Испытания по определению запаса
сопротивления усталости рамы и кузова
грузовых вагонов
Содержание
1 Область применения
2 Нормативные ссылки
3 Объект испытаний
4 Определяемые характеристики
5 Условия проведения испытаний
6 Методы и средства проведения испытаний
7 Порядок проведения испытаний
8 Обработка данных и оформление результатов испытаний
9 Требования техники безопасности и охраны окружающей среды
10 Требования к персоналу
11 Распределение ответственности за обеспечение и
проведения испытаний
1 Область применения
1.1 Настоящая типовая методика является обязательной при проведении сертификационных испытаний по определению коэффициента запаса сопротивления усталости рамы и кузова грузовых вагонов с целью установления его соответствия нормативным требованиям п. 4 НБ ЖТ ЦВ 01‑98.
1.2 Методика разработана в соответствии с требованиями НБ ЖТ ЦВ 01‑98 приложение Б.
2 Нормативные ссылки
При разработке настоящей методики использовались следующие нормативные документы:
- Федеральный закон Российской Федерации -ФЗ «О техническом регулировании»;
- Федеральный закон Российской Федерации -ФЗ «Об обеспечении единства измерений»;
- ГОСТ Р 8.568-97 «Аттестация испытательного оборудования. Основные положения»;
- ГОСТ 25.101-83 «Расчеты и испытания на прочность. Методы схематизации случайных процессов нагружения элементов машин и конструкций и статистического представления результатов»;
- НБ ЖТ ЦВ 01-98 «Вагоны грузовые железнодорожные. Нормы безопасности»;
- П ССФЖТ 31/ПМГ40‑2003 «Порядок сертификации технических средств железнодорожного транспорта»;
- ПР 50.2.006-94 «Порядок проведения поверки средств измерений».
3 Объект испытаний
3.1 На испытания представляется грузовой вагон, принятый ОТК завода-изготовителя, отобранный из числа готовой продукции. Готовность вагона к сертификационным испытаниям должна быть подтверждена соответствующим Актом.
3.2 Отбор образца производится в соответствии с правилами ССФЖТ. Отбор осуществляет Регистр Сертификации на федеральном железнодорожном транспорте (“РС ФЖТ”), который вправе поручить отбор образцов другой компетентной организации или должностному лицу на основании доверенности.
3.3 Идентификация объекта испытаний производится в соответствии с П ССФЖТ 31/ПМГ40‑2003 на основании заводского или приписного номера, табличке завода-изготовителя, а также иных идентификационных признаков, влияющих на сертификационные показатели п.4 НБ ЖТ ЦВ 01‑98 (тип тележек). По результатам идентификации оформляется акт идентификации в соответствии с утвержденной в испытательной лаборатории (центре) формой.
3.4 С объектом испытаний поставляется комплект технической документации:
- конструкторская документация на вагон (общий сборочный чертеж);
- акт отбора образцов;
- акт готовности образца к испытаниям;
- ТУ (проект ТУ) на вагон;
- расчет динамических характеристик вагона;
- технические характеристики тележек.
4 Определяемые характеристики
4.1 Сведения о номенклатуре определяемых характеристик приведены в таблице 1.
Таблица 1
Наименование определяемых характеристик (сертификационных показателей) продукции | Единицы измерения | Значения и допуск показателя в соответствии с НД |
Коэффициент запаса сопротивления усталости рамы и кузова вагона: - при наличии экспериментальных данных по пределу выносливости и по эксплуатационной нагруженности детали - при наличии экспериментальных данных по пределу выносливости и расчетных данных по эксплуатационной нагруженности детали, либо при наличии расчетных данных по пределу выносливости и экспериментальных данных по эксплуатационной нагруженности детали | - | 1,3 1,5 |
4.2 Для определения сертификационного показателя проводят измерение и регистрацию следующих величин:
‑ динамические напряжения в исследуемых узлах и элементах вагона; характер их изменения, частотный состав и статистическая повторяемость амплитуд;
‑ скорость движения опытного поезда;
‑ характер участков пути (прямая, кривая, стрелки).
5 Условия проведения испытаний
5.1 Испытания проводятся в естественных климатических условиях при скорости ветра не более 7 м/с.
5.2 Испытания проводятся на железнодорожных путях общего пользования. Регистрация измеряемых процессов производиться на прямых, кривых участках пути и стрелочных переводах во всем проектном диапазоне допускаемых эксплуатационных скоростей от 40 км/ч до максимальной конструкционной скорости с интервалом 10 км/ч.
