Межгосударственный стандарт ГОСТ 33939-2016 "Детали литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Методы ресурсных испытаний. Часть 1. Рама боковая" (введен в действие приказом Федерального агентства по техническому регулированию и метрологии от 28 марта 2017 г. N 201-ст)

Cast details for freight wagons' bogies. Methods of durability testing. Part 1. Side frame

Дата введения - 1 ноября 2017 г.

Введен впервые

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. Правила разработки, принятия, обновления и отмены"

Сведения о стандарте

1 Разработан Открытым акционерным обществом "Научно-исследовательский институт железнодорожного транспорта" (ОАО "ВНИИЖТ")

2 Внесен Межгосударственным техническим комитетом по стандартизации МТК 524 "Железнодорожный транспорт"

3 Принят Межгосударственным советом по стандартизации, метрологии и сертификации (протокол от 8 декабря 2016 г. N 50)

За принятие проголосовали:

Краткое наименование страны по МК (ИСО 3166) 004-97	Код страны по МК (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 28 марта 2017 г. N 201-ст межгосударственный стандарт ГОСТ 33939-2016 введен в действие в качестве национального стандарта Российской Федерации с 1 ноября 2017 г.

5 Введен впервые

Настоящий стандарт может быть применен на добровольной основе для оценки соответствия требованиям технического регламента Таможенного союза: ТР ТС 001/2011 "О безопасности железнодорожного подвижного состава"

1 Область применения

Настоящий стандарт распространяется на боковые рамы, технические требования к которым установлены в ГОСТ 32400.

Настоящий стандарт устанавливает методы ресурсных испытаний боковых рам, включая методы поездных испытаний для определения сил, действующих на боковые рамы при проведении ресурсных испытаний.

2 Нормативные ссылки

В настоящем стандарте использованы нормативные ссылки на следующие межгосударственные стандарты:

ГОСТ 8.050-73 Государственная система обеспечения единства измерений. Нормальные условия выполнения линейных и угловых измерений

ГОСТ 8.051-81 Государственная система обеспечения единства измерений. Погрешности, допускаемые при измерении линейных размеров до 500 мм

ГОСТ 25.101-83 Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов

ГОСТ 9246-2013 Тележки двухосные трехэлементные грузовых вагонов железных дорог колеи 1520 мм. Общие технические условия

ГОСТ 15150-69 Машины, приборы и другие технические изделия. Исполнения для различных климатических районов. Категории, условия эксплуатации, хранения и транспортирования в части воздействия климатических факторов внешней среды

ГОСТ 18321-73 Статистический контроль качества. Методы случайного отбора выборок штучной продукции

ГОСТ 32400-2013 Рама боковая и балка надрессорная литые тележек железнодорожных грузовых вагонов. Технические условия

ГОСТ 33211-2014 Вагоны грузовые. Требования к прочности и динамическим качествам

ГОСТ 33788-2016 Вагоны грузовые и пассажирские. Методы испытаний на прочность и динамические качества

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 и определения

В настоящем стандарте применены термины по ГОСТ 9246 (раздел 3), ГОСТ 32400 (раздел 3), а также следующие термины с соответствующими определениями:

3.1

боковое направление: Перпендикулярное продольному направление в плоскости пути. [ГОСТ 33211-2014, пункт 3.5]

3.2

вертикальное направление: Направление перпендикулярное к плоскости пути. [ГОСТ 33211-2014, пункт 3.6]

3.3

гамма-процентный ресурс (железнодорожной техники): Ресурс, в течение которого железнодорожная техника не достигнет предельного состояния с вероятностью , выраженной в процентах. [ГОСТ 32192-2013, пункт 107]

Примечание - Назначенный гамма-процентный ресурс боковой рамы указывают в конструкторской документации с вероятностью, указанной в ГОСТ 32400.

3.4 зоны, определяющие ресурс боковой рамы: Зоны в боковой раме, указанные в конструкторской документации, обоснованные расчетами сопротивления усталости и испытаниями, в которых может произойти переход деталей в опасное состояние до истечения их гамма-процентного ресурса.

Примечание - В настоящем стандарте к определяющим ресурс боковой рамы зонам отнесены внутренний угол проема под колесную пару, нижний угол рессорного проема, наклонный пояс. К определяющим ресурсзонам рекомендуется относить зоны А и зоны Б по ГОСТ 32400-2013 (пункты 3.6 и 3.7).

