ГОСТ 34093-2017
Вагоны пассажирские локомотивной тяги. Требования к прочности и динамическим качествам

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ СОВЕТ ПО СТАНДАРТИЗАЦИИ, МЕТРОЛОГИИ И СЕРТИФИКАЦИИ

(МГС)

INTERSTATE COUNCIL FOR STANDARDIZATION, METROLOGY AND CERTIFICATION

(ISC)

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ

СТАНДАРТ

ВАГОНЫ ПАССАЖИРСКИЕ ЛОКОМОТИВНОЙ ТЯГИ

Требования к прочности и динамическим качествам

Предисловие

Цели, основные принципы и основной порядок проведения работ по межгосударственной стандартизации установлены в ГОСТ 1.0-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Основные положения» и ГОСТ 1.2-2015 «Межгосударственная система стандартизации. Стандарты межгосударственные. правила и рекомендации по межгосударственной стандартизации. Порядок разработки, принятия. обновления и отмены»

Сведения о стандарте

1    РАЗРАБОТАН Закрытым акционерным обществом Научной организацией «Тверской институт вагоностроения» (ЗАО НО «ТИВ»)

2    ВНЕСЕН Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 524 «Железнодорожный транспорт»

3    ПРИНЯТ Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 20 апреля 2017 г. Ne 98-П)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны поМК(ИС0 3166) 004-97 Код страны no MK <ИСО 3166) 004—97 Сокращенное наименование национального органа по стандартизации Армения AM Минэкономики Республики Армения Беларусь BY Госстандарт Республики Беларусь Казахстан KZ Госстандарт Республики Казахстан Киргизия KG Кыргызстандарт Россия RU Росстандарт Украина UA Минэкономразвития Украины

4    Приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 13 июня 2017 г. № 537-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 34093-2017 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 января 2018 г.

5    ВВЕДЕН ВПЕРВЫЕ

Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для соблюдения требований Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 001/2011 «О безопасности железнодорожного подвижного состава»

Информация об изменениях к настоящему стандарту публикуется в ежегодном информационном указателе «Национальные стандарты» (по состоянию на 1 января текущего года), а текст изменений и поправок — в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». В случае пересмотра (замены) или отмены настоящего стандарта соответствующее уведомление будет опубликовано в ежемесячном информационном указателе «Национальные стандарты». Соответствующая информация, уведомление и тексты размещаются также в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет(мм gost ги)

© Стандартинформ. 2017

В Российской Федерации настоящий стандарт не может быть полностью или частично воспроизведен. тиражирован и распространен в качестве официального издания без разрешения Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии

II

ГОСТ 34093-2017

изменяться и дополняться в зависимости от схем перемещения кузова по эксплуатационным документам. Расчет на ремонтные нагрузки должен подтвердить отсутствие остаточных деформаций и потери устойчивости несущих элементов (должны выполняться требования I режима). Указанные расчеты проводят только в том случае, если это прямо указано в техническом задании на проектирование.

6.13    При использовании в кузове предварительного натяжения во все режимы добавляют расчетные напряжения от него.

6.14    При расчете нижних полок принимают возможность сидения 3 пассажиров весом 1 кН каждый. Для верхних полок, кронштейнов и элементов их крепления расчетную силу принимают равной

1,5 кН. приложенной наиболее невыгодным способом. Для багажной полки принимают расчетную погонную нагрузку 1.5 кН/м.

6.14.1    Для крепления кресел и диванов необходимо предусматривать конструкцию, исключающую местное разрушение элементов пола (например - фанерной плиты) в зонах болтовых соединений опор кресел и диванов и пола вагона при нагрузках, приведенных в таблице 6.2.

6.15    Ветровую нагрузку, действующую на кузов и тележку с интенсивностью 0,5 кН/м² на площадь вертикальной проекции кузова и тележек, учитывают только при расчетах на устойчивость от опрокидывания. Прикладывают ветровую нагрузку в центрах площадей боковой проекции кузова и тележек.

Примечание - При наличии обоснования допускается снижение ветровой нагрузки, но не более, чем на 30 % (например, для плавно скругленной крыши, высотой более 1 м)

6.16    Нагрузки, действующие на тележки, не определяются полностью внешними силами, приложенными к вагону. Для определения внешних сил находят реакции между кузовом и тележхами, колесными парами и рельсами. При действии боковых нагрузок следует учитывать изменение геометрии взаимного расположения масс. При этом учет изменчивости геометрии достаточно учитывать, задаваясь перемещениями в виде:

= "* -\(v²y ⁺ <P*)* + (-<Pz + ^Фх<Ру )у+ (ф_у +-ФхФг У. и^у =^+(ф_/+-ф_хФ_у]х--(ф2₊ф2)уч-(-ф_х+^ф_уф_/|г.    (6.9)

и¹ =^+^-ф_у+-ф_хф_/)х + (ф_х+^ф_у^)у-^(ф2₊ф5)2.