Измерения проводятся при установившемся режиме движения. Поездки опытного поезда проводятся по всей длине опытного участка с постоянной заданной скоростью для каждого диапазона скоростей в прямом и обратном направлениях.
Требования к участку пути:
Участки пути, на которых проводятся испытания, должны иметь состояние не ниже «хорошо» определенное по методам оценки, принятым в ОАО «РЖД». Состояние участка пути подтверждается данными прохода вагона – путеизмерителя, проход которого осуществлен не более чем за месяц до начала проведения опытных поездок. Участок пути, на котором проводятся испытания, должен быть аттестован в соответствии с ГОСТ Р 8.568.
5.3 Испытания проводятся для порожнего и груженого варианта испытуемого вагона. Необходимость проведения испытаний для промежуточной загрузки вагона определяется дополнительно решением «РС ФЖТ».
В случае если вагон предназначен для перевозки различных грузов имеющих существенное отличие по опиранию на вагон или различную высоту центра тяжести, то испытания для груженого варианта проводятся для каждого вида груза.
Для полувагонов допускается использовать в качестве груза уголь, щебень, для крытых вагонов – зерно или тарно-штучный груз (при этом должна создаваться нагрузка на торцевую стену), для платформ – контейнеры, металлопрокат, железобетонные изделия и т. п. Для вагонов-цистерн в качестве груза допускается использование воды, при этом масса брутто вагона-цистерны должна соответствовать требованиям ТУ. Допускается использование воды в качестве испытательного груза и для других типов вагонов.
5.4 Перед испытаниями опытный вагон должен быть взвешен. Взвешивание опытного вагона проводится на вагонных весах с классом точности не хуже среднего и погрешностью ±100 кг или по осям в соответствии с методикой испытательной лаборатории (центра). Масса вагона брутто не должна отличаться от предусмотренной документацией более чем на 3%.
5.5 По экономическим и организационным соображениям ходовые прочностные испытания, как правило, следует объединять по месту и времени проведения с ходовыми динамическими испытаниями (если они необходимы).
6 Метод и средства проведения испытаний
6.1 Испытания проводятся расчетно-экспериментальным методом путем проведения заездов с объектом испытаний по железнодорожному пути различного плана и профиля.
6.2 Сведения о средствах испытаний приведены в таблице 2.
Таблица 2
Наименование определяемых характеристик (сертификационных показателей) продукции | Наименование, тип (марка) ИО и СИ | Основные характеристики испытательного оборудования и средств измерений | Документ, подтверждающий параметры ИО и СИ |
Коэффициент запаса сопротивления усталости рамы и кузова вагона | Участок железнодорожного пути | Прямая Кривая R=(300-400) м Кривая R=(500-700) м Стрелочный отвод | Аттестат на ИО (№, дата выдачи, периодичность аттестации), протокол периодической аттестации (№, дата аттестации) |
Динамический тензометрический измерительный усилитель | Класс точности 0,5 | Свидетельство о поверке, №, дата выдачи, срок действия, кем выдано | |
Температура воздуха | Измеритель температуры | Погрешность ±0,5°С | Свидетельство о поверке, (знак о поверке), №, дата выдачи, срок действия, кем выдано |
Скорость ветра | Анемометр | Погрешность ±(0,1+0,05V) м/с | Свидетельство о поверке, (знак о поверке), №, дата выдачи, срок действия, кем выдано |
6.3 Средства измерения, используемые при испытаниях, должны иметь свидетельство о поверке (знак о поверке) в соответствии с требованиями ПР 50.2.006. Допускается использование других средств измерения, с метрологическими характеристиками не хуже указанных в таблице 2.
Испытательное оборудование должно быть аттестовано в соответствии с ГОСТ Р 8.568‑97.
6.4 В качестве первичных преобразователей в измерительных схемах используются тензорезисторы с номинальной базой 10 мм и коэффициентом тензочувствительности (1,2 ‑ 2,8)±1%. Не допускается использование в измерительных плечах схемы тензорезисторов с разным коэффициентом тензочувствительности. Номинальное сопротивление тензорезисторов должно удовлетворять требованиям используемого измерительного усилителя.
6.5 Измерение скорости движения опытного сцепа может осуществлять одним из следующих способов:
- по измерениям частоты вращения колеса вагона-лаборатории (опытного вагона) с последующим расчетом скорости движения;
- по показаниям навигационного приемника системы GPS/ГЛОНАСС;
- по показаниям измерителя скорости локомотива.
