендового
испытания. Расчет МКЭ представляет варианты преобразования матрицы H.
Силы и нагрузки, указанные в матрице Н должны быть преобразованы в
соответствующие силы, имитируемые на стенде, дабы создать те же нагрузки, как и в ходе
полигонного испытания колеса для определения матрицы G (см. D.2.2). Эта матрица
называется H2.
D.3.1.3 Испытание на выносливость при случайном нагружении
Каждый переход матрицы H1 или Н2 производиться случайным методом, а затем
воспроизводится в стенде в цикле проверки выносливости. Этот метод описан в докладе
ERRI B169/RP12.
D.3.1.4 Критерии завершения испытания
Критерий заключается в следующем:
- наличие усталостной трещины, длина которой больше или равна 1 мм;
21
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- отсутствие трещин после применения всех циклов матрицы.
D.3.1.5 Стендовое испытание на выносливость
Пример стендового испытания представлен на рисунке D.1.
Рисунок D.1 – Пример стендового испытания на выносливость
D.3.2 Метод 2 – Одноэтапное испытание на выносливость
D.3.2.1 Матрица нагрузок и специальная характеристика
Матрица G представляет 10 000 километровый отрезок срока эксплуатации. Частота
распределения максимальных и минимальных нагрузок определяется матрицей G. Затем,
производиться расчет полного жизненного цикла путем умножения коэффициента,
вычисления суммы частотных распределений максимальных и минимальных нагрузок, а
при необходимости, путем преобразования растяжения в нагрузки. Спектр нагрузок должен
быть преобразован и симметризован в среднюю нагрузку, равную нулю.
Данный спектр нагрузок может быть изменен с целью учета различия в форме между
колесом, используемым для определения матрицы G и колесом, используемым для
стендовых испытаний. Коэффициент определяется для различных нагрузок. Спектр
нагрузки умножается на этот коэффициент.
D.3.2.2 Эквивалентная нагрузка
Спектр нагрузок, как указано выше рассчитывается путем разделения на 10
одинаковых этапов прикладывания нагрузки. Эквивалентное напряжение затем
рассчитывается методом Серенсена-Козлова. Он основан на элементарном законе Майнера,
который также называется метод Кортен/Долана.
Детали расчета эквивалентных напряжений приведены в докладе ERRI B169/RP10.
D.3.2.3 Одноэтапное испытание на выносливость
Перед началом испытания на выносливость, проводиться статический тест с целью
установки связи между напряжениями и нагрузками (Fy и Fz). Затем приступают к
динамическому испытанию. Напряжение во время испытания определяются следующим
образом:
- первое испытание колеса:
22
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- 1-й этап; напряжение во время испытания равно эквивалентному напряжению;
- 2-й этап; напряжение во время испытания равно 1,4 эквивалентному напряжению;
- последующие колеса; тест начинается с напряжения, равного 1,4 эквивалентного
напряжения.
Испытание проводиться в течение 107 циклов при каждом уровне нагрузки. Доклад
ERRI B169/RP10 подробно описывает эту процедуру.
D.3.2.4 Критерии приемки
Критерий заключается в следующем:
- трещины не допускается после 107 циклов с уровнем напряжения, по крайней мере,
в 1,4 раза равному эквивалентному напряжению;
- трещина, длина которой более или равна 1 мм.
D.3.2.5 Образец стенда
Рисунок D.2 демонстрирует пример стенда.
Условные обозначения
1 Мотор
2 Втулка с несимметричным осциллятором
3 Датчик деформации
4 Зажимное приспособление
5 Антивибрационная основа
6 Пружины
Рисунок D.2 – Пример стендового испытания на выносливость
23
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение E
(справочное)
Оценка акустических свойств
E.1 Блок-схема оценка
24
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
E.2 Методика расчета
E.2.1 Предварительный комментарий
В настоящем приложении описывается, каким образом рассчитать акустическое
давление LWopt, как это определено в 8.4. Формат записи выглядит следующим образом LWopt
= LW, в этой связи невозможно перепутать это значение с эталонным значением LWref
Эта процедура основана на расчетной модели TWINS, разработанной ERRI2).