3.5 матрица масштабов: Матрица коэффициентов влияния значения приложенной силы на значения напряжений.

3.6 назначенный ресурс (железнодорожной техники): Суммарная наработка железнодорожной техники, установленная в нормативной или технической документации, при достижении которой эксплуатация железнодорожной техники должна быть прекращена независимо от ее технического состояния, если не было принято решение о возможности ее дальнейшего использования.

3.7

несущая способность: Способность выдерживать воздействующие на деталь эксплуатационные нагрузки с сохранением этой способности без разрушения на всех этапах жизненного цикла до момента окончания гамма-процентного ресурса. [ГОСТ 32400-2013, пункт 3.4]

Примечание - Под потерей несущей способности при ресурсных испытаниях понимают состояние, при котором дальнейшее поддержание установленного режима работы применяемого оборудования становится невозможным или небезопасным.

3.8 поездные испытания: Испытания, при которых определяют пространственную систему динамических сил и динамические напряжения, действующие в боковой раме при движении вагона в составе поезда по железнодорожным путям общего пользования с эксплуатационной скоростью.

3.9

продольное направление: Направление в плоскости пути вдоль его оси. [ГОСТ 33211-2014, пункт 3.4]

3.10

ресурс (железнодорожной техники): Суммарная наработка железнодорожной техники за время ее эксплуатации до перехода в предельное состояние. [ГОСТ 32192-2013, пункт 102]

Примечание - Наработку боковой рамы задают в километрах пробега с учетом того, что все время она эксплуатируется под вагоном, загруженным до максимальной расчетной статической осевой нагрузки.

3.11 ресурсные испытания: Стендовые испытания, при которых определяют появление и развитие повреждений и остаточных деформаций детали при многократном действии пространственной системы динамических сил, эквивалентной возникающему за назначенный ресурс повреждению в эксплуатации.

3.12 эксплуатационная скорость: Скорость движения вагона в составе поезда, установленная эксплуатационными документами*(1) на основании требований национальных стандартов*(2) государств, упомянутых в предисловии.

4 Объекты испытаний

4.1 Испытаниям подвергают боковые рамы, технические требования к которым установлены в ГОСТ 32400.

4.1.1 Поездным испытаниям подвергают не менее одной боковой рамы. Поездным испытаниям подвергают боковые рамы, выдержавшие статические испытания на прочность и ходовые прочностные испытания по ГОСТ 33788-2016 (подразделы 8.1 и 8.3).

Образцы для испытаний отбирают методом отбора "вслепую" по ГОСТ 18321-73 (подраздел 3.4) из имеющейся у изготовителя партии деталей, выпущенной в течение одного календарного месяца, принятой службой технического контроля.

4.1.2 Ресурсным испытаниям подвергают не менее трех боковых рам. Образцы для испытаний отбирают по ГОСТ 32400-2013 (пункт 5.3.7).

4.2 При внесении в конструкцию тележки одного или нескольких изменений, приведенных в перечислениях а) - ж) 4.2, проводят поездные испытания:

а) изменение базы тележки более чем на 40 мм;

б) изменение типа гасителя колебаний рессорного подвешивания;

Примечание - Под изменением типа гасителя колебаний рессорного подвешивания понимают применение гидравлических вставок в пружины рессорного подвешивания, замену фрикционного гасителя колебаний на гидравлический, замену фрикционного гасителя колебаний рессорного подвешивания с фрикционными клиньями на выносной фрикционный гаситель.

в) изменение конструкции буксы или адаптера, влияющее на передачу нагрузок на боковую раму;

Примечание - Под изменением конструкции буксы или адаптера, влияющим на передачу нагрузок на боковую раму, в том числе понимают введение упругих элементов между буксой или адаптером и боковой рамой, изменение формы опорной поверхности буксы или адаптера под боковую раму.

г) изменение зазоров (с каждой стороны или их сумма с двух сторон) между буксой (адаптером) колесной пары и проемом для колесной пары в боковой раме в продольном и поперечном к оси пути направлении;

д) замена рессорного подвешивания, если номинальный расчетный статический прогиб при максимальной расчетной массе вагона изменился более чем на 10 мм;

е) изменение типа бокового скользуна;

Примечание - Под изменением типа бокового скользуна понимают замену скользуна зазорного типа на скользун постоянного контакта или наоборот.

ж) изменение расчетного номинального значения отношения суммарной статической нагрузки на боковые скользуны постоянного контакта к весу кузова вагона с минимальной расчетной массой более чем на 15%.