где и_х, и_у, u_z — поступательные. <р_х, «jy <р_г — вращательные перемещения в лагранжевой системе координат.

6.16.1    Основное сочетание нагрузок включает в себя:

а)    наибольшую вертикальную статическую нагрузку, допускаемую колесными парами;

б)    вертикальную динамическую нагрузку при конструкционной скорости, определяемую по формулам (6.1) —(6.5);

в)    кососимметричную нагрузку, возникающую при наезде на кососимметричную неровность. Эти усилия учитывают только в тех случаях, если конструкция рамы тележки такова, что она может воспринимать кососимметричные усилия. Величину этих усилий определяют по деформируемой расчетной схеме рамы тележки, буксовым рессорным комплектам которой в .шахматном" порядке сообщены вертикальные перемещения z_tc, определяемые по эмпирической формуле:

4, Ь

= з^,т (ем).    (6.10)

где 2/_т — база тележки в м;

2b — поперечное расстояние между центрами буксовых пружин;

2S — расстояние между кругами катания колес.

Расчет по формуле 6.10 допускается заменить силовым расчетом «в запас» на кососимметрическую нагрузку:

^с*^Сб^гкс.    (6 11)

где С_б — жесткость буксовых пружин одной буксы.

Примечание - Если результаты расчета рамы тележки с применением формулы (6 11) удовлетворяют требованиям прочности, то расчет по формуле (6.10). не производят

9

г) центробежные силы, действующие на кузов и приложенные в его ц.т. и центробежные силы об-рессоренных частей тележки, принимают в соответствии с 6.3.7.

При определении реакций между упруго связанными элементами тележки и реакций кузова на скользунах в предварительных расчетах расстояние от ц. т. кузова до уровня осей колесной пары принимают равным 1.65 м (для двухэтажных вагонов 2.6 м). а ц.т. тележки - на уровне осей колесных пар. При определении реакций необходимо учитывать деформации упругих элементов подвешивания, взаимные перемещения его кинематических элементов и опорных устройств по формулам (6.9), фактическую развеску вагона, наличие зазоров

Примечание - При определении ц т двухэтажного вагона принимается наихудший вариант первый этаж вагона без пассажиров, а второй населен полностью (однако, вертикальная нагрузка брутто вычисляется для полностью заселенного вагона, если иное не предусмотрено техническим заданием)

д)    горизонтальные силы трения на скользунах при вписывании в кривую при коэффициенте трения между ними ц = 0.2;

е)    усилия, передающиеся на раму от сил трения между колесами и рельсами при вписывании в кривую, при коэффициенте трения ц = 0,25;

нф усилия, передающиеся на раму от сил инерции при торможении, и) усилия от сил тормозной системы при торможении.

6.16.2 Кроме основного сочетания нагрузок, прочность рамы проверяют по трем дополнительным режимам нагружения, в криволинейных участках пути радиусом R = 250 м:

а) одновременное действие силы тяжести, умноженной на (1 + к_дв). Коэффициент вертикальной динамики определяют по (6.2), (6.3) исходя из допустимой скорости (и), зависящей от допустимой величины непогашенного ускорения (а_н):

м=

где h_H — возвышение наружного рельса;

2S — расстояние между кругами катания колес;

0,7 м/с^?для и £ 160 км/ч,

0,6 м/с^?для 160<    200    км/ч.

б) дополнительной вертикальной силы Р_г. приложенной к опорным скользунам:

Р-дДОL.    (6.13)

Q>p

где N— продольная расчетная сила;

h_a — расстояние от ц. т. загруженного кузова до оси сцепного устройства;

L — база вагона;

О_х — брутто кузова;

— брутто вагона.

в) горизонтальной силы Р_у, приложенной поперек оси пути на уровне плоскости рамы:

P,=°.l(^-",0^) ₊ P_N.    (614)

где О_гп — вес колесной пары с буксами; л_т — число осей в тележке;

P_N — боковая сила взаимодействия между вагонами в кривых:

1) при действии растягивающих сил:

Pn    (6.15)

где Н— горизонтальная поперечная сила, действующая на пятник;

L_c — длина вагона по осям сцепления.

2) при действии сжимающих сил:

ГОСТ 34093-2017

Pn

"Lc N

1-

N.

— ^L \ aL ⁺ 2RL_ac )

(6.16)

кр

где L_ac— расстояние между опорными плитами сцепного устройства: L_ac = L_c - 2а.

а — длина корпуса сцепного устройства (дпя корпуса автосцепки по ГОСТ 3475 принимают а = 1 м); б — возможное боковое перемещение шкворневого сечения кузова вагона за счет зазоров колесной пары в рельсовой колее и зазоров в буксах и пятниках (обычно 6 = 45 мм);

Чр ~ критическая сила сжатия состава, приводящая к перекосу кузова вагона:

=    ,    (6.17)

Ч*-ас

где Cpj- — суммарная горизонтальная жесткость всех рессор тележки, вычисляемая в соответствии с рекомендациями раздела 11. г) направленная вдоль оси пути сила Р_х инерции массы тележки.

