Kiskokaluston akselien lujuustekninen mitoitus

Abstract

Eri rautatielaitoksilla ja kiskokulkuneuvojen valmistajilla on yleensä omat ohjeensa pyöräkertojen akselien väsymislujuusmitoitukseen. Julkaistut laskentaohjeet ovat joko hyvin pelkistettyjä tai keskittyvät johonkin lujuuteen vaikuttavaan yksityiskohtaan. Tämän työn tarkoituksena on luoda koottu esitys kiskokulkuneuvojen akselien mitoituksesta ja antaa laskijalle perusteet harkittujen kuormitusolettamuksien tekemiseen sekä teräsakselin mitoittamiseen materiaalin sietorajaan nähden. Työssä on perehdytty kiskoilla liikkumisen teoriaan ja akselilaskentaa koskevaan kirjallisuuteen. Teoria on esitetty niiltä osin kuin se on akselia mitoitettaessa välttämätöntä tuntea. Kuormitusyhdistelmien muodostamisessa huomioon otettavien yksittäisten voimien suuruuksia on tarkasteltu eri ajotilanteissa sekä eri kulkuneuvotyypeillä. Erityistä huomiota on kiinnitetty kiskon ja pyörän välisiin kitkavoimiin. Esimerkkinä tarkasteltiin erään pienveturin kuormitusyhdistelmät, joista mitoittavaksi saatiin jarrutus täydellä nopeudella kaarteessa. Vaunukaluston akseleille on olemassa vakiintuneet laskentatavat, mutta vetävän kaluston kuormituksia määritettäessä on tehtävä oletuksia, joiden oikeellisuus voidaan varmuudella todeta vasta mittauksin. Mittauksiin yhdistetyllä tietokoneavusteisella mallisimuloinnilla tulee olemaan lisääntyvä merkitys kuormitusta arvioitaessa. Taivutusvaihtokuormitetun akselin mitoitusta vaihtolujuuden perusteella käsitellään kiskokulkuneuvojen erityispiirteiden kannalta. Loven-vaikutuksen ja sallitun väsytysjännityksen määrittämisessä on eroja eri lähteiden kesken. Työssä suoritetaan vertailuja ja selvitetään tulkintaerojen taustaa. Elementtimenetelmän käyttömahdollisuuksia käytännönmitoituksessa tutkittiin suorittamalla testi lovenmuotoluvun määrittämiseksi. Pafec-ohjelmistolla saatu muotoluku poikkesi alle prosentin kirjallisuudessa esitetystä olakkeen muotoluvusta. Tietokoneiden tehon kasvaessa ja ohjelmistojen kehittyessä tulee ilmeisesti mahdolliseksi määrittää taivutusrasitetun kutistusliitoksen lujuus elementtimenetelmällä myös käytännön mitoitustyössä. /Kir09