4.3 При внесении в конструкцию боковой рамы одного или нескольких изменений, приведенных в перечислениях а) - е) 4.3, ресурсные испытания повторно не проводят:

а) изменение положения маркировки в пределах зон, которые испытывают сжатие под действием вертикальной силы тяжести вагона;

б) изменение конструкции крепления фрикционной планки в рессорном проеме, если оно не затрагивает зону нижнего угла рессорного проема;

в) изменение конструкции крепления защитной скобы на опорной поверхности проема для колесной пары, если при этом не меняется толщина стенок боковой рамы и геометрия проема для колесной пары в зоне внутреннего радиуса;

г) изменение размера или расположения бонок и ограничителей на опорной поверхности рессорного проема, если при этом не меняются толщина стенок боковой рамы и геометрия рессорного проема;

д) изменение конструкции кронштейнов подвеса (если применяются) тормозной рычажной передачи;

е) уменьшение максимальной расчетной статической осевой нагрузки без увеличения конструкционной скорости вагона.

5 Средства испытаний

5.1 Применяемые при испытаниях средства измерения должны обеспечивать характеристики, указанные в таблице 1.

5.2 Поездные испытания проводят на железнодорожных путях общего пользования со следующими характеристиками:

а) общая протяженность участка не менее 1000 км;

б) участок пути должен содержать прямые. К прямым также относят участки пути проектного (среднего) радиуса не менее 1000 м;

в) участок пути должен содержать кривые проектного (среднего) радиуса от 600 до 950 м;

Таблица 1 - Характеристики применяемых средств измерения

Измеряемая величина	Диапазон измерения	Погрешность измерения	Частота регистрации, Гц
Относительная деформация	-	Пределы допускаемой относительной погрешности1% в температурном диапазоне в соответствии с исполнением У категории изделия 1 по ГОСТ 15150 (таблица 3)	Не менее 200
Сила	Превышение наибольшего заданного значения не менее 30%	Пределы допускаемой относительной погрешности2%	Не менее 200
Расстояние	До 500 мм	По ГОСТ 8.051 в условиях по ГОСТ 8.050	-
Расстояние	Более 500 мм	1 мм, не более, в условиях по ГОСТ 8.050	-
Скорость (при поездных испытаниях)	От 3 км/ч до эксплуатационной скорости	- 2%, не более	-
Число циклов	Не менее	1,5%, не более	-

г) участок пути должен содержать кривые проектного (среднего) радиуса от 300 до 400 м.

д) рельсы не легче типа Р65 согласно требованиям национальных стандартов*(3) государств, приведенных в предисловии;

ж) устройство и содержание пути должны соответствовать нормативным документам*(4) государств, приведенных в предисловии.

Протяженность участков пути должна обеспечивать время регистрации по 7.2.7.

5.3 При ресурсных испытаниях оборудование, обеспечивающее приложение динамических сил, должно обладать следующими характеристиками:

- три направления одновременного приложения динамической силы (вертикальное, боковое, продольное);

- максимальное значение вертикальной, продольной и боковой силы должно не менее чем на 30% превышать заданное испытательное;

- отклонение максимальной силы цикла от заданной не должно превышать1% ее номинального значения;

- частота приложения вертикальной силы в диапазоне от 0,5 до 20,0 Гц.

Испытательное оборудование должно быть оснащено счетчиком числа циклов вертикальной силы, устройством для непрерывного контроля режима приложения всех сил.

Допускается применение другого оборудования, позволяющего создавать в боковой раме заданное напряженно-деформированное состояние.

6 Условия проведения испытаний

6.1 Условия проведения поездных испытаний по 6.1.1, 6.1.2 и 6.3.

6.1.1 Испытания выполняют при значениях климатических факторов, соответствующих исполнению У категории изделия 1 по ГОСТ 15150-69 (таблица 3).

6.1.2 Работы на открытом воздухе по наладке измерительного оборудования испытываемого вагона следует проводить в светлое время суток.

6.2 Условия проведения ресурсных испытаний по 6.2.1, 6.2.2 и 6.3.

6.2.1 Испытания выполняют при нормальных значениях климатических факторов внешней среды по ГОСТ 15150-69 (пункт 3.15).

6.2.2 Освещенность при системе комбинированного освещения должна быть не менее 500 лк.