Параметры и определяющие формулы для дополнительных режимов приведены в таблице 6.3.

Таблица 63 - Параметры дополнительных режимов

Режим N. МН \». м/с. для км Ускорения для Р,, д Величина PN 'л 1.5 15 3 (6 11) К 1.0 по (6 8) 1.2 (611) ш- -1.0 1.2 (6 12)

6.17 В отдельных случаях в техническом задании могут быть предусмотрены дополнительные специфические требования к нагрузкам.

6.17.1    Дпя почтовых, багажных и специальных вагонов учитывают силы, возникающие при работе машин и механизмов, установленных на вагоне или предусмотренных техническим заданием для погрузки и выгрузки вагона.

6.17.2    Вагоны, предназначенные для перевозки на паромах, проверяют на прочность по двум режимам. в которых, помимо силы тяжести, учитывают силы инерции от ускорений:

а)    продольный (килевой) крен до 10°:

а_х = 0.2д. а_г = Ig;

б)    боковой крен до 30°:

a_y=^ff. a_z - 0,5g.

На указанные нагрузки рассчитывают сами вагоны, а также приспособления для закрепления их на паромах. Оценка НДС при этом производится, исходя из требований I режима.

6.17.3    Вагоны, предназначенные для эксплуатации на международных линиях, рассчитывают на силы взаимодействия с подвижным составом, оборудованным буферами. Величины сил и допускаемых напряжений устанавливаются в техническом задании.

7 Оцениваемые параметры для статических и динамических расчетов

7.1    Несущую способность вагонных конструкций оценивают расчетным путем применительно к сочетаниям нагрузок, перечисленным в разделе 6.

7.2    Расчеты напряжений и деформаций производят в упругой области, если не оговорено иное (например, дпя жертвенных элементов крэш-систем).

7.3    Оценку несущей способности элементов конструкций выполняют по критериям, которые наиболее характерны для условий работы данного элемента.

7.3.1    Оценку элементов кузовов производят по допускаемым напряжениям и запасам устойчивости тонкостенных элементов.

7.3.2    Оценку элементов ходовых частей и отдельных элементов рам вагонов производят по допускаемым напряжениям и коэффициентам запаса сопротивления усталости.

7.3.3    Оценку пружин рессорного подвешивания производят по допускаемым напряжениям, по допускаемым деформациям и коэффициентам запаса сопротивления усталости.

11

ГОСТ 34093-2017

7.4 В случае сложного НДС для изотропных материалов прочность оценивают по эквивалентным напряжениям о_э.

7.4.1 В случае материалов одинаково сопротивляющихся растяжению-сжатию:

°э = ^С| " °2)2 + ^°2 ” °3 ^ + (°3 " 01 )*] •    (71)

где О/, /=1,2,3 — главные напряжения; о,, хtJ, i.j = х. у, г — напряжения в исходных осях.

7.4.2 Для материалов, неодинаково сопротивляющихся растяжению (Од) - сжатию (og), используют критерий Мора:

о_э = о, - х<т₃. X = — •    (^7    3)

°о

|о. - для пластичных материалов. о_в - для хрупких материалов.

7.5    Прочность конструкций из анизотропных материалов (древесина, полимеры) подтверждают путем сравнения напряжений, действующих вдоль осей анизотропии с допускаемыми.

7.6    Допускаемые напряжения дифференцируют по условиям работы элементов конструкции, используемым материалам, режимам нагружения. При использовании материалов, допускаемые напряжения для которых отсутствуют в отраслевой нормативной литературе и методических материалах, их устанавливают:

1)    для I и II режимов — исходя из пределов прочности, текучести, статических и ударных разрушающих нагрузок.

2)    для III режима — исходя из пределов выносливости, чувствительности к концентрации напряжений.

7.7    Экспериментальные исследования несущей способности следует проводить для получения оценок тех же параметров, что и при расчетах.

7.7.1    При первичных испытаниях новой конструкции задают коэффициенты форсирования, устанавливаемые техническим заданием.

7.7.2    При повторных испытаниях объекта коэффициент форсирования принимают равным единице. если иное не предусмотрено техническим заданием.

7.7.3    При экспериментальной проверке устойчивости тонкостенных элементов, а также ресурсных испытаний на выносливость, достаточно подтверждения устойчивости и выносливости при действии расчетных нагрузок (возможно с коэффициентом форсирования), если иное не предусмотрено техническим заданием.