Погрешность измерения скорости – ±1 км/ч.
6.6 Измерительная аппаратура устанавливается в вагоне-лаборатории и соединяется с измерительными схемами опытного вагона измерительными кабелями. Измерительные кабели не должны нарушать нормального взаимодействия элементов опытного (исследуемого) вагона и вызывать искажения их нагруженности при проведении испытаний. Проложенные измерительные кабели должны быть надежно закреплены и должны обеспечивать безопасность движения опытного сцепа.
6.7 Регистрация получаемых данных осуществляется с помощью программного обеспечения, поставляемого совместно с используемым измерительным усилителем. Программное обеспечение для регистрации данных собственной разработки (сторонних разработчиков) должно пройти метрологическую аттестацию установленным порядком.
6.8 Частота фильтрации при регистрации процессов должна приниматься не менее 20 Гц. Частота дискретизации, выбираемая при настройке измерительного усилителя, не менее 400 Гц.
7 Порядок проведения испытаний
7.1 Подготовка вагона:
‑ провести осмотр вагона;
‑ разметить и подготовить места для наклейки тензорезисторов;
‑ наклеить тензорезисторы в соответствии с требованиями инструкции по эксплуатации на тензорезисторы и настоящей методики, тензорезисторы должны наклеиваться в точках, близких к концентраторам напряжений, преимущественно в зонах растянутых волокон в которых по результатам расчетов получены максимальные напряжения;
‑ произвести распайку измерительных схем (рекомендуется использовать мостовые схемы);
‑ подключить измерительные кабели к измерительным схемам и закрепить их на вагоне;
‑ соблюдая требования безопасности и условия работы используемых средств измерения и регистрации установить измерительную аппаратуру, подключить к ней измерительные кабели и проверить ее готовность к работе;
‑ определить масштабы регистрируемых процессов.
Масштаб регистрируемого процесса μ определяются по формуле
, (1)
где RТ – сопротивление тензорезистора (рабочего плеча схемы);
Rш – сопротивление шунтирующего резистора;
E – модуль упругости материала испытуемой конструкции;
KТ – коэффициент тензочувствительности тензорезистора;
A – амплитуда «отскока» при шунтировании рабочего плеча схемы.
7.2 Проверить отсутствие помех в сигнале, амплитуда которых не должны превышать ±1 МПа, если величина помехи составляет более ±1 МПа дальнейшие измерения не допускаются до устранения причин возникновения помех (использовать при работе сетевые фильтры, провести заземление аппаратуры, проверить измерительные схемы и пр.). Результат проверки подтверждается регистрацией отдельного кадра.
7.3 Провести заезды опытного вагона по участку пути с регистрацией данных. Суммарная продолжительность записей (реализации), исследуемых процессов в каждом интервале скоростей движения на различных отрезках пути должна быть не менее 300 секунд. Общий объем длительности измерений основных процессов во всем диапазоне скоростей должен быть не менее 60 минут для каждого варианта загрузки.
7.4 При регистрации измерительной информации несколькими устройствами их работа должна быть синхронизирована едиными сигналами времени, вспомогательными сигналами ("маркерами") и предусматривать одновременное включение (выключение) аппаратуры.
8 Обработка данных и оформление результатов испытаний
8.1 Все зарегистрированные данные систематизируются в зависимости от скорости движения вагона, характера участка пути и варианта загрузки.
8.2 В процессе обработки получается совокупность гистограмм (распределений) напряжений, схематизированных методом полных циклов в соответствии с ГОСТ 25.101 для каждого диапазона скоростей движения каждого характерного участка пути для всех видов загрузки вагона.
