Можно считать, что
мероприятия по предотвращению
скрежета в кривых, успешно подтвердившие
свою эффективность в условиях
железнодорожной линии МОВ, могут
с успехом использоваться практически
на любой другой линии.
Реализованные мероприятия
Механизм радиальной
установки колес, вращающихся
на оси. Наиболее часто вращающиеся
на оси колеса применяются
в конструкции вагонов трамвая.
Если одновременно с этим используется
система для параллельной (радиальной)
установки колес, то этим обеспечивается
надежное предотвращение скрежета
обоих видов в кривых, так как
устраняется источник возбуждения
колебаний. На входе в кривую
и на выходе из нее, где
такая установка колес не обеспечивается,
возможно появление скрежета.
У этой системы имеются
и свои недостатки, так как
в подобной ходовой части отсутствует
механизм центрирования, который
имеется у колесной пары. В
результате свободно вращающиеся
на оси колеса при движении
по прямолинейным участкам имеют
больший и менее равномерный
износ, чем в конструкции с
колесными парами. Это приводит
к значительному повышению эксплуатационных
расходов.
Рассмотренная система
не может быть использована
при модернизации подвижного
состава. Она может быть эффективной
лишь на новом подвижном составе,
предназначенном для эксплуатации
на железнодорожных линиях с
большим числом кривых малого
радиуса.
Колесные пары с
радиальной установкой. С помощью
радиальной установки колесных
пар, для реализации которой
могут быть использованы различные
технические решения, диапазон
минимальных радиусов кривых, в
которых подвижной состав может
двигаться без скрежета, расширяется
в сторону еще меньших величин.
Радиальная установка колесных
пар также воздействует на
обе разновидности скрежета в
кривых. Системы управления установкой,
в которых в качестве входного
параметра принимается угол между
кузовами двух вагонов или
между кузовом вагона и тележкой,
не могут достаточно точно
срабатывать на входе в кривые
и на выходе из них, однако
их работа не зависит от
геометрии профилей колес и
рельсов. При хорошем состоянии
рельсов могут быть применены
системы радиальной установки,
зависящие от геометрии сопрягаемых
профилей колес и рельсов с
частичным использованием инерции
масс.
Обычно механизм радиальной
установки колесных пар не
может быть экономически выгодно
использован при модернизации
подвижного состава. На новом
подвижном составе реализация
этого мероприятия не требует
больших затрат. Использование его
целесообразно практически везде,
за исключением линий с малым
числом кривых.
Колесные шумопоглотители
(абсорберы). Колесные абсорберы
не воздействуют на механизм
возбуждения колебаний, однако
могут за счет дополнительного
демпфирования способствовать быстрому
затуханию возникших колебаний.
В основном они используются
для уменьшения скрежета от
поверхности катания (рис. 2 и 3),
хотя и дают некоторый положительный
эффект при воздействии на
скрежет от контакта с рельсом
гребня бандажа.
Если частоты собственных
колебаний колеса, преобладающие
в спектре скрежета при прохождении
кривой, являются высокими (от 2 до 8
кГц), скрежет может быть полностью
устранен с помощью колесных
абсорберов. При более низких
доминирующих частотах собственных
колебаний (от 500 Гц до 2 кГц) системы
демпфирования колебаний, необходимые
для полного устранения скрежета,
зачастую не могут быть установлены
на колесе. Чем ниже частота,
тем труднее создать соответствующую
конструкцию абсорбера.
На рынке имеется
много разновидностей систем, в
том числе и тех, которые
предназначены для широкополосного
гашения шума. Однако имеются
также системы, которые работают
в одном или нескольких более
узких диапазонах частот.
Колесные абсорберы
в принципе не относятся к
оборудованию, которое не требует
обслуживания. Абсорберы некоторых
конструкций с течением времени
могут забиваться смазкой, смешанной
с пылью, и становятся бесполезными.
В связи с этим колесные
гасители шума всех конструкций
нуждаются по меньшей мере
в регулярной чистке.
В зависимости от
типа используемой тормозной
системы (например, колодочный тормоз)
при проектировании гасителя
должен учитываться диапазон
ожидаемых температур нагрева
колеса.