7.8    Ходовые качества пассажирского вагона оценивают по допускаемым значениям:

а)    коэффициентов вертикальной и горизонтальной динамики элементов вагона;

б)    вертикальных и горизонтальных ускорений кузова;

в)    показателей плавности хода в вертикальной и горизонтальной плоскостях;

г)    значениям виброскоростей и/или виброускорений внутри кузова;

д)    коэффициентов запаса устойчивости вагона против схода с рельсов;

е)    коэффициентов поперечной устойчивости от опрокидывания;

ж)    низшей частоты изгибных колебаний;

и)    воздействия вагона на путь;

к)    для вагонов, оборудованных системой наклона кузова в кривых, необходимо проверять динамическое вписывание в габарит по ГОСТ 9238.

Определение перечисленных показателей ходовых качеств производится преимущественно теоретико-экспериментальными методами, те. методами, основанными на статистическом оценивании результатов натурных и стендовых (для низшей частоты изгибных колебаний) испытаний. Более подробно эти вопросы изложены в разделе 15.

ГОСТ 34093-2017

8 Правила расчета на прочности кузова и его узлов

8.1    При расчете на прочность величины нагрузок выбирают в соответствии с требованиями раздела 6.

Расчетные схемы выбираются различными на разных этапах проектирования, что определяется наличным объемом информации на различных этапах. В связи с этим выделяются следующие типы расчетов:

а)    предварительные — применяются при выполнении предпроектных работ;

б)    приближенные — применяются в процессе проектирования на разных его этапах Проверяются выбранные параметры конструкции и возможности их компоновки и, при необходимости, проводится корректировка параметров;

в)    уточненные — включают полный комплекс расчетов. По его результатам допускается корректировка отдельных конструктивных параметров

8.2    При выполнении предварительных расчетов допускается расчетную схему кузова принимать в виде балки ступенчато-переменной жесткости, лежащей на двух опорах. Геометрические характеристики поперечных сечений при этом принимают по оконным или дверным вырезам. Ступени образуются в переходных зонах продольных балок переменного сечения и в зонах между оконными и дверными вырезами Вертикальную нагрузку принимают равномерно распределенной. Продольную нагрузку прикладывают эксцентрично по отношению к нейтральной оси поперечного сечения кузова на уровне оси сцепного устройства. Напряжения по режимам нагружения определяют только для средних поперечных сечений кузова. Данный расчет применяют для подбора параметров поперечного сечения кузова на основе вариантного анализа.

8.3    Приближенные расчеты в процессе проектирования выполняют по расчетным схемам в виде ллосхих или пространственных стержневых систем. Вертикальную нагрузку при этом прикладывают в соответствии с ее действительным распределением. Вес простенков распределяют поровну между верхним и нижним поясами Раскрытие статической неопределимости производят с учетом всех компонент НДС для стержневых систем. При определении напряжений учитывают коэффициент концентрации напряжений а в углах оконных и дверных проемов, который вычисляют по эмпирической формуле;

0.476 + 0.664к-0.339/г² ’ Ь'

где г— радиус закругления; b — ширина простенка.

8.3.1    При определении геометрических параметров поперечных сечений (площади, моменты инерции и моменты сопротивления) стержней следует учитывать в полной мере элементы набора (каркаса) и часть сечения примыкающей к ним листовой обшивки.

8.3.2    При толщине стальной обшивки 6 < 3 мм и алюминиевой 8 £ 4 мм принимают, что ширина каждой из примыкающих полос обшивки, работающих совместно с элементом набора, не превышает 206.

8.3.3    При толщине стальной обшивки 3 < 6 < 5 мм и алюминиевой 4 < 8 < 6 мм учитываемую ширину полос принимают равной 256.

8.3.4    При толщине стальной обшивки 8 2 5 мм и алюминиевой 8 £ 6 мм учитывают ширину полос обшивки 306.

8.3.5    Площадь среза криволинейных элементов дополнительно редуцируют с учетом коэффициента формы сечения для соответствующей оси.

8.3.6    На основании приближенных расчетов могут быть определены геометрические параметры всех основных несущих элементов.

8 4 При выполнении уточненных расчетов несущую металлоконструкцию кузова рассматривают как единую пространственную систему, состоящую из совокупности типовых элементов (стержней, пластин. оболочек). Определение НДС рекомендуется выполнять с помощью компьютерного моделирования на основе МКЭ. Обшивку кузова моделируют треугольными и четырехугольными КЭ (пластинами и оболочками), элементы набора - КЭ в виде стержней. Для уточнения НДС крупногабаритные элементы рамы следует моделировать пластинчатыми и оболочечными элементами. При моделировании гофрированных элементов обшивки допускается использование конструктивно-ортотропных элементов.

