РАЗДЕЛ 25.
Полигон для ускоренных эксплуатационных испытаний.
Полигон для ускоренных эксплуатационных испытаний различных конструкций верхнего строения и основания пути, подвижного состава и оценки методов эксплуатации пути (FAST) находится в исследовательском центре Американских железных дорог около г. Пуэбло, штат Колорадо.
По кольцевому экспериментальному пути полигона длиной 4,8 мили по 16 ч в сутки в течение 5 дней в неделю пропускают нагружающий рабочий поезд, состоящий из четырех локомотивов и 75 грузовых вагонов (полувагонов, цистерн, платформ) со скоростью 40 миль/ч. Грузоподъемность большей части вагонов 100 т. Такой режим работы экспериментального кольцевого пути обеспечивает в течение одного года имитацию 10-летней эксплуатации грузонапряженной магистральной линии. На основе получаемой в исследовательском центре информации о степени износа и сроке службы элементов верхнего строения пути, затрат на его текущее содержание разрабатываются рекомендации для железных дорог США по выбору наиболее рациональной конструкции пути и системе его эксплуатации с целью снижения возможных расстройств и повреждений, эксплуатационных расходов и повышения провозной способности транспортной системы страны.
Основные задачи и назначение исследовательского центра.
В период после 1970 г. транспортные компании и Федеральная администрация железных дорог США (FRA) пришли к заключению, что для ликвидации имеющегося разрыва между лабораторными исследованиями и опытными работами, проводящимися в эксплуатационных условиях, нужно создание единого исследовательского центра типа FAST. Проведение полномасштабных опытно-экспериментальных работ на железных дорогах в условиях регулярного движения поездов требует чрезмерно больших затрат времени и в значительной мере нарушает технологический процесс эксплуатации пути. Кроме того, в результате такого рода опытных работ можно получить лишь общие данные о преимуществах и недостатках новых типов конструкции пути и методов его текущего содержания без выявления причин и анализа различных факторов, влияющих на полученные результаты. Развитие и совершенствование традиционного типа конструкции железнодорожного пути с рельсами на деревянных шпалах — процесс длительный и эволюционный. Большая часть железнодорожной сети США общей протяженностью 33 тыс. миль требует решения ряда технических и экономических проблем ее эксплуатации на отдельных дорогах уже в течение 75 лет и более.
Схема испытательного кольцевого пути длиной 4,8 мили: 1 — 22 — номера секций, над ними указана крутизна подъемов
Объемы грузовых перевозок на железных дорогах США постоянно возрастают. Так, за период с 1970 по 1980 г. они выросли на одну треть. В этих условиях расстройства проектного профиля пути, вызываемые высокими осевыми нагрузками, а также ограниченные финансовые возможности дорог осложняют текущее содержание пути, приводят к необходимости введения ограничения скорости движения поездов на ряде участков. В связи с этим проведение опытных работ по совершенствованию конструкции пути требует значительных затрат времени и оказывается недостаточно эффективным.
Поэтому железнодорожные компании и Федеральная администрация железных дорог США пришли к соглашению о необходимости в целях сокращения продолжительности опытно-экспериментальных работ осуществления ускоренных испытаний различных компонентов новых конструкций пути. Совместно с некоторыми железными дорогами Федеральная администрация провела ряд таких исследований на разных объектах. В июне 1971 г. были закончены опытные работы по определению напряженного состояния пути на линиях железной дороги Penn Central в штате Мэриленд. Изучение причин и условий, приводящих к боковым выбросам пути, проведено на магистральных линиях железной дороги CandO/BandO в штате Виргиния. В октябре 1973 г. в районах с холодным климатом на Аляске севернее г. Анкоридж выполнены опытные работы по сбору и накоплению данных о эксплуатации в этих условиях железобетонных шпал и упрочняющих балласт полимерных добавок. Весной 1974 г. на магистральной линии железной дороги CandO/BandO в штате Виргиния испытывались два типа английских скреплений для железобетонных шпал.
Наиболее крупные опытные работы с новыми типами подрельсового основания пути проведены на девяти опытных участках магистральной линии железной дороги Atchisson, Topeka and Santa Fe в 45 милях северозападнее Уичито, штат Канзас, в 1973 г. На участках с безбалластным основанием пути рельсы уложили на раздельные продольные лежневые опоры из сборного и монолитного железобетона и на сплошные железобетонные плиты. На участках с щебеночным балластом уложили железобетонные шпалы с тремя различными межосевыми расстояниями и двумя разными толщинами балластной призмы. Кроме того, на линии был участок со стабилизированным балластом и контрольный участок с типовым верхним строением пути. Годовой грузооборот линии 40 млн. т брутто.
