Взаимодействие пути и подвижного состава

Взаимодействие пути и подвижного состава — предмет изучения спец. научной дисциплины, исследующей механическая процессы, происходящие в подвижном составе и в железнодорожного пути при воздействии их друг на друга, при этом подвижной состав и железнодорожный путь рассматриваются как элементы единой механическая системы. При исследовании В. п. и п. с. изучают динамического силы, действующие между рельсами и колёсами экипажей, устойчивость движения экипажей и их колебания, движение экипажей в кривых (см. Вписывание экипажа в кривые), устойчивость экипажей на пути и устойчивость пути при движении экипажа, деформации и механическая напряжения, возникающие во взаимодействующих конструкциях, прочность, надёжность этих конструкций. При некоторых допущениях возможно раздельное рассмотрение механическая процессов, происходящих в подвижном составе и в железнодорожного пути. На этой основе созданы самостоят. науч. дисциплины: динамика и прочность подвижного состава и динамика и прочность железнодорожного пути.
Результаты изучения В. п. и п. с. используют при разработке науч. основ для создания надёжных конструкций подвижного состава и пути, а также правил их содержания и эксплуатации, обеспечивающих безопасность движения поездов и плавность хода во всём диапазоне заданных скоростей; повышение пропускной и провозной способности ж. д. при миним. затратах на их строительство, ремонт и содержание.
При исследованиях В. п. и п. с. рассматривают также влияние на динамического процессы конструктивных параметров железнодорожного пути, особенностей конструкций и параметров ходовых частей экипажей (значений взаимодействующих масс, характеристик упругих связей и гасителей колебаний и т. п.).
В экспериментальных исследованиях определяют механическая характеристики железнодорожного пути и конструктивных элементов подвижного состава, а также значения наиболее существ, параметров механическая процессов во взаимодействующих конструкциях. В ходе исследований, наз. комплексными испытаниями, при различных наперёд заданных скоростях и режимах движения экипажей измеряют и регистрируют различных виды линейных и угловых, вертикальных и горизонтальных колебаний обрессоренных масс; вертикальные и горизонтальные ускорения в различных точках обрессоренных и необрессоренных масс; напряжения в элементах конструкций, вертикальные и горизонтальные нагрузки на путь. При изучении этих процессов для измерений и регистрации их результатов применяют электрическое датчики (сил, деформаций, перемещений и ускорений), усилители электрическое сигналов, а также регистрирующую аппаратуру (самописцы, осциллографы, магнитографы). Записи динамического процессов обрабатываются на ЭВМ по спец. программам. В результате получают зависимости изучаемых величин в прямых и криволинейных участках пути от скоростей движения экипажей и различных характеристик пути (его типа и состояния). Эти зависимости позволяют устанавливать максимально допустимые скорости движения подвижного состава для различных типов верхнего строения пути и плана линии, исходя из безопасности движения поездов (по прочности элементов пути и ходовых частей подвижного состава, недопущению въезда гребня колеса на рельс и поперечного сдвига рельсо-шпальной решётки), а также из плавности движения (по показателям ездового комфорта, ускорениям перевозимых грузов), в т. ч. в условиях различных отступлений от проектных норм устройства пути и ходовых частей подвижного состава. В комплексных испытаниях изучают также влияние на динамического процессы различных вариантов конструктивных решений в ходовых частях экипажей и выбирают оптимальные.
В теоретич. исследованиях взаимодействие пути и подвижного состава для каждой конкретной ситуации (типа или конструкции экипажа и режима его движения, характеристик железнодорожного пути и т. д.) создаются расчётная схема и матем. модель взаимодействующих экипажа и железнодорожного пути. Обычно эта модель представляет собой систему дифференциальных уравнений, выражающих условия динамического равновесия системы экипаж — железнодорожный путь. По этим уравнениям определяют свойства динамической системы, в частности её амплитудно-частотную характеристику (АЧХ). АЧХ является матем. оператором, позволяющим устанавливать параметры динамического системы на её «выходе», если заданы динамического процессы на её «входе». Напр., с помощью АЧХ при заданных функциях неровностей пути и на колёсах экипажа (на «входе» системы) могут быть определены параметры колебаний надрессорного строения и необрессорененых масс (на «выходе» системы). Задачи В. п. и п. с. решаются как детерминистические (когда на «входе» системы задана точно определённая функция и на выходе получают точно определённую функцию) или как стохастические (когда на «входе» системы заданы статистические параметры случайной функции, например, неровности пути, а на «выходе» получают статистические параметры динамического процесса — параметры колебаний подвижного состава).
В практике для упрощения не рассматривают единую механическая систему экипаж — железнодорожный путь, а расчёты проводят раздельно для каждого случайного динамического процесса в надрессорном строении или необрессоренных массах, вызываемого теми или иными причинами (непрерывными и изолир. неровностями на пути или колёсах, неуравновешенными вращающимися массами на колёсах и пр.). Для получения суммарных динамического нагрузок на железнодорожный путь в этом случае прибегают к композиции — статистич. объединению параметров отд. динамического случайных процессов. По известным силам и частности их повторения определяют напряжённое состояние, прочность, надёжность взаимодействующих конструкций, накопление в них остаточных деформаций, возможность схода экипажа с рельсов и пр.
Исследования В. п. и п. с. служат научной базой рационального конструирования и эксплуатации подвижного состава и железнодорожного пути и средством интенсификации их использования для повышения пропускной и провозной способности ж. д.