E.2.2 Расчет модальных основ колеса
Колесо должно быть оценено:
- конечно-элементным моделированием для определения модальных основ колеса;
- настройкой модальных основ колеса в соответствии с экспериментальным
модальным анализом в случае необходимости (см. 8.1).
Отбор стандартного образца для расчета модальных основ.
E.2.3 Выбор модели эталонного рельсового пути
Следует выбрать модель стандартного образца рельсового пути.
E.2.4 Определение параметров расчета
- варианты сигнала возбуждения:
расчеты производятся путем измерения жесткости «узла» (1 м).
- варианты вибрации колеса и рельсов:
динамические характеристики колеса рассчитываются путем учета эффекта
вращения. Динамические характеристики колеса вычисляется в трех позициях в точке
контакта колеса (номинальное положение ± 10 мм). Например, номинальная позиция может
быть выбрана 80 мм от внутренней поверхности круга катания. Средняя динамическая
характеристика рельсового пути составляет более 26 м. Диапазон частот составляет 100 Гц
- 5 000 Гц.
- опция излучения звука:
звуковое излучение каждого компонента (рельс, шпал и колес) рассчитывается в виде
измерения звуковой мощности октавных полос с частотой 1/3. Этот уровень мощности
может быть рассчитан для трех точек контакта. Излучение колеса рассчитывается с
использованием отдельных уровней шума для модальных деформаций колеса, в частности
n = 0, n = 1 и n = 2 (где n является числом узловых диаметров различных эксплуатационных
режимов колеса). Шум рельсов в результате вертикальных и боковых перемещений может
быть рассчитан с использованием модели TWINS. При расчете для шпал может быть
использована модель глушителя.
E.2.5 Расчет силы
Расчет общей мощности, излучаемой (рельс + колесо) L W u , i для стандартных
образцов и оптимизированных колес,
где
и - жесткость элемента;
i - октавная полоса с частотой 1/3.
Расчет средней мощности для трех контактных точечных позиций на колесе:
LWu ,c ,i
L2
L2
 1  L1

10
10
10
 10 lg  10  10  10  
3


 
Эта процедура была подтверждена ЗАО "Экологические решения - проблемы - изыскания" [2], [3], и модель
25
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
где
L1, L2, L3 являются уровнем мощности (микрофоны A, B, C), рассчитанные для
контактных позиций 70, 80 и 90 мм от внутренней поверхности круга катания.
E.2.6 Установка
Установка:
- эталон спектра жесткости;
- эффект фильтрации;
- взвешивание-А.
Контактная фильтрации рассчитывается по формуле Ремингтон:




1


Hi  20 log
   2af  3 
i
1  
 
 4  V  
1
2
где
а - является половинной длины зоны контакта в направлении вращения (в м), см.
ссылку [6] для расчета этого параметра;
V - скорость вращения (м/с);
fi - главная частота октавной полосы равной 1/3 I.
ПРИМЕЧАНИЕ Для расчета а:
- необходимо определить статическую нагрузку на колесо. Она зависит от типа подвижного
состава, выбранного для отсчетной конфигурации;
- необходимо выбрать радиус кривизны железнодорожной колеи (например, 0,3 м для нового
рельса).
Каждый уровень мощности (расчет жесткости на единицу площади) по октавной
полосе с частотой 1/3 i взвешивается в соответствии со следующим соотношением:
LWi  LWu ,c ,i  Ci  Ri  H i
где
LWu ci -средняя мощность для жесткости на единицу площади (1 м), в дБ (lin);
Ci - нагружение типа А, в дБ;
Ri - уровень жесткости, в дБ (см. 1 м);
Hi - контактный фильтр, в дБ.
E.2.7 Расчеты критериев приемки для акустической оценки колеса
См. раздел 8.4 настоящего стандарта.
- Gs Tref выражен в виде единого индекса;
- Gis.Tref, выражен в виде октавной полосы с частотой 1/3;
- GW, выражен в виде единого индекса.