В первые же 24 ч эксплуатации были повреждены 16 скреплений на участках с безбалластным основанием пути. После ремонта и замены скреплений опытные участки вновь ввели в эксплуатацию в декабре 1974 г. В результате последующего нагружения линии 20 млн. т брутто из-за боковых выбросов пути на участках с железобетонными шпалами и смещения их вдоль оси пути на протяжении 1,5 мили линия была закрыта для эксплуатации. Верхнее строение пути на опытных участках разобрали и путевые материалы, в частности сварные рельсовые плети и железобетонные шпалы, перевезли для повторного использования в исследовательский центр в г. Пуэбло. Опытные работы в штате Канзас еще раз подтвердили сложность и трудность проведения исследований в реальных условиях эксплуатации линии, а также необходимость создания специализированного испытательного полигона. Это подтверждается положительным опытом использования таких испытательных полигонов государственными железными дорогами других стран, например в СССР, где на подмосковной станции Щербинка созданы экспериментальное испытательное кольцо и исследовательская лаборатория. Два кольцевых пути используются для испытаний конструкции пути, а третий кольцевой путь — для испытаний локомотивов и подвижного состава для всей сети железных дорог СССР протяженностью 85 тыс. миль.
В 1972—1975 гг. проект организации FAST изучался администрациями железных дорог США и Американской ассоциацией железных дорог ( AAR). В итоге этих работ, совместно финансируемых AAR и FRA, в январе 1976 г. принято решение о строительстве исследовательского центра, являющегося частью рассчитанной на 10 лет международной исследовательской программы изучения процесса взаимодействия пути и подвижного состава, осуществляемой США и Канадой.
Первое испытательное кольцо FAST.
При строительстве полигона для ускоренных испытаний пути рассматривалось несколько вариантов, в конечном итоге предпочтение было отдано традиционным конструкциям верхнего строения пути. Первоначально предполагалось построить кольцевой испытательный путь, состоящий из 16 участков, на которых укладывались: шпалы из железобетона, твердых и мягких пород дерева, составные деревянные шпалы; рельсы из различных сортов стали; балласт из различных скальных пород и с разными размерами толщины и плеч балластной призмы; разные типы крестовин и контррельсов стрелочных переводов; костыльные и другие типы скреплений; изолирующие стыки; клееные и полностью сварные стрелочные переводы.
Затем первоначальный проект кольцевого пути был расширен до 22 участков: были включены участки со слоеными, скрепленными штифтами деревянными шпалами, металлическими шпалами, резиновыми прокладками для скреплений, противоугонами, заполнителями для костыльных отверстий в шпалах и дополнительными новыми типами рельсовых скреплений и железобетонных шпал.
В мае 1976 г. были закончены все подготовительные работы и начата укладка верхнего строения пути испытательного кольца длиной 4,8 мили.
Укладка предварительно напряженных железобетонных шпал
Закрепление скоб упругих скреплений на железобетонных шпалах
В конце сентября этого же года начата эксплуатация испытательного кольцевого пути, а в мае 1977 г. введен в действие обслуживающий комплекс, состоящий из крытого здания размером 140χ60 футов с расположенными в нем двумя смотровыми путями длиной 100 футов, примыкающих к нему путей отстоя для подвижного состава, подъездных путей и устройств для обслуживания и экипировки локомотивов. В помещении здания производят измерения и обслуживание ходовых обустройств нагружающего поезда.
В состав обслуживающего комплекса входит также производственный корпус, в котором размещены сварочный, механический и деревообрабатывающий цехи; участок размером 100X300 футов для осмотра и ремонта подвижного состава с четырьмя внутренними железнодорожными путями, два из которых оснащены смотровыми канавами; два мостовых крана грузоподъемностью 30 т. К корпусу примыкают три внешних железнодорожных пути и установки для мытья вагонов.
Параметры всего верхнего строения пути и отдельных его элементов измеряли периодически с интервалом 100 футов по длине кольцевого испытательного пути современной электронной аппаратурой. Твердость поверхности катания головок рельсов определяли через каждые 200 футов портативным переносным прибором. Внутренние напряжения в рельсах и их профиль сначала определяли на всем протяжении кольцевого пути, а впоследствии лишь на отдельных секциях. Чтобы продлить срок службы рельсов в кривых, смонтированы простые рельсосмазывающие станки.
Укладка сварных рельсовых плетей массой 136 фунтов/ярд на железобетонные шпалы