О рессорном подвешивании тележек с осевой нагрузкой 23.5тс

Тезисы доклада
«О рессорном подвешивании тележек с осевой нагрузкой 23,5 тс»
Комплект пружин центрального рессорного подвешивания тележек двухосных
трехэлементных для грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 тс, расположенный в
центральном проеме боковой рамы, состоит из семи пар сдвоенных винтовых
пружин: наружной (100.30.002-0) и внутренней (100.30.004-0) равной высоты по
номинальным размерам и статическим прогибом под нагрузкой брутто вагона 48 мм
(по чертежам пружин).
Принято считать, что характеристика жесткости такого рессорного
подвешивания является линейной и из этого условия проводят оценку прочности
пружин и запасы по динамическому прогибу. Но условия сборки рессорного
подвешивания и допуски содержания рессорного подвешивания тележек в
эксплуатации вносят изменения по высоте набора пружин под нагрузкой (разницей
высот парных пружин пренебрегаем – они подбираются при сборке). Во-первых: по
условиям сборки рессорного комплекта пружины под два клина должны быть по
высоте в свободном состоянии выше остальных пяти сдвоенных пар пружин под
надрессорную балку до 4 мм, а сами клинья по опорной поверхности под пружины
должны иметь занижение относительно опорной поверхности под пружины
надрессорной балки от 4 до 12 мм. Во-вторых: в эксплуатации вследствие износа
контактирующих поверхностей клиньев как фрикционных гасителей колебаний
допускается завышение опорных поверхностей клиньев относительно опорной
поверхности надрессорной балки до 6 мм. И только в отдельный промежуток
эксплуатации вагона при отсутствии завышения-занижения клиньев и при равенстве
высот всех пружин в свободном состоянии реализуется чисто линейная
характеристика жесткости рессорного комплекта с равномерным распределении
нагрузок по пружинам (см. рис.1).
Особые условия сборки подклиновых пружин определило минимальное
значение запаса по прогибу 32,5 мм до полного сжатия витков внутренней пружины,
что приводит к уменьшению коэффициента конструкционного запаса прогиба до 1,6
и к перегрузу пружин клиньев на 23,5 % относительно номинального значения. В
процессе эксплуатации перегруз этих пружин уменьшается и заменяется на перегруз
пружин надрессорной балки, но всего на 4,5 %.
«Общими техническими требованиями к грузовым вагонам нового поколения»
МПС РФ 2001 г. был рекомендован статический прогиб под тарой вагона 18 мм, а
требованиями ГОСТ 9246-2004 под тарой вагона 24,5 т был установлен статический
прогиб не менее 11-17 мм для вагонов с осевой нагрузкой 23,5-25 тс. К сожалению, в
указанном ГОСТе статический прогиб проверялся
расчетами и только при
периодических испытаниях, а испытания для целей подтверждения соответствия
этого параметра не были предусмотрены. В результате парк грузовых вагонов
продолжает пополняться
тележками с рессорным подвешиванием, не
обеспечивающим требования Норм по коэффициенту конструкционного запаса по
прогибу, с перегрузкой пружин и недопустимо малым статическим прогибом под
тарой вагонов. Более того, этот негативный процесс был не только узаконен, но и
расширен на новые грузовые вагоны с осевой нагрузкой 25 тс указанием величины
минимального статического прогиба под вагоном минимальной массы 8 мм в
«новом» ГОСТ 9246-2013.
Для обеспечения повышенных значений статического прогиба под тарой вагона
требуется билинейная характеристика жесткости рессорного подвешивания, чтобы
уложиться в действующее ограничение не более 55 мм по разнице статических
прогибов от тары до брутто вагона. На рис. 4 приведена расчетная характеристика
жесткости модернизированного рессорного подвешивания, состоящего из трех типов
пружин. Общей для всех парных пружин принята внутренняя пружина из прутка
диаметром 20 мм марки 60С2ХА, наружная подклиновая пружина из прутка
диаметром 30 мм марки 60С2ХА равной высоты с внутренней пружиной и наружная
пружина надрессорной балки из прутка диаметром 29 мм марки 55С2 с уменьшенной
высотой. Занижение клиньев при сборке принято до 7 мм, а завышение клиньев в
эксплуатации сохранено до 6 мм. Под тарой полувагона статический расчетный
прогиб принят 18 мм, под брутто вагонов принят действующий расчетный прогиб
48,6 мм.
Сравнительным расчетом коэффициентов относительного трения в рессорном
подвешивании серийного исполнения под тарой полувагона по номинальным
размерам при отсутствии занижения-завышения клина и при завышении клина
получено уменьшение коэффициента от 0,068 до 0,036, что не удовлетворяет
требованиям НД. В модернизированном рессорном комплекте в этих условиях
коэффициент относительного трения уменьшился от 0,136 до 0,115, что соответствует
требованиям НД. Под брутто полувагона коэффициент относительного трения
уменьшился: в серийном исполнении от 0,068 до 0,062 (не соответствует НД), а в
модернизированном исполнении от 0,087 до 0,081 соответственно (соответствует
НД). Положительные результаты по модернизированному рессорному комплекту
достигнуты за счет разделения проектных пар пружин по их условиям сборки и
работы.
Сравнительными расчетами параметров рессорных комплектов в поперечном
направлении под тарой полувагона показано существенное уменьшение поперечной
жесткости модернизированного рессорного комплекта 1561,7 Н/мм (или 25,1 мм
длины эквивалентного маятника по нагрузке на рессорный комплект) относительно
поперечной жесткости серийного комплекта 4235,0 Н/мм (или 9,3 мм длины
эквивалентного маятника). Под брутто полувагона поперечная жесткость рессорных
комплектов практически эквивалентна их вертикальной жесткости.
Выводы и предложения:
1. Используемый рессорный комплект тележек двухосных трехэлементных для
грузовых вагонов с осевой нагрузкой 23,5 тс не обеспечивает требования
нормативных документов по коэффициенту конструкционного запаса по прогибу,
приводит к перегрузке пружин, имеет недопустимо малый статический прогиб и
высокую поперечную жесткость под тарой вагонов.
2. Запланировать рассмотрение в Подкомитете по вагоностроению НП «ОПЖТ»
предложений по доложенной работе совместно с работой по Протоколу № 12 от
18.11.2015 г. (г. Белорецк):
- о реализации проекта рессорного комплекта с билинейной характеристикой
жесткости для тележек типа 18-100;
- о разработке проекта ГОСТ по методике расчета пружин рессорного комплекта
тележек грузовых вагонов на прочность при комбинированных нагрузках.
Приложение: рисунки 1 и 4 расчета.
Зам. заведующего отделением ОАО «ВНИКТИ»
Ю.В. Мещерин