E.2.8 Дополнительные расчеты
Влияние износа поверхности качения: расчеты производятся для нового профиля
колеса. Они также могут быть выполнены с изношенным на 50% и 100% кругом качения.
Сравнение оптимизированного и стандартного образца колеса, а затем расчеты для двух
типов колес с 50% до 100% износом поверхности качения.
26
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
E.3 Методика измерения в эксплуатационных условиях
E.3.1 Цель и предварительное замечание
Дополнительной целью является в ходе измерений во время эксплуатационного
испытания выявить влияние колеса на общий шум. Предполагается3), что колесо является
преобладающим источником шума между 1/3 октавной полосы на уровне 1600 Гц - 5 000
Гц. Таким образом, шум колеса можно оценить по общей мощности как звук, излучаемый
1/3 октавной полосы на уровне 1600 Гц - 5 000 Гц (LW1600 5000).
Основным источником помехи является железнодорожный путь в этом диапазоне
частот. Для стандартного рельсового пути, эта помеха неприемлема, но она может быть
значительно снижена, если для оценки колеса используется железнодорожный путь с
низким уровнем шума.
Таким образом, дополнительная процедура помогает определить вклад колеса в
окружающий шум.
E.3.2 Рекомендации для условий эксплуатации
«Условия эксплуатации» должны быть такими же, как для оптимизированного, так и
для стандартного образца колеса. Они должны быть тщательно подобраны, чтобы
ограничить погрешности в измерениях. Этот подраздел содержит рекомендации для:
- состава поезда при испытании;
- жесткости колес и рельсов.
- подбора места для проведения испытания.
E.3.2.1 Подвижной состав
Контролируемое колесо, должно быть установлено на том же поезде как эталонное
колесо (рисунок Е.1). Следующие рекомендации должны быть приняты во внимание:
- оптимизированы и установлены эталонные колеса на испытательном поезде. Если
оптимизированные колеса будут очень тихими, то необходимо использовать резервный
вагон с оптимизированными колесами;
- измерения излучаемого шума осуществляется в тех же эксплуатационных условиях
(с одинаковой скоростью, одинаковые климатические условия и то же измерительное
оборудование);
- вагоны, используемые для оценки колеса должны быть как можно дальше для того,
чтобы уменьшить шум от соседних колесных пар;
- резервный вагон должен быть вставлен между локомотивом и первыми
оцениваемыми колесами (эталонные колеса) для того, чтобы ограничить шум от
локомотива.
Рекомендуется уделять особое внимание:
- отсутствию шума в результате наличия надстроек;
- отсутствию аэродинамических шумов.
была упрощена для конкретных требований испытания для технического одобрения.
".
27
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Условные обозначения
1 Тест 1
2 Тест 2
3 Тест 3
4 Тест 4
5 Резервный вагон
6 Локомотив
7 Резервные колеса
8 Эталонные колеса
9 Оптимизированные и резервные колеса
10 Оптимизированные колеса
11 Тестируемые колеса
Рисунок E.1 – Рекомендации к составам поездов
E.3.2.2 Жесткость колес и рельсов
Жесткость колес-рельсов в измерительной секции должна быть одинаковой для
эталонных и оптимизированных колес, с тем, чтобы обеспечить одновременное сравнение
двух типов колес. Одним из способов достижения этого результата (рисунок E.2) является
использование колес с низкой жесткостью по сравнению с рельсом из измерительной
секцией (с разницей не менее 10 дБ для каждой октавы).
Кроме того, спектр жесткости (в диапазоне длины волны) должен быть обычным,
насколько это возможно (т.е. отсутствие выраженной спектральной линии, которая может
воздействовать на определенный режим колеса).
После того, как жесткость колеса была измерена и во время подтверждения
измерений, тормозная система должна быть отсоединена, если колеса контролируются
колодочными тормозами. Таким образом, жесткость колес не будет изменяться во время
испытаний.