8.3 Далее в соответствии с формулой (1) производится расчет величины эквивалентной приведенной амплитуды динамических напряжений, σа, э
, (1)
где m – показатель степени в уравнении кривой усталости в амплитудах;
N0 – базовое число циклов;
, (2)
где 
– проектный среднесуточный пробег вагона, км;
– проектный календарный срок службы, лет;
– средняя техническая скорость движения вагона, м/с (таблица 3);
‑ эффективная частота динамических напряжений, Гц;
K – количество характерных признаков пути, равно 3 (прямые, кривые, стрелки);
‑ средняя доля протяженности прямых (К=1), кривых участков пути (К=2) и стрелок (К=3) в общей длине ж. д. линий;
принимает следующие значения:
‑ 0,75 для прямых участков пути;
‑ 0,23 для кривых участков;
‑ 0,02 для стрелочных переводов, крестовин и пересечений путей;
J – количество интервалов скоростей движения;
‑ доля времени, приходящаяся на эксплуатацию в соответствующем интервале скоростей, значения приведены в таблице 3;
L – количество вариантов загрузки;
‑ доля времени, приходящаяся на эксплуатацию при соответствующем режиме загрузки. Осредненные величины коэффициентов порожнего пробега для основных типов грузовых вагонов приведены в таблице 4;
I – число уровней амплитуд напряжений;
‑ уровень амплитуды динамических напряжений при движении в j‑ом интервале скоростей движения по k‑ому участку пути при варианте загрузки l;
‑ вероятность появления амплитуд напряжений с уровнем 
при движении в j‑ом интервале скоростей движения по k‑ому участку пути при варианте загрузки l;
8.4 При расчете коэффициента запаса сопротивления усталости элементов конструкции вагона используем формулу (3)
(3)
где [n] ‑ допускаемый коэффициент запаса сопротивления усталости, определяемый п.4 НБ ЖТ ЦВ 01-98;
‑ предел выносливости металлоконструкции вагона для соответствующей исследуемой зоны, полученный с учетом рекомендуемого среднего коэффициента снижения предела выносливости 
.
Таблица 3 – Доля времени, приходящаяся на эксплуатацию в соответствующем интервале скоростей
Интервал скорости движения, ΔV, м/с | Средняя скорость интервала, Vср, м/с | Значение Pvj | |||
Грузовые и изотермические вагоны | |||||
Конструкционная (расчетная) скорость, м/с (км/ч) | |||||
40 (140) | 35 (120) | 30 (100) | 25 (90) | ||
8 ÷12,5 | 6,25 | 0,02 | 0,03 | 0,05 | 0,08 |
12,5 ÷15,0 | 13,75 | 0,06 | 0,07 | 0,12 | 0,17 |
15,0 ÷17,5 | 16,25 | 0,07 | 0,09 | 0,15 | 0,22 |
17,5 ÷20,0 | 18,75 | 0,10 | 0,12 | 0,20 | 0,30 |
20,0 ÷22,5 | 21,25 | 0,13 | 0,16 | 0,25 | 0,18 |
22,5 ÷25,0 | 23,75 | 0,14 | 0,19 | 0,15 | 0,05 |
25,0 ÷27,5 | 26,25 | 0,13 | 0,16 | 0,06 | - |
27,5 ÷30,0 | 28,75 | 0,11 | 0,10 | 0,02 | - |
30,0 ÷32,5 | 31,25 | 0,10 | 0,06 | - | - |
32,5 ÷35,0 | 33,75 | 0,07 | 0,02 | - | - |
35,0 ÷37,5 | 36,25 | 0,05 | - | - | - |
37,5 ÷40,0 | 38,75 | 0,02 | - | - | - |
Проектная средняя техническая скорость, V, м/с (км/ч) | 24,7 (89) | 22,4 (81) | 19,2 (69) | 17,0 (61) |
Таблица 4 – Осредненные величины коэффициентов порожнего пробега для основных типов грузовых вагонов
Тип вагона | Коэффициент порожнего пробега |
Крытый вагон | 0,175 |
Вагон-платформа | 0,200 |
Полувагон | 0,250 |
Вагон-цистерна | 0,450 |
Изотермический вагон | 0,350 |
Специализированный вагон | 0,500 |
8.5 Оценка результатов испытаний производится в соответствии со следующими положениями:
‑ если коэффициент запаса усталостной прочности для всех исследуемых зон равен или выше допускаемого значения, то конструкция вагона обладает достаточной усталостной прочностью при заданном сроке службы;
‑ если коэффициент запаса усталостной прочности для одной или нескольких исследуемых зон ниже допускаемого значения, то конструкция вагона не обладает достаточной усталостной прочностью при заданном сроке службы.
8.6 Измеренные величины представляются в виде таблиц. При необходимости прилагаются диаграммы, записанные регистрирующей аппаратурой.
8.7 В случае если в процессе испытаний выявляются неисправности или повреждения вагона, испытания приостанавливаются, испытательный центр сообщает о случившемся в «РС ФЖТ», который в свою очередь принимает решение о порядке продолжения работ по испытаниям.
8.8 Результаты испытаний оформляются протоколом испытаний по установленной при аккредитации испытательной лаборатории (центра) форме.