13

ГОСТ 34093-2017

Содержание

1    Область применения....................................................................................................................................1

2    Нормативные ссылки....................................................................................................................................1

3    Термины, определения, обозначения и сокращения.................................................................................2

4    Общие положения........................................................................................................................................3

5    Эмпирические требования безопасности...................................................................................................4

6    Требования к расчетным силам (нагрузкам) и режимам нагружения......................................................5

7    Оцениваемые параметры для статических и динамических расчетов..................................................11

8    Правила расчета на прочность кузова и его узлов.................................................................................13

9    Требования к устойчивости элементов кузова и правила их оценки......................................................14

10    Правила расчета на прочность узлов внутреннего оборудования кузова и элементов

его крепления Требования к прочности.................................................................................................18

11 Правила расчета на прочность узлов крепления подвагонного оборудования...................................19

12 Правила расчета на прочность ходовых частей тележхи......................................................................20

13    Правила расчета цилиндрических пружин с круглым поперечным сечением витка...........................20

14    Правила расчета на сопротивление усталости основных узлов кузова и тележки.............................23

15    Требования к динамическим качествам вагона и правила их оценки..................................................27

Приложение А (рекомендуемое) Алгоритм вычисления матрицы жесткости цилиндрической

винтовой пружины и пример расчета................................................................................34

Приложение Б (рекомендуемое) Алгоритм вычисления касательных напряжений

для цилиндрической винтовой пружины...........................................................................37

Приложение В (обязательное) Правила определения показателей плавности хода..............................38

Библиография................................................................................................................................................42

III

МЕЖГОСУДАРСТВЕННЫЙ    СТАНДАРТ

ВАГОНЫ ПАССАЖИРСКИЕ ЛОКОМОТИВНОЙ ТЯГИ

Требования к прочности и динамическим качествам

Passenger cars on locomotive traction Requirements for structural strength and dynamic qualities

Дата введения — 2018—01—01

1    Область применения

Настоящий стандарт распространяется на пассажирские вагоны локомотивной тяги (далее — вагоны). предназначенные для эксплуатации на железнодорожных путях колеи 1520 мм с конструкционной скоростью до 200 км/ч включительно. Применяется при разработке и постановке на производство вновь проектируемых вагонов, а также при модернизации вагонов существующего парка.

Настоящий стандарт устанавливает требования к прочности и динамическим качествам при выполнении расчетов и оценке результатов испытаний вагона в целом, а также несущих конструкций кузова. ходовых частей, установленного на них оборудования и элементов его крепления.

2    Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8 417—2002 Государственная система обеспечения единства измерений. Единицы величин ГОСТ 25.101-83 Расчеты и испытания на прочность Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов

ГОСТ 25.502-79 Расчеты и испытания на прочность в машиностроении. Методы механических испытаний металлов. Методы испытания на усталость

ГОСТ 25.504-82 Расчеты и испытания на прочность. Методы расчета характеристик сопротивления усталости

ГОСТ 1452-2011 Пружины цилиндрические винтовые тележек и ударно-тяговых приборов подвижного состава железных дорог. Технические условия

ГОСТ 3475-81 Устройство автосцелное подвижного состава железных дорог колеи 1520(1524) мм. Установочные размеры

ГОСТ 9238-2013 Габариты железнодорожного подвижного состава и приближения строений ГОСТ 10791-2011 Колеса цельнокатаные. Технические условия

ГОСТ 13521-68 Стекла оконные пассажирских вагонов, электропоездов и дизель-поездов. Основные размеры и технические требования

ГОСТ 30630.0.0-99 Методы испытаний на стойкость к внешним воздействующим факторам машин. приборов и других технических изделий. Общие требования

ГОСТ 31317.2-2006 (ИСО 10326-2:2001) Вибрация. Лабораторный метод оценки вибрации сидений транспортных средств. Часть 2. Сиденья железнодорожного транспорта

ГОСТ 32208-2013 Пружины рессорного подвешивания железнодорожного подвижного состава Методы испытаний на циклическую долговечность

Издание официальное

ГОСТ 32280-2013 Стекло и изделия из него. Методы определения механических свойств. Определение стойкости к статической нагрузке

ГОСТ 32410-2013 Крэш-системы аварийные железнодорожного подвижного состава для пассажирских перевозок. Технические требования и методы контроля

Примечание — При пользовании настоящим стандартом целесообразно проверить действие ссылочных стандартов в информационной системе общего пользования — на официальном сайте Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии в сети Интернет или по ежегодному информационному указателю «Национальные стандарты*, который опубликован по состоянию на 1 января текущего года, и по выпускам ежемесячного информационного указателя «Национальные стандарты» за текущий год Если ссылочный стандарт заменен (изменен), то при пользовании настоящим стандартом следует руководствоваться заменяющим (измененным) стандартом Если ссылочный стандарт отменен без замены, то положение, в котором дана ссылка на него, применяется в части, не затрагивающей эту ссылку

3 Термины, определения, обозначения и сокращения

3.1    Термины и определения

В настоящем стандарте применены следующие термины с соответствующими определениями:

3.1.1    «черный ящик»: Система, внутреннее устройство и механизм работы которой очень сложны или неизвестны:

3.1.2    тара вагона: Собственная масса вагона в порожнем состоянии;

Примечание - Для пассажирских вагонов в тару включают массу воды, топлива и других предметов экипировки