28
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Условные обозначения
1 «Низкая» жесткость колес
2 «Высокая» жесткость рельсов
3 «Высокая» жесткость рельсов в зоне измерения
4 Зона измерения (10 м -15 м)
5 Микрофоны расположены на расстоянии 3 метра от ближайшего рельса
6 Колесо подлежащее приемке
Рисунок E.2 – «Идеальная» жесткость для процедуры измерения
Рекомендации по жесткости колес и рельсов приведены в таблице Е.1:
Таблица E.1
Рекомендации
- низкая жесткость колеса.
-высокая жесткость рельса в зоне
измерения.
- отсутствие выраженной спектральной
линии в сочетании спектра жесткости
колеса / рельса
- отключение тормозной системы во время
измерений (при наличии колодочных
тормозов на колесах)
Комментарии
- гарантируется, что жесткость рельса
превышает (по крайней мере, на 10 дБ)
жесткость колеса
- во время испытания жесткость колеса
должна оставаться примерно на 10 дБ
меньше, чем у рельса
29
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
E.3.2.3 Выбор полигона
Помимо критериев жесткости железнодорожных рельсов, следующие рекомендации
имеют отношение к выбору места (таблица E. 2):
Таблица E.2
Рекомендации
Комментарии
- идеальная прямая (без кривых вблизи зоны - зона контакта между колесом и рельсом
измерения).
должно оставаться постоянной вдоль зоны
измерения
- отсутствие препятствий для наружного
- чтобы избежать акустических отражений о
распространения акустики (туннели, мосты, землю
здания, ...), недалеко от места проведения
испытания (условия, обеспечивающие
свободное поле)
- узкая контактная зона на головке рельса - ограничить воздействие от жесткости
рельса
E.3.3 Методика измерения
E.3.3.1 Измерение шероховатости поверхности
Шероховатость колес и рельсов должна быть измерена, чтобы проверить, что
шероховатость колеса на самом деле меньше, чем у рельса (желательно, чтобы разница,
превышала на 10 дБ каждую 1/3 октавную полосу частот в диапазоне оговариваемой
частоты). Измерение шероховатости колеса следует проводить до и после полигонного
испытания. Цель состоит в том, чтобы получить спектр октавы с частотой 1/3. Должен быть
покрыт диапазон частот 1/3 между 100 Гц и 5 000 Гц. Этот диапазон соответствует
примерно длине волны от 20 см до 1 см (для скоростей качения от 60 км / ч до 200 км / ч).
Измерение шероховатости железнодорожных рельсов должно проводиться с учетом
того, что:
- длина измеряемой зоны равна 10 м, по центру измерительного участка;
- требуется достаточное количество параллельных измерительных линий:
- если зона контакта на головке рельса достаточно узкая (ширина <1,5 см), то
требуется одна линия по центру зоны контакта;
- если ширина больше 1,5 см, измерение должно осуществляться на 2 параллельных
линиях;
- между линиями должен быть зазор в 5 мм.
Измерение шероховатости колеса должно осуществляться с учетом того, что:
- измерение длины связано с 3 полными вращениями колеса;
- требуются, по крайней мере, 4 параллельные линии измерения с центром в зоне
контакта колеса;
- должен быть зазор около 5 мм между линиями, чтобы покрыть хотя бы зону контакта
± 7,5 мм.
E.3.3.2 Измерение на перегоне железной дороги
Измерительное оборудование должно быть расположено в середине измерительной
зоны. Оно включает в себя:
- вертикальный акселерометр на рельсах, в середине пролета (под подошвой рельса,
ниже шейки рельса);
- боковой акселерометр на головке рельса, в середине пролета;
30
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- три микрофона по 3 м по железнодорожной оси (A, B, C, см. рисунок E.3 для позиций
микрофонов). Излучаемая мощность оценивается с помощью этих микрофонов.
Условные обозначения
1 Зона размещения железнодорожной колеи
2 железнодорожная колея
3 Земля
4 Центральная железнодорожная линия
5 Центральная линия железнодорожной колеи
Рисунок E.3 – Позиционное размещение микрофонов
Вибрационные и шумовые данные должны быть проанализированы, чтобы
представить средний уровень в течение периода, соответствующего движению поезда с
удвоенной длиной на половину эталонного вагона, так чтобы весь шум/вибрация, связанная
с основной колесной парой и тележкой были, безусловно, учтены.