9 Требования безопасности и охраны окружающей среды
9.1 Общие требования.
9.1.1 При подготовке и проведении испытаний должны строго соблюдаться требования техники безопасности и производственной санитарии, инструкции по охране труда и технике безопасности, предусмотренные в промышленности и на железнодорожном транспорте.
9.1.2 Все работы по подготовке и проведению испытаний должны производиться под непосредственным руководством и контролем назначенного руководителя испытаний или другого уполномоченного ответственного лица, которые перед началом испытаний обязаны провести инструктаж участников работ по технике безопасности и охране труда и зарегистрировать (под расписку) в специальном журнале список лиц, прошедших инструктаж.
9.1.3 Применяемое для испытаний оборудование, вспомогательные средства, инструмент и приборы должны находиться в технически исправном состоянии. Оборудование должно обеспечивать безопасность обслуживания и использования.
9.1.4 Порядок и технология подготовки объекта к испытаниям должны предусматривать обеспечение максимального удобства и безопасности проведения всех предусмотренных программой операций.
Выполнять работы и находиться под испытуемым вагоном или около него (ближе 3 м), при подготовке и проведении испытаний можно только с разрешения Руководителя испытаний. Доступ посторонним лицам в зону подготовки и проведения испытаний, должен быть запрещен.
9.1.5 Испытатели во время подготовки и проведения испытаний должны быть обеспечены соответствующей спецодеждой, средствами защиты и связи.
При проведении работ на железнодорожных путях (в том числе заводских), между путей и обочинах путей, на станциях и перегонах испытатели обязаны работать в жилетах оранжевого цвета, одеваемых поверх верхней одежды.
9.2 Дополнительные требования:
9.2.1 Основными источниками опасности при подготовке и проведении испытаний вагонов на железнодорожных путях ОАО "РЖД", испытательных полигонах или предприятиях являются:
- транспортные передвижения испытуемого вагона, вагона-бойка и вспомогательного подвижного состава;
- передвижение подвижного состава на соседних путях, передвижение козловых (мостовых) кранов и другого оборудования;
- операции по погрузке или разгрузке и движение колесного транспорта по технологическим проездам.
9.2.3 Установленные приборы, приспособления и коммуникации не должны нарушать габарит подвижного состава и препятствовать нормальному взаимодействию всех элементов опытного вагона, должны быть надежно закреплены, чтобы исключить возможность их падения, смещения за габарит или повреждения при движении.
9.3 Испытания не приводят к загрязнению окружающей среды.
10 Требования к персоналу
10.1 Персонал ИЛ (ИЦ), принимающий участие в данном виде испытаний, должен иметь, как правило, высшее образование по своей специальности, высокую квалификацию, опыт работы в области проведения испытаний технических средств железнодорожной техники (ТСЖТ), а также быть аттестован на право проведения испытаний в установленном порядке.
10.2 Персонал ИЛ (ИЦ), непосредственно участвующий в проведении испытаний, должен ознакомиться с особенностями представленного на испытания образца ТСЖТ, иметь глубокие теоретические знания, знать основные руководящие документы по проводимым испытаниям.
10.3 Руководители испытаний должны иметь глубокие теоретические знания, опыт работы в области данного вида испытаний ТСЖТ не менее 5 лет, обладать организаторскими способностями, умением работать с коллективом и мобилизовать его на качественную и эффективную работу.
10.5 Лица моложе 18 лет и необученный персонал к проведению испытаний не допускаются.
11 Распределение ответственности за обеспечение и
проведение испытаний
11.1 Руководитель ИЛ (ИЦ) несет ответственность за соблюдение правил и процедуры проведения и оформления результатов испытаний, выполнения персоналом требований НД, руководящих документов «РС ФЖТ», «Руководства по качеству ИЛ (ИЦ)», полноту и качество работ при проведении испытаний.
11.2 Руководитель испытаний несет ответственность за организацию проведения испытаний образцов ТСЖТ, соблюдения правил и процедур «РС ФЖТ» проведения и оформления результатов испытаний, объективность, полноту и качество проведения испытаний.
11.3 Специалисты по испытаниям несут ответственность за качественную подготовку измерительной аппаратуры к проведению испытаний, подготовку объекта испытаний, своевременное выполнение заданий, качественное проведение измерений и точность экспериментальных данных, соблюдение правил техники безопасности при проведении испытаний, соблюдение конфиденциальности полученной в результате испытаний информации.
Разработчик ____________________