3.1.3    брутто вагона: Собственная масса вагона, включая полезную нагрузку;

Примечание - Для пассажирского вагона полезная нагрузка включает в себя массу пассажиров с багажом. которая определяется населенностью вагона и условной массой одного пассажира [1. п 2 2 2)

3.1.4    односторонняя спектральная плотность: Спектральная плотность, в которой ординаты удвоены, что позволяет вычислять дисперсию процесса только при положительных значениях частот:

«о    м

о¹ = I S(f)df = J S°(f)df

—>    о

3.1.5    коэффициент форсирования: Масштабный коэффициент, с помощью которого устанавливаются уровни возмущающих факторов по отношению к нормативным (расчетным) при проведении испытаний (конструкционная скорость, уровни нагружений и деформаций и т. д.).

3.1.6    принцип однородной точности: Требование, заключающееся в том. что степень точности результатов вычислений должна отвечать степени точности исходных данных, причем под точностью данных следует понимать не только точность задания параметров задачи, но и степень адекватности расчетной модели изучаемому реальному процессу.

3.1.7    кузов вагона: Все несущие элементы, расположенные выше ходовой части, включая все компоненты, которые закреплены на этих элементах и непосредственно участвуют в обеспечении прочности. жесткости и устойчивости кузова.

Примечание - Механические узлы оборудования и другие монтируемые узлы не рассматриваются как часть кузова вагона, но элементы их крепления считаются частью кузова вагона.

3.1.8    необрессоренные части тележки: Составные части тележки, расположенные ниже рессорного подвешивания.

Примечание -Не несущие механические узлы не относятся к необрессоренным частям, но элементы их крепления считаются частью необрессоренных узлов

3.1.9    обрессоренные части тележки (вагона): Составные части несущей конструкции вагонной тележки, расположенные выше рессорного подвешивания или между ступенями рессорного подвешивания и кузова.

Примечание -Не несущие механические узлы оборудования не относятся к обрессоренным частям, но элементы их крепления считаются частью обрессоренных частей

ГОСТ 34093-2017

3.1.10    скрещение поездов: Встреча двух поездов противоположного направления на станции, разъезде или перегоне (на двухпутном или многопутном участке).

3.1.11    парциальная частота: Частота колебаний сложной системы, если все степени свободы, кроме одной, устранены.

3.2 Обозначения и сокращения

В настоящем стандарте применены следующие обозначения и сокращения:

Е — модуль упругости материала;

G — модуль сдвига материала; v — коэффициент Пуассона материала;

J — момент инерции поперечного сечения элемента;

F— площадь поперечного сечения элемента; д = 9,80665 м/с² — ускорение свободного падения;

Л_д — коэффициент динамики;

Л_д — математическое ожидание коэффициента динамики;

VJ— момент сопротивления сечения элемента;

Р, N — действующие силы на обьект;

О — вес объекта;

и — скорость движения:

f_CT — статический прогиб подвешивания;

С — линейная жесткость упругих опор;

X — угловая жесткость упругих опор;

о_пц — предел пропорциональности материала;

о_т — предел текучести материала;

о_в — предел прочности материала;

D — диаметр цилиндрической винтовой пружины по средней линии; d — диаметр прутка цилиндрической пружины;

Л₀ — высота цилиндрической пружины по средней линии в свободном состоянии; п — число рабочих витков цилиндрических пружин;

МКЭ — метод конечных элементов;

КЭ — конечный элемент;

НДС — напряженно-деформированное состояние;

СИ — международная система единиц (система СИ); ц.т. — центр тяжести объекта.

4 Общие положения

4.1    В стандарте не рассматриваются требования к устройствам, являющимся отдельными объектами стандартизации.

4.2    Требования, правила и ограничения настоящего стандарта учитывают опыт проектирования, расчетов и испытаний для конструкций, имеющих положительный опыт эксплуатации.

4.3    Требования и ограничения, приведенные в стандарте, являются минимальными и могут быть ужесточены в конкретном техническом задании.

4.4    Проверка прочности и динамических качеств включает в себя:

а)    проверку соответствия геометрических и весовых параметров эмпирическим требованиям безопасности;

б)    расчетно-теоретические числовые оценки на математических моделях различной степени сложности;

в)    экспериментальные методы, предполагающие получение оценок на основе непосредственных измерений (ходовые, вибрационные, ударные испытания) или опосредованно (стендовые испытания). Проведение экспериментальных исследований и обработка их результатов регламентируется отдельными стандартами, руководящими документами и методическими материалами; ²

г) расчетно-экспериментальные методы оценки, когда в математическую модель включаются .черные ящики", для которых связи вход-выход получены экспериментально (динамические модели с поглощающими аппаратами, жертвенными элементами крэш-систем).