6.3 Средства измерения и испытательное оборудование размещают в условиях, обеспечивающих их эксплуатацию в пределах паспортных данных.

6.4 Средства измерений должны быть поверены (калиброваны), испытательное оборудование аттестовано в соответствии с национальным законодательством об обеспечении единства измерений*(5).

7 Методы проведения испытаний

7.1 Общие положения

7.1.1 Испытания проводят для экспериментального подтверждения требований надежности по ГОСТ 32400-2013 (пункт 4.6.1) при заданном в конструкторской документации значении гамма-процентного ресурса боковой рамы под действием на нее динамических сил, эквивалентных поездным испытаниям.

7.1.2 Испытания включают в себя:

- определение динамических сил, действующих на боковую раму при движении вагона в составе поезда или с отдельным локомотивом (поездные испытания);

- определение динамических напряжений, действующих в определяющих ресурс боковой рамы зонах при движении вагона в составе поезда или с отдельным локомотивом (поездные испытания);

- создание в стендовых условиях нагрузки, эквивалентной эксплуатационной за назначенный ресурс боковой рамы.

7.1.3 Требования безопасности и охрана труда установлены ГОСТ 33788-2016 (раздел 11).

7.2 Поездные испытания

7.2.1 Определению подлежат силы, действующие на боковую раму, наибольшее динамическое значение которых вызывает изменение напряжения более чем на 10 МПа в определяющих ресурсзонах.

Наибольшее динамическое значение действующей силы рекомендуется определять с учетом ГОСТ 33211-2014 (приложение А).

Примечание - При необходимости дополнения системы сил следует учитывать возможность определения их масштаба и реализации при ресурсных испытаниях.

Рекомендуется определять следующие силы, действующие на боковую раму, показанные на рисунке 1:

- - действующую в вертикальном направлении на опорную поверхность боковой рамы для установки упругих элементов рессорного подвешивания;

- , - действующие в вертикальном направлении на поверхности боковой рамы, взаимодействующие с фрикционными клиньями рессорного подвешивания при применении в тележке фрикционного гасителя колебаний;

- - действующую в боковом направлении на опорную поверхность боковой рамы для установки упругих элементов рессорного подвешивания;

Рисунок 1 - Схема сил, действующих на боковую раму

- , - действующие в боковом направлении на поверхности боковой рамы, взаимодействующие с фрикционными клиньями рессорного подвешивания при применении в тележке фрикционного гасителя колебаний;

- , - действующие в продольном направлении на поверхности боковой рамы, взаимодействующие с фрикционными клиньями рессорного подвешивания при применении в тележке фрикционного гасителя колебаний.

Примечание - Прочие силы, показанные на рисунке 1, являются реакциями от действия перечисленных сил, зависящими от конструктивного устройства буксового узла тележки. Их действие при стендовых испытаниях учитывают конструкцией опор боковой рамы.

7.2.2 Для определения напряжений и сил, действующих на боковую раму, применяют тензорезисторы, установленные ГОСТ 33788-2016 (пункт 8.1.1).

Число тензорезисторов для определения сил должно быть не менее числа сил по 7.2.1. Места расположения и ориентация тензорезисторов должны быть обоснованы расчетным путем исходя из условия реализации наибольших растягивающих напряжений и проверки обратимости матрицы масштабов по 7.2.3. Для расчетов рекомендуется применять метод конечных элементов.

Напряжения, действующие в конструкции боковой рамы, контролируют в определяющих ресурс зонах.

Рекомендуемая схема установки тензорезисторов на боковую раму приведена на рисунке 2.

7.2.3 Определение матрицы масштабов измерения сил, перечисленных в 7.2.1, по напряжениям, определяемым в соответствии с 7.2.2, производят с применением средств измерения силы с характеристиками, указанными в таблице 1.

Приложение каждой силы производят ступенями как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения, и повторяют не менее трех раз. Скорость изменения силы не более 50 кН/с.

Рисунок 2 - Схема установки тензорезисторов для измерения напряжений и сил, действующих на боковую раму

За масштаб измерения принимают среднее из полученных значений при условии, что по результатам трех измерений на каждой ступени разность наибольшего и наименьшего значений не превысила 6% от среднего значения.

Полученная по 8.2.3 матрица масштабов должна позволять нахождение псевдообратной матрицы.

Рекомендуемые для определения матрицы масштабов схемы приложения сил к боковой раме и шаг изменения приведены в приложении А.