Два боковых акселерометра могут быть имплантированы по желанию (в середине
зоны измерения) на рельсах (один на шпале, один в середине пролета).
E.3.3.3 Бортовые измерения
Уровни осевых и радиальных вибрации имеют важное значение для точной оценки
колеса (в частности, для колес с очень низким шумом, для которых эмиссия шума
железнодорожного пути является основным источником). Однако эта информация не
является необходимой для окончательной акустической сертификации колеса, которая
принимает во внимание только общий шум, исходящий от железнодорожного пути и
колеса.
E.3.3.4 Дополнительные измерения
Проверка эталона железнодорожного пути:
31
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
- соответствие динамических характеристик пути проверяемым образцом. Основными
причинами несоответствия являются:
- жесткость железнодорожных путей может меняться со временем;
- статическая предварительная нагрузка, применяемая системой крепления может
быть неправильной;
- динамическая жесткость рельса зависит в значительной мере от температуры;
- самый простой способ проверки стандартного образца железнодорожного пути
заключается в измерении вертикального ускорения рельса в середине пролета и сравнении
его с эталонным вертикальным ускорением.
Климатические условия:
- они могут повлиять на акустические измерения. Поэтому необходимо применить
климатические условия в соответствии с ISO 3095.
E.3.4 Анализ результатов
Все измерения (звукового давления, вибрации, шероховатости) должны быть
проанализированы в 1/3 октавной полосе частот (по крайней мере, в диапозоне 200 Гц - 5
000 Гц 1/3 октавной полосы частот).
E.3.4.1 Анализ шероховатости
Шероховатость колеса и железнодорожных рельсов анализируются отдельно.
Следующие меры предосторожности должны быть предприняты при применении спектра
возбуждения:
- точечная коррозия: датчик шероховатости имеет гораздо меньший радиус кривизны,
чем датчик у колес и, следовательно, способен обнаружить небольшие следы на колесе или
поверхности рельса, которые не будут видны на контакте колесо-рельс. Эти следы должны
быть исключены из анализа путем имитации эффекта датчика шероховатости с радиусом
кривизны, равным колесу;
- различные окна могут быть использованы: единое окно, 10% косинусоидальные
 2
2t  
1  cos
 ;
3
T



окна, окна с амплитудой в квадрате между 0 и Т 1 
- фильтрация: фильтр предназначен для устранения длинных волн (которые
генерируют очень высокие амплитуды) и короткие длины волн (фильтр сглаживания);
- преобразование в реальную частоту: БПФ производит узкий спектр жесткости в
(1/длина волны) диапазоне. Этот спектр должен быть преобразован в диапазоне частот в
соответствии с уравнением f = V / λ
где
V -скорость вращения (м/с);
λ - длина волны (м).
Шероховатость колес и железнодорожных рельсов затем интегрируется с 1/3
октавной полосой:
- при измерении нескольких параллельных линий, необходимо вычислить среднее
значение. Параллельные линии предполагаются некогерентного;
- суммарная жесткость: общее возбуждение жесткости R соответствует сумме спектра
шероховатости колес и железнодорожных рельсов (SW и SR) добавленных в аспекте энергии:
R = 10.lg (SW + SR)
32
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
E.3.4.2 Уровень звукового давления и уровни вибрации рельсов
Данные о шуме и вибрации анализируются, чтобы представить средний уровень в
течение периода, соответствующего движению поезда на удвоенной длине половины
вагона.
Уровни звукового давления в 3 метрах от рельсов, LPA, LPB, LPC указаны в 1/3 октавной
полосы, дБ (А). Исходящий уровень звукового давления LPABC соответствует
средневзвешенному значению этих трех уровней звукового давления, учитывая следующие
соотношения:
LPA
LPB
LPC

10
10

 10  lg  0,4 10  0,2  10  0,4 10 10

LPABC




Этот акустический спектр (на 1/3 октавной полосы) пропорционален мощности звука.