Примечание - Элементы конструкции кузова и тележки не должны рассчитываться и подвергаться в эксперименте разрушающим воздействиям, не свойственным им в эксплуатации, если иное не предусмотрено техническим заданием

4.5    Если экспериментальное описание связей вход-выход для .черных ящиков" охватывает не менее 80 % возможного диапазона этих связей, разработка математического описания .черного ящика" не является обязательной.

4.6    Оценка прочности и динамических качеств элементов пассажирских вагонов производится на основании критериев, предельно допустимые значения которых дифференцируются в зависимости от режимов нагружения и степени ответственности элементов (1. раздел 10].

4.7    Все расчеты по настоящему стандарту должны быть представлены в единицах измерения СИ. предусмотренных ГОСТ 8.417. Вычисления (при расчетах или обработке эксперимента) могут проводиться в любой удобной системе единиц. Количество приводимых знаков в численных результатах должно соответствовать принципу однородной точности.

5 Эмпирические требования безопасности

5.1 Нагрузка от массы брутто вагона

5.1.1 Расчетная вертикальная статическая нагрузка от колесной пары на рельсы О_к. кН (Тс) не должна превышать:

(51)

176,6(18), если v£ 160 км/ч 167.6(17). если v> 160 км/ч

Примечание - Допускается по согласованию с владельцем инфраструктуры для специальных и двухэтажных вагонов Q,, более 176,6 кН, но не более 250 кН

5.1.2 Вес пассажира с багажом принимают равным 100 кг. Расчетную населенность вагона дальнего следования определяют по наибольшему числу мест, предусмотренных при эксплуатации вагона.

Для вагонов межобластного сообщения максимальную расчетную населенность определяют по проектному числу мест для сидения и плотности стоящих пассажиров из расчета 7 человек (со средним весом 70 кг) на 1 м² свободной площади пола, включая тамбуры и проходы. При этом исхпючают площадь у края диванов шириной 200 мм.

При определении максимальной населенности второго этажа двухэтажного вагона плотность стоящих пассажиров принимают из расчета 4 человека на 1 м² свободной площади пола.

Примечание-В отдельных случаях максимальный перевозимый вес груза и пассажиров может быть установлен в техническом задании.

5.2    Дуги крыши рассчитывают на действие двух вертикальных сил по 1 кН каждая, которые приложены на расстоянии 0.5 м друг от друга. При расчете используют однопролетную статически определимую схему.

5.3    Момент сопротивления дуги крыши, приходящийся на 1 м² горизонтапьной проекции ппощади участков крыши мехщу расчетной и соседними дугами, должен быть не менее 5.9 см².

5.4    Момент сопротивления стоек боковой стены должен быть не менее 10 см² на погонный метр. Погонный момент сопротивления рассчитывают для участка, расположенного между серединами двух окон.

5.5    Моменты сопротивления по 5.3 и 5.4 вычисляют относительно центральных осей сечений, параллельных продольной оси кузова. При этом учитывают редуцированную обшивку по 8.3.1-8.3.4

5.6    Сумма моментов сопротивления всех стоек концевой части вагона, включая и стойки тамбурной перегородки, должна быть не менее 1000 см². В торцевой стене вагона должны быть поставлены две главные стойки с моментом сопротивления не менее 350 см² канщая. Моменты сопротивления вычисляют относительно центральных осей стоек, параллельных поперечной оси вагона.

5.7    Ограничения моментов сопротивления по 5.3. 5.4, 5.6 относятся к стали Ст.З и при выборе иного материала их пересчитывают пропорционапьно пределу текучести (для материалов с ярко выраженной площадкой текучести) или прочности (дпя материалов без ярко выраженной площадки текучести).

ГОСТ 34093-2017

5.8 Верхние и нижние сечения каждой из главных стоек по прочности на срез, их опорные конструкции по прочности на изгиб, должны быть равноценны прочности опасного сечения стойки на изгиб при нагружении ее поперечной сосредоточенной силой Р, приложенной на высоте а = 0.5 м (а отсчитывают от верхней плоскости буферного бруса). Величину этой силы определяют по схеме двухопорной, шарнирно-опертой балки, длиной / при условии образования пластического шарнира:

^p=°'^c"W«hy    ⁽⁵²>

где о_т — предел текучести материала стойки:

[Щ — минимально допустимый момент сопротивления стойки:

W

с„ = y^rj,    =    |Sp|    +    |S_CJ.    |S_p|.    |S_CJ    —    абсолютные    значения    статических    моментов    площади

растянутой и сжатой частей сечения стойки относительно оси. делящей эту площадь пополам.

Найденную силу Р используют для нахождения размеров опорных конструкций стоек из условия образования там пластического шарнира

(53)

w_nnz~y*1

5.9    Высота гофров (при их напичии) должна быть не менее 7 толщин образующей гофры обшивки.

5.10    Наименьший шаг заклепок должен быть не менее 3 диаметров заклепки, а для болтов — не менее 3.5 их диаметров.

