ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ. ЦЕЛИ И ЗАДАЧИ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИИ
Надежным способом получения точных результатов исследований взаимодействия пути и подвижного состава и проверки правильности теоретического описания этих процессов были и остаются экспериментальные методы. Экспериментальные исследования отличает высокая надежность получения конечных результатов; однако они в меньшей степени, чем теоретические исследования, дают возможность проследить цепь причин и следствий изучаемых процессов.
Поэтому рациональное сочетание экспериментальных и теоретических методов позволяет хорошо и надежно проникать в сущность явлений взаимодействия пути и подвижного состава и управлять ими.
В зависимости от потребностей теории и практики в экспериментальных исследованиях взаимодействия пути и подвижного состава обычно ставят следующие задачи: а) определение динамических и по воздействию на путь характеристик какой-либо единицы подвижного состава, в том числе наибольших допускаемых и оптимальных скоростей ее движения в разных условиях эксплуатации; б) оптимизация конструкции экипажа, направленная на улучшение его динамических качеств, уменьшение воздействия на железнодорожный путь и обеспечение прочности самой конструкции; в) исследования, связанные с установлением норм устройства и содержания подвижного состава и пути; г) получение сведений о влиянии конструктивных особенностей пути и подвижного состава на параметры, входящие в теоретические расчеты и необходимые для анализа и прогнозирования многих сложных динамических процессов в пути и подвижном составе.
Каждая из указанных выше задач решается прямыми измерениями параметров динамических процессов, соответствующими методами их обработки, систематизацией и анализом результатов измерений. Экспериментальные исследования процессов взаимодействия пути и подвижного состава, называемые комплексными испытаниями, состоят из двух основных видов испытаний: динамических (ходовых) и по оценке воздействия экипажей на путь. В ходовых испытаниях при движении экипажа непрерывно или через заданные или случайно определяемые интервалы времени на нем регистрируются динамические процессы; в испытаниях по воздействию экипажа на путь на фиксированных участках (отрезках) пути измеряются и регистрируются динамические процессы в элементах пути. Их совместный анализ, включающий и взаимную корреляцию полученных данных, позволяет с достаточной полнотой решать поставленные в экспериментах задачи.
ОБЪЕКТЫ ИСПЫТАНИЙ, МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ИХ СОСТОЯНИЯ И ПАРАМЕТРОВ
Опытные участки пути
Экспериментальные исследования процессов взаимодействия пути и подвижного состава проводятся на коротких (порядка 5— 10 км) отрезках, принимаемых за эталонные по конструкции и состоянию (на путях специального испытательного полигона), и на длинных участках эксплуатируемой сети железных дорог.
Испытания на коротких участках пути чаще всего проводятся для выявления различий в ходе динамических процессов у различных типов или экземпляров экипажей при заданных практически неизменных конструкциях и качестве железнодорожного пути или для изучения влияния и эффективности тех или иных изменений в конструкции экипажа на его динамические параметры. При испытаниях на длинных участках пути получают представительную для сети дорог картину динамического взаимодействия экипажа и пути.
В соответствии с целями, которые обычно ставятся в испытаниях на коротких участках, конструкция верхнего строения пути на таком полигоне должна соответствовать наиболее легкой конструкции верхнего строения, на которой в последующем предполагается эксплуатация исследуемых единиц подвижного состава. Для железных дорог СССР в настоящее время такой конструкцией, по-видимому, является верхнее строение с рельсами типа Р50 при 1840 шпалах на 1 км и щебеночной балластной призмой.
Для возможности исследования поведения экипажей в круговых кривых различного радиуса на таком полигоне необходимо иметь набор кривых с радиусами от 250—300 м до 2000 м. Длина прямого участка пути и каждой из этих кривых должна быть достаточной для получения установившегося режима колебаний подвижного состава на каждом из элементов плана линии. Чтобы получить в этих кривых максимальные значения поперечного непогашенного ускорения при максимальной скорости движения экипажей, целесообразно на них устанавливать максимальные допускаемые нормами возвышения наружного рельса.
Всем этим требованиям удовлетворяет испытательный полигон ВНИИЖТ, построенный и открытый в 1968 г. на участке между станциями Белореченская и Майкоп Северо-Кавказской ж. д. В подавляющем числе испытаний путь на таком полигоне должен содержаться в пределах допусков, предусмотренных соответствующими нормативными документами для эксплуатируемых магистралей железнодорожной сети. При необходимости могут искусственно создаваться любые неровности, в том числе (при выполнении соответствующих мер предосторожности) значительно превосходящие предельно допустимые нормы.
