В процентах

Марка стали	Массовая доля элементов, в процентах
	Углерод	Марганец	Кремний	Ванадий	Сера	Фосфор
					Не более
1	0,44…0,52	0,80…1,20	0,40…0,65	0,08…0,15	0,030	0,035
2	0,55…0,65	0,50…0,90	0,22…0,45	Не более 0,10	0,030	0,035
3	0,58…0,67	0,50…0,90	0,22…0,45	0,08…0,15	0,020	0,030

- При использовании непрерывно-литой заготовки массовая доля серы не должна превышать 0,020 процентов;

- В готовых колёсах предельные отклонения по массовой доли углерода, марганца, кремния, серы и фосфора от указанных в таблице 1234, в соответствии с ГОСТ 380, по массовой доле ванадия, должны быть не более плюс минус 0,02 процента.

Механические свойства стали ободов вагонных колес имеют следующие значения:

Таблица 2 – Механические свойства колес

Марка стали	Временное сопротивление σВ, Н/мм2	Относительное удлинение δ,%	Относительное сужение ψ, %	Твердость на глубине 30 мм, НВ
		Не менее
1	880…1080	12	21	248
2	910…1110	8	14	255
3	980…1130	8	14	285

Ударная вязкость стали дисков колёс при температуре 20⁰ С должна быть не

менее: для стали марки 1 – 0,3 МДж/м²; для стали марки 2 – 0,2 МДж/м²; для стали марки 3 – 0,16 МДж/м².

Разница значений твердости ободьев на глубине от 29 до 30 мм по периметру колёс не должна превышать 20НВ.

Вертикальная статическая нагрузка груженого вагона подсчитывается в соответствии с формулой (1):

(1)

где , , – силы тяжести соответствующего вагона брутто, сила тяжести колесной пары и сила тяжести консольной части оси, считая от торца шейки до плоскости круга катания колеса;

– число колесных пар в вагоне;

λ – средняя величина коэффициента использования грузоподъемности вагона, для пассажирского вагона λ = 1.

Вертикальная динамическая нагрузка, возникающая при колебаниях обрессоренных масс, рассчитывается в соответствии с формулой (2):

, (2)

где - коэффициент вертикальной динамики колесной пары, расчитываемый в соответствии с формулой (3):

(3)

где λ_в – величина, зависящая от осности тележки (приведена в таблице);

А, В – величины, зависящие от типа вагона и жесткости рессорного подвешивания;

– статический прогиб рессорного подвешивания.

При проведении расчетов учитывается наиболее неблагоприятное состояние несимметричного вида колебаний. Динамическую нагрузку считают приложенной к центру одной шейки, а на другой ее принимают равной нулю.

Во время движения колесная пара нагружается пространственной системой сил, изменяющихся по величине во времени, в соответствии с рисунком 3.

При качении колес по рельсам они испытывают сложные виды нагружения: контактные и ударные нагрузки, трение от соприкосновения с рельсами и тормозными колодками.

а - вертикальные статические и динамические силы; б - вертикальные силы от горизонтальных нагрузок; в - горизонтальные нагрузки от центробежной силы и ветровой нагрузки; г - вертикальные нагрузки от сил инерции

необрессоренных масс

Рисунок 3 - Схема загруженности колесной пары вагона

Соприкасаясь с рельсом малой поверхностью, колесо передает ему значительные статические и динамические нагрузки. В результате этого в зонах соприкосновения колес с рельсами возникают большие контактные напряжения. В процессе торможения между колесами и колодками создаются большие силы

трения, вызывающие нагрев обода, что способствует образованию в нем ряда дефектов. Эксплуатационное нагружение колесной пары характеризуется периодическим резким скачком амплитудных напряжений в ее элементах при прохождении стыков, крестовин и неровностях на рельсах, а также от воздействия неровностей на поверхности катания колес. Подрез гребня возникает при трении гребня о вертикальную поверхность головки рельса и является преждевременным износом вследствие ненормальной работы колесных пар.

Таким образом, колесная пара обязательна, должна быть изготовлена из материала, соответствующего ее техническим возможностям, и также должна быть стандартизирована по размерам для безопасного движения вагона по рельсовому пути.