5.11    Подбор номинальных размеров элементов, находящихся в подвижном контакте, производят из условия непревышения средними напряжениями смятия (под брутто) величин:

а)    для пятников и подпятников 6.5 МПа;

б)    для скользунов 2.5 МПа;

в)    на рабочих поверхностях фрикционных демпферов 3.5 МПа:

г)    в шарнирных соединениях рычажных передач 80 МПа.

5.12    Расчетное смещение центра тяжести под тарой кузова должно быть не более 4 % от базы вагона в продольном и не более 2 % от расстояния между кругами катания колес в поперечном направлении.

Примечание — Для почтовых и багажных вагонов допускается смещение ц.т вдоль продольной оси до 10 % и поперек оси до 5 % При этом нагрузка от оси на рельс наиболее нагруженной тележки не должна превосходить допускаемую

5.13 Поколесное взвешивание производят под тарой вагона на пути, удовлетворяющем требованиям ГОСТ 9238, путем проведения трехкратных замеров нагрузки от колес на рельсы и окончательные результаты вычисляют, как среднее арифметическое замеров¹). Относительные разности замеров б определяют по формуле:

6=*^тах ~^Г^^т 100%    (5.4)

*'тах ⁺ *чгйп

При этом должны быть проверены показатели:

6, — по колесам одной колесной пары не более 5 (8) %;

62    — по колесным парам в одной тележке не более 5 %;

63    — по сторонам вагона не более 4 (8) %;

6₄    — по тележкам вагона не более 8 (16) %;

Примечание-В скобках - значения 6 для почтовых, багажных, почтово-багажных, двухэтажных и специальных вагонов

6 Требования к расчетным силам (нагрузкам) и режимам нагружения

6.1 Нагрузки, действующие на вагон и отдельные его элементы, приводят к силам, которые задаются в правой системе координат, где:

- ось х направлена вдоль вагона в направлении его движения, ей соответствует продольная сила Р_ж\ ^{3 4}

ГОСТ 34093-2017

6.3.7    Боковые силы, действующие на кузов и тележку принимают равными 10 % от веса брутто При этом считают, что их уравновешивание происходит за счет разности вертикальных реакций кузова на скользунах. При определении этих реакций допускается использовать твердотельную схему кузова и тележек в геометрически нелинейной постановке, считая, что в контактах скользун-скользун (сс) и колесо-рельс (кр) расположены упругие опоры большой жесткости. При этом достаточно считать

= С„_р = 100 МН/м.

Примечание — В технических требованиях могут быть оговорены другие условия движения в кривых

6.3.8    Допускается вместо учета боковых сил по 6.3.7 при расчете кузова учитывать их наличие путем увеличения вертикальной нагрузки брутто на 12,5 %.

6.4 Кузов пассажирского вагона рассчитывают для трех режимов его нагружения продольными, поперечными и вертикальными нагрузками (таблица 6.1):

I    — трогание с места, экстренное торможение, соударение Характер продольных сил - повторноударный. 120-150 раз за срок службы;

II    — движение при включении вагона в состав грузового поезда. Характер продольных сил - повторно статический;

III    —движение с конструкционной скоростью и с применением служебных торможений. Характер продольных сил — повторно-ударный и вибрационный —до 300000 раз за срок службы.

Таблица 61- Режимы нагружения для кузова

Параметры Режим 1 II III Рг МН -2.5 ♦1.5 ±1.0 Р^ МН не учитывается по 6 3.7 или 6 3 8 Рг статич. МН брутто тара брутто и, м/с не учитывается 15 конструкционная

Примечание - Необходимость реализации II режима определяется техническим заданием на проектирование

Продольную силу Р_х прикладывают к передним или задним упорам на уровне оси сцепного устройства. Для I режима учитывают нецентральность продольного взаимодействия путем введения разности высот сцепного устройства равной 0,1 м, если иное не предусмотрено техническим заданием.

Примечание — Если конструкция имеет крэш-систему, то допускается прикладывать продольную нагрузку либо перед, либо позади участков, предназначенных для поглощения энергии столкновения

6.5    Конструкция и крепления пятника (подпятника) должны быть рассчитаны на срез и смятие от действия продольной нагрузки Р_х. равной восьмикратному весу тележки. При этом напряжения не должны превышать допускаемых по I режиму.

6.6    Жестко закрепленное на кузове оборудование и элементы его крепления должны быть рассчитаны на силы инерции, которые считаются приложенными к ц.т. оборудования Формулы для вычисления этих сил приведены в таблице 6.2.

Таблица 6 2 — Силы, действующие на жестко закрепленное оборудование

Силы Режим 1 III _^_ 50л, 1.5Qn„ 0.5Q 0.4Q Рг Q(Uk^„J 0(1 ♦ w

7

1

2

3

¹¹ В Российской Федерации при обработке результатов поколесного взвешивания применяют ГОСТ Р 55049-2012 Железнодорожный подвижной состав Методы контроля показателя развески

4