ОСНОВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ МЕТОДИКИ ОБРАБОТКИ И АНАЛИЗА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ. ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ДЛЯ ОБРАБОТКИ
ДАННЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ И УНИВЕРСАЛЬНЫХ ЭВМ
Основной целью обработки почти всех полученных в экспериментах данных о динамических процессах в экипаже является получение их обобщающих характеристик. Поскольку все получаемые в экспериментах материалы представляют собой случайные функции, соответственно для них стремятся получить спектральные плотности и параметры распределения вероятностей измеренных величин. Эти обобщающие характеристики раздельно получают для прямых участков и участков пути в круговых кривых различных радиусов при различных уровнях скоростей и непогашенных ускорений. На этой основе строят графики зависимости той или иной динамической характеристики в функции скорости, кривизны участка пути и непогашенного ускорения. Эти графики в сопоставлении с рекомендуемыми или допускаемыми значениями характеристик и служат основой для общих выводов и заключений о динамических качествах экипажа, допускаемых наибольших скоростях движения.
Такая же обработка проводится по общим колебаниям надрессорного строения на рессорах, с разделением этих колебаний по главным их видам, а также измеренным на экипаже вертикальным, рамным и боковым силам.
По ускорениям в кузове определяются показатели плавности хода экипажа. По значениям отношений рамной силы к осевой нагрузке и боковой силы к вертикальным силам на колесах определяют характеристики безопасности хода: возможности поперечного сдвига рельсо-шпальной решетки и въезда гребня колеса на рельс.
В ряде случаев изучают влияние на перечисленные динамические показатели каких-либо специальных факторов, вводимых в опыты, например неровностей пути, каких-либо отступлений или неисправностей в экипажной части локомотива или вагона и т. п.
В настоящее время почти все динамические процессы в подвижном составе можно записывать магнитографом на магнитную ленту. Так, например, один магнитограф фирмы «Тесла» (ЧССР) позволяет регистрировать на магнитную ленту одновременно до 14 динамических процессов. Это существенно облегчает решение проблемы автоматизации обработки результатов динамических испытаний, поскольку при считывании магнитографом записи с магнитной ленты образуется электрический сигнал в аналоговой форме, который затем можно автоматически обрабатывать так, как этого пожелает исследователь.
Для автоматической обработки экспериментальных данных, полученных при динамических испытаниях экипажей, можно применять созданные во ВНИИЖТе образцы специальной аппаратуры. Еще в 1968 г. во ВНИИЖТе [233, 234] были созданы комплексы аппаратуры, которые позволяют для реализаций случайных функций величин, зарегистрированных на магнитографе при динамических процессах, получить распределение частостей: экстремумов этой функции; мгновенных значений функции, выбираемых через заданные весьма короткие промежутки времени (квантованием по времени); продолжительности сигналов на заданных уровнях (квантованием по уровню); экстремумов с разделением по частотным диапазонам. Полезная информация при этом в виде гистограмм выводится на цифровой анализатор уровня, на цифропечать или на перфоратор, выводящий информацию на перфоленту. Последняя может быть введена в ЭЦВМ для обработки по любой заранее подготовленной программе.
Такой набор возможностей комплекса по обработке данных решает все необходимые задачи по определению динамических характеристик экипажа. В некоторых случаях результаты регистрации динамических процессов могут быть переписаны с магнитной ленты на осциллограмму и на ней изучены особенности формы кривых того или иного процесса.
Результаты испытаний по воздействию на путь систематизируются по участкам, на которых они получены (на прямых и кривых разных радиусов); по виду измерений (кромочные напряжения в подошве рельсов, их полусуммы и полуразности; (по силам, воспринимаемым шпалами; различным видам упругих деформаций рельсов); по осям экипажа, под которыми получены эти показатели; по направлению движения экипажа по участку; по скорости движения поезда.
Пока еще результаты некоторых измерений динамических процессов в пути регистрируются на осциллограммах; результаты расшифровки наносятся на перфоленты и затем обрабатываются на ЭЦВМ. В итоге получают для каждой такой группы данных средние значения (математические ожидания), средние квадратические отклонения, косость и эксцесс кривых распределения вероятностей. По этим данным определяют так называемые максимальные вероятные значения динамической величины, вероятность превышения которых не более 0,6%. При распределении вероятностей по закону Гаусса это соответствует значению
где (х) — математическое ожидание; σ — среднее квадратическое отклонение.
Основываясь на результатах обработки экспериментальных данных, для различных участков плана линии строят графики зависимости от скорости движения экипажа наибольших кромочных напряжений, вертикальных динамических сил, воспринимаемых рельсом, вертикальных и горизонтальных сил, воспринимаемых шпалами. По этим графикам устанавливают скорости, выше которых наибольшие динамические изгибы и кручения в кромках подошвы рельса превышают допускаемые напряжения (см. гл. 6). Такой же проверке подвергаются и напряжения в балласте под шпалой. По результатам этих исследований устанавливаются допускаемые скорости движения испытываемого экипажа по прочности пути.
По результатам измерения кромочных напряжений по формуле (6.1) определяется величина f — коэффициент перехода от осевых напряжений к кромочным. По измерениям полусуммы кромочных напряжений можно судить об изменении вертикальных сил при прохождении колес по рельсу в зоне установки тензорезисторов, по разности кромочных напряжений — о значении боковой силы.
Об устойчивости рельсо-шпальной решетки при одновременном действии горизонтальных и вертикальных сил на шпалу при фактически наблюдаемых их сочетаниях можно судить по отношению
— средняя арифметическая величина из нагрузок, воспринимаемых шпалой в момент наблюдения наибольшей горизонтальной нагрузки на шпалу). Рельсо-шпальную решетку можно считать устойчивой, если [194] 
Между результатами напряжений в кромках подошвы рельса, деформациями рельса и измеренными силами, передаваемыми колесами рельсам, прослеживается определенная корреляционная связь.
Таким образом, совокупность характеристик динамических процессов, полученных измерениями на подвижном составе и верхнем строении пути, позволяет делать практические выводы, касающиеся наибольших допускаемых скоростей движения для испытываемого экипажа, необходимости и возможности внесения конструктивных изменений в экипаж, улучшающих его динамические свойства, о целесообразных нормах устройства и содержания пути для данного экипажа, о допускаемых скоростях движения на участках со значительными отклонениями от установленных норм и т. п.
Очень эффективным представляется объединение экспериментальных методов исследования взаимодействия пути и подвижного состава с моделированием этих же процессов на ЭАВМ. Если результаты, полученные на ЭАВМ и в опытах, тождественны, то тогда, например, поиски новых конструктивных решений в улучшении динамики экипажа и пути можно вести с использованием моделирования на ЭАВМ.
Следует все же заметить, что область исследования норм устройства и содержания пути хотя и соприкасается с вопросами взаимодействия пути и подвижного состава, но ее задачи должны решаться, по-видимому, другими методами, так как в этом случае путь взаимодействует с большим множеством экипажей, имеющих различные весовые и динамические характеристики; задача же в этом случае в большей мере сводится к созданию норм, обеспечивающих минимальные размеры накопления остаточных деформаций в пути, т. е. минимальные расходы на его содержание.