Уровни вибрации рельсов выражены с учетом уровней скорости:
 V~ 2 
LV  10  lg  2 
 V0 
где
V2 – это квадрат скорости;
V0 – 1 м/сек.
Рекомендуется проведение нескольких измерений LPABC и LV (по крайней мере, 4) для
расчета средних значений. Стандартное отклонение не должно превышать ± 1 дБ.
E.3.4.3 Расчет приемочных критериев
Оптимизированное колесо оценивается первоначально на 1/3 октавной полосы
(акустическое усиление Gs.Tref находится напротив стандартного образца колеса для каждой
1/3 октавной полосы):
Gs ,Tref  LPABC referencewheel  LPABCoptimizedwheel
i
i
Единый индекс Gs,Tref следует рассчитывать для спектра стандартного образца
шероховатости. Таким образом, требуется коррекция 1/3 октавного уровня.
Существует два метода:
Метод 1:
Все 1/3 октавные спектры сначала корректируется на основе уровней шероховатости
колес/железнодорожных рельсов, измеренных на месте тестирования и по спектру
стандартного образца шероховатости. Например, для уровня шума, коррекция выглядит
следующим образом:
LPABCcorrected  LiPABC  RMi  RRi
i
где
RMi - уровень шероховатости колес/рельсов в диапазоне частоты 1/3 активной полосы
i , измеряемой на месте проведения тестирования;
RRi - является спектром эталонной шероховатости подвижного состава;
LiPABC - средний уровень давления (дБА), измеряется на месте тестирования.
Расчет общего акустического уровня LG, соответствующего 1/3 октавного спектра
i
LPABCcorrected :
i


LG  10  lg  10 LPABC ,corrected /10 
 i

33
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
где
i – представляет 1/3 октавной полосы.
Индекс Gs,Tref получают путем:
Gs ,Tref  ( LG ) referencewheel  ( LG )optimizedwheel
Этот метод может привести к ошибкам измерений, связанным с измерением
шероховатости.
Метод 2:
Предполагается, что уровень шума
i
LPABCreferenceroughness
(на 1/3 октавной полосы)
стандартного образца колеса на эталонном пути определяется спектром стандартного
образца шероховатости. Это может быть получено путем применения способа один раз и
только однажды.
Весь измерения 1/3 октавной частоты корректируются в соответствии с этим эталоном
спектра шума
i
LPABCreferenceroughness
и измеренного спектра
i
LPABCmeasured ,
опорного
колеса на эталонном рельсовом пути. При определении эталонной шероховатости,
применяются следующие корректировки:
C i  LPABCreferenceroughness  LPABCmeasured
i
i
и в методе 1 Gs,Tref заменяется:
LPABCcorrected  LiPABC  C i
i
Эти два последних соотношения затем используются для определения индекса Gs,Tref
34
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Приложение F
(справочное)
Значения аэродинамического торможения при эксплуатационной
совместимости
Потребляемая мощность при аэродинамическом торможении представлена в
следующем уравнении:
Pa = m x g x va x a
В течение времени ta,
где
Символ
m
g
a
ta
Va
Описание
Единица измерения Значение
масса на железнодорожный Кг
путь от одного колеса
ускорение свободного
м/с2
падения
средний уклон пути
Откос в %o
время (продолжительность
теста)
Скорость движения
9,80665 м/с2
21 %о a
С
45 мин a
м/с
60 км/ч a
Значения, основанные на уклоне Санкт-Готард (эталон наклона при эксплуатационной
совместимости).
a
35
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Библиография
[1] Отчет ERRI
B169 RP3
Thermal limits of wheels and brake shoes. Research of fracture thresholds
(Тепловые пределы колес и тормозных колодок. Исследование порогов
разрушения. Октябрь 1991)
[2] Отчет ERRI
Definition of the technical requirements of wheels. Mechanical design.
B169 RP9
Fatigue behaviour (Определение технических требований для колес.