7.2.4 Боковую раму при поездных испытаниях устанавливают в составе тележки под вагон, масса которого не должна отличаться от максимальной расчетной массы более чем на 3%. В течение не менее половины времени регистрации по 7.2.7 боковая рама должна быть расположена в первой тележке по ходу движения.

Для испытания боковых рам тележек типа 2, 3, 4 и 5 по ГОСТ 9246 рекомендуется устанавливать их под полувагон. Тележки типа 1 по ГОСТ 9246 рекомендуется устанавливать под вагон-платформу.

7.2.5 Испытуемый вагон устанавливают в состав поезда в его хвостовой части. Допускается проводить испытания при движении вагона с отдельным локомотивом.

7.2.6 Регистрацию измеряемых сил и напряжений проводят в процессе движения по участку железнодорожного пути общего пользования с эксплуатационными скоростями.

Одновременно регистрируют:

- скорость движения;

- тип участка пути (прямой, кривой с указанием проектного (среднего) радиуса).

7.2.7 Суммарная продолжительность регистрации измеряемых процессов должна составить не менее 30000 с для прямых по перечислению б) 5.2, не менее 20000 с для каждой из кривых по перечислениям в) и г) 5.2. Время регистрации в кривых правого и левого направления не должно отличаться более чем на 20%.

7.3 Ресурсные испытания

7.3.1 Схема приложения сил к боковой раме приведена на рисунке 3. По результатам определения сил по 7.2 схема приложения сил может быть дополнена или изменена.

7.3.1.1 Боковую раму в зонах проемов для установки колесных пар через переходники устанавливают на две цилиндрические опоры, допускающие поворот вокруг бокового направления. Если конструкторской документацией на тележку предусмотрена установка боковой рамы на цилиндрическую (с образующей в продольном направлении) поверхность адаптера, то с одной стороны применяют сферическую опору, допускающую поворот вокруг продольного и бокового направления. Расстояние между осями цилиндрических опор должно соответствовать базе тележки.

Рекомендуется оборудовать опоры предохранителями от перемещения боковой рамы относительно опоры в боковом направлении, установленными с зазором. Значение должно соответствовать зазору между буксой (адаптером) колесной пары и проемом боковой рамы.

7.3.1.2 Вертикальную силу, имитирующую нагрузку от рессорного подвешивания, , прикладывают на опорную поверхность боковой рамы для установки рессорного подвешивания Оснастка для приложения вертикальной силы должна обеспечивать близкое к равномерному распределение вертикальной силы по опорным зонам упругих элементов рессорного подвешивания.

Рисунок 3 - Рекомендуемая схема приложения сил к боковой раме

7.3.1.3 Вертикальную силу, имитирующую нагрузку от фрикционных клиньев, , прикладывают одновременно к опорным поверхностям фрикционных планок.

7.3.1.4 Боковую силу прикладывают одновременно к опорным поверхностям фрикционных планок или к боковым поверхностям вертикальных колонок рессорного проема боковой рамы в зоне, где должен происходить контакт с ограничителями перемещения надрессорной балки в боковом направлении.

7.3.1.5 Продольную силу прикладывают поочередно к опорным поверхностям фрикционных планок через плечо рычага, обеспечивающего расстояние (10185) мм от продольной оси, проходящей между центрами номинального положения шеек осей колесных пар.

7.3.2 Один блок приложения сил к боковой раме показан на рисунке 4.

7.3.2.1 Вертикальные силы по 7.3.1.2 и 7.3.1.3 прикладывают одновременно в режиме от нулевого цикла. Допускается проводить не полную разгрузку детали, если минимальное значение каждой силы не превышает 10 кН.

Частота приложения вертикальных сил должна составлять не менее 0,8 Гц.

7.3.2.2 Боковую силу по 7.3.1.4 прикладывают в режиме симметричного цикла. На каждый цикл приложения вертикальной силы должен приходиться один цикл приложения боковой силы.

7.3.2.3 Продольную силу по 7.3.1.5 прикладывают в режиме симметричного цикла. На каждый цикл приложения вертикальной силы должна приходиться половина цикла приложения продольной силы.

Рисунок 4 - Один блок приложения сил к боковой раме

7.3.3 Для контроля напряжений, возникающих при действии динамических сил, применяют тензорезисторы, установленные по 7.2.2 в определяющих ресурс боковой рамы зонах.

Тензорезисторы устанавливают в местах, аналогичных местам установки при поездных испытания