На длинных эксплуатируемых участках, где обычно проходят только динамические (ходовые) испытания, типы верхнего строения пути могут быть любыми; при этом обязательно должны быть и такие типы верхнего строения, которые соответствуют типу верхнего строения на полигоне (коротком участке).
Опытные участки пути подвергаются перед каждыми испытаниями обследованию, обмерами (паспортизации) и некоторым видам испытаний. При этом ручными средствами контроля состояния пути (ручными и катучими шаблонами, путеизмерительными тележками) измеряются ширина колеи и положение рельсов по уровню. По измерениям стрел от хорды в кривых строятся графики этих измерений для каждой кривой. Периодически на коротких и длинных участках состояние пути регистрируется с помощью путеизмерительных вагонов. В необходимых случаях по
специальным методикам измеряют положения рельсов в продольном профиле для построения корреляционных функций и функций спектральных плотностей неровностей рельсовых нитей в профиле, взаимных корреляционных функций и спектральных плотностей связи для тех же неровностей. На коротких участках пути, где предстоит определять динамические процессы в элементах пути, указанные измерения проводят особенно тщательно; кроме того, обязательно рассчитывают горизонтальную и вертикальную жесткость и модули упругости пути.
При подготовке к исследованиям на коротком участке пути в ряде его мест по обоим рельсам определяют вертикальную и горизонтальную жесткости пути.
Опытный подвижной состав
Испытываемый подвижной состав (в дальнейшем будем называть его опытным) прежде всего проходит приемку специалистами, участвующими в испытаниях; в ходе приемки устанавливается соответствие конструкции экипажа и его состояния поставленным в испытаниях целям.
Для экипажей, испытываемых впервые, необходимо предварительно получить проектные материалы, в том числе результаты расчетов его динамических характеристик и параметров воздействия на путь (см. перечень исходных проектных данных и характеристик экипажа в § 6.5). Если экипаж проходил ранее динамические испытания или испытания по воздействию на путь, желательно до начала испытаний изучить отчеты по ранее проведенным испытаниям.
Необходимо, чтобы перед испытаниями подвижной состав для приработки отдельных элементов экипажной части совершил пробег по сети железных дорог не менее 5—10 тыс. км. В отдельных случаях он может быть увеличен или уменьшен.
Перед испытаниями производится общее обследование опытного экипажа и определяются следующие фактические характеристики: а) нагрузка от каждого колеса экипажа на рельсы (взвешиванием на специальных весах); б) вертикальные жесткости рессорных комплектов тележек; в) жесткости поперечных и продольных связей кузова и тележек; г) демпфирование вертикальных и горизонтальных колебаний на каждой тележке экипажа (коэффициенты относительного трения, динамические характеристики гидравлических демпферов, декременты колебаний рессорных комплектов и т. п.); д) жесткости поперечных и продольных связей колесных пар с рамой тележки; е) жесткости упругих связей в тележке (упругих буксовых поводков, буксовых упоров, подвешивания тяговых двигателей и т. д.); ж) сопротивления тележек повороту относительно конструктивного центра поворота и вертикальные нагрузки на опорно-возвращающие аппараты.
В зависимости от целей, поставленных в конкретных испытаниях, в методику и программу испытаний можно включить определение других характеристик и параметров.
Производится также проверка соответствия фактических размеров экипажной части опытной единицы проектным данным и устанавливаются значения отклонений этих размеров от указанных в проекте. При этом устанавливают: отклонения расстояний между центрами осей экипажа от номинальных размеров и параллельность установки осей в раме тележки; расстояния от осей экипажа до шкворней и опорно-возвращающих устройств; геометрические характеристики установки демпферов на тележке (углы их наклона, координаты установки на тележке и т. п.); положение элементов рессорного подвешивания в вертикальной и горизонтальной плоскостях, фактические значения плеч балансиров и мест передачи нагрузок в системе рессорного подвешивания; зазоры между буксами и буксовыми направляющими в продольном и поперечном направлениях; значения свободных и упругих разбегов осей в тележках; значения конструктивных зазоров в
ходовых частях экипажа, которые могут замыкаться при движении экипажа; геометрические характеристики колесных пар (ширина насадки, износ гребней и колес по поверхности катания).
В ряде испытаний некоторые из указанных характеристик могут не проверяться или не контролироваться, если они не нужны для решения поставленных задач.