Механический дизайн. Характеристики выносливости. Ноябрь 1997
года).
[3] Отчет ERRI
Definition of the technical requirements of wheels. Mechanical design
B169 RP10
assessment (Определение технических требований для колес. Оценка
механического дизайна. Январь 1999 года).
[4] Отчет ERRI
Definition of the technical requirements of wheels. Thermomechanical
B169 RP11
design. Behaviour to radial fracture (Определение технических
требований для колес. Термомеханический дизайн. Поведение при
радиальных трещинах. Август 1998).
[5] Отчет ERRI
Representative matrix for the assessment by rig test of the fatigue damage
B169 RP12
of a railway component (Типовая матрица оценки по критерию путем
стендового испытания повреждений железнодорожных компонентов в
результате усталости. Октябрь 1997 года).
[6] Determination of procedures to qualify the acoustical design of wheels", VIBRATEC report
ref. 072.038.RF.05.C for the account of the C163 ERRI Committee (Определение процедур для
классификации акустического дизайна колес», отчет VIBRATEC № 072.038.RF.05.C от
имени C163 Комитета ERRI- февраль 1996 года).
[7] Railway rolling noise: assessment of optimized wheels and track components by means of field
measurements - OF WHAT PROJECT", SNCF / MTED2 study RH96005/96 D2-27; VIBRATEC
study ref. 072.032b for the account of the C163 ERRI Committee (Шум, исходящий от
железнодорожных подвижных составов: оценка оптимизированных колес и деталей рельсов
посредством эксплуатационных измерений - проект OF WHAT PROJECT», SNCF / MTED2
исследование RH96005/96 D2-27; VIBRATEC исследование № 072.032b от имени C163
Комитета ERRI - 1996 год).
[8] Railway rolling noise - Validation of the TWINS model", VIBRATEC study ref. 072.021 TNOTPD study ref. 326.019, for the account of the C163 ERRI Committee (Шум от железнодорожных
подвижных составов - Тестирование с использованием модели TWINS», исследование
VIBRATEC ссылка 072,021 исследование TNO-TPD ссылка 326,019, от имени Комитета ERRI
C163 - Ноябрь 1993 года).
[9] Railway noise reduction - Specification of optimized track components", VIBRATEC study ref.
072.018; TNO - TPD study ref. 427.021 for the account of C163 ERRI Committee (Снижение шума
на железных дорогах - Спецификация оптимизированных рельсовых компонентов»,
VIBRATEC исследование ссылка 072.018; исследование ТНО - TPD ссылка 427.021 за счет
комитета C163 ERRI – Июнь 1994 года).
[10] Improvement of ballast and sleeper description in TWINS - Step 2: Development and
implementation of theoretical models", TNO report TPD - HAG - RPT – 960108 (Улучшение
балансирных качеств и описание шпал с применением модели TWINS - Шаг 2: Разработка и
внедрение теоретических моделей», доклад TNO ТПР - HAG - ОФП - 960108 - Октябрь 1996
года).
[11] TWINS theoretical manual" version 2.3 - Theoretical manual (TWINS теоретическое
руководство» версия 2.3 – Теоретическое руководство - январь 1996).
36
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
[12] ISО 3095
УДК 629.4.023.2
45.060.01
Railway applications – Acoustics – Measurement of noise emitted by
railbound vehicles (Железнодорожный транспорт - Акустика Измерение шума, производимого железнодорожными средствами).
МКС
45.040;
37
СТ РК EN 13979-1 ____
(проект, редакция 2)
Ключевые слова: железнодорожный транспорт, колесные блоки, моноблочные колеса,
метод измерения шума.
РАЗРАБОТЧИКИ
РГП «Казахстанский институт стандартизации и сертификации»
Генеральный директор
Шаккалиев А.А.
АО «Казахская академия транспорта и коммуникаций им. М.Тынышбаева»
Исполнительный директор по научной
работе и сотрудничеству
Сатова Р.К.
Заведующий кафедрой «Вагоны»
Адильханов Е.Г.
38