Абсорберы могут применяться
как для оборудования нового,
так и для дооборудования имеющегося
подвижного состава. В общем
случае рекомендуется проектировать
все новые колеса таким образом,
чтобы имелась возможность установки
абсорберов. Для этого необходимы
дополнительные пазы или отверстия
в колесном центре или диске,
который в связи с этим должен
быть несколько большим. Каждый
абсорбер должен быть точно
согласован с типом колеса.
Различные конструкции
колесных абсорберов, используемых
на линии компании МОВ и
примыкающих линиях, устанавливались
на уже существующих пассажирских
вагонах, на колесных парах
новых вагонов, в том числе
на используемых в поездах
зубчатой железной дороги.
Снижение излучения шума
от колеса.
Некоторые типы колесных
абсорберов дополнительно снижают
излучение шума, излучаемого различными
частями колеса, например колесным
центром. Однако в связи с
тем, что этот эффект может
исследоваться только в совокупности
с эффектом шумопоглощения, обеспечиваемым
абсорбером, проблема снижения шума от
элементов колеса как отдельное мероприятие
здесь не рассматривается.
Смазывание гребня бандажа.
Устройства для смазывания
гребня бандажа могут устанавливаться
как на подвижном составе, так
и на пути. На участках с
большим числом кривых более
целесообразна установка их на
подвижном составе. Там же, где
число критических кривых невелико,
более выгодной может оказаться
установка этих систем на пути.
Системы смазывания предназначены
для снижения коэффициента трения.
Некоторые изготовители смазок
предлагают модификатор, при использовании
которого коэффициент трения
возрастает с увеличением скорости
проскальзываний, что оказывает
демпфирующее действие на систему.
Теоретически смазывание
воздействует только на процесс
возникновения скрежета от трения
гребня колеса о рельс. На
практике же эта мера влияет
также и на скрежет от поверхности
катания, так как смазка переносится
колесами на поверхности катания
колеса и рельса. Отсюда следует,
что исследование вопроса о
намеренном распределении смазки
на рельсы в кривых представляет
определенный интерес.
Требования к величине
сил сцепления, необходимой для
передачи усилий тяги и торможения,
могут ограничивать возможности
применения смазочных средств
и, соответственно, эффективность
смазывания гребня бандажа.
Важную роль в выборе
этого мероприятия играют затраты
жизненного цикла, интервалы заправки
смазочных устройств, стоимость
этих устройств и материалов.
Кроме того, законодательство по
охране окружающей среды в
различных странах предъявляет
высокие требования к экологическим
характеристикам смазок.
Системы для смазки
гребня бандажа могут использоваться
как на новом подвижном составе,
так и на уже эксплуатирующемся
в качестве дополнительного оборудования.
Модификация коэффициента сцепления.
Теоретически эта мера,
заключающаяся в нанесении модификатора
на поверхность катания рельсов
в кривых, воздействует только
на скрежет от поверхности
катания. На практике же она
может влиять также и на
скрежет от контакта с рельсом
гребня бандажа, так как при
движении подвижного состава
смазкамодификатор частично переносится
на рабочую грань головки рельса
или на гребень бандажа.
Требования к необходимой
величине коэффициента сцепления
для режимов тяги и торможения
в данном случае еще в большей
степени, чем при смазывании
гребня бандажа, ограничивают
применение в кривых модификатора
трения.
Мероприятия, реализуемые
на пути
Укладка в кривых
внутреннего и наружного рельсов
разных профилей. Эта мера является
эквивалентом радиальной установки
колесных пар на подвижном
составе, так как способствует
увеличению разности радиусов
качения колес. За счет специального
профиля внутреннего рельса точка
касания колеса с рельсом сдвигается
как можно дальше к внешней
стороне колеса. За счет этого
максимально увеличивается разность
радиусов качения колес и, таким
образом, диапазон кривых, проходимых
без скрежета, смещается в сторону
малых радиусов. Эта мера воздействует
на оба вида скрежета и может
использоваться для модернизации
существующего пути (замена или
шлифование рельсов в критических
кривых). Однако в кривых очень
малого радиуса эта мера неэффективна,
так как в этом случае не
достигается необходимая разность
радиусов качения колес. Что
смазывать: рабочую грань или
поверхность катания рельсов
в кривых? В принципе этот аспект
может рассматриваться так же,
как и уже освещавшийся вопрос
о смазывании гребня бандажа
или поверхности катания колеса.
Разница состоит лишь в том,
что путевые системы смазывания
могут устанавливаться непосредственно
в критических местах кривых
и воздействовать по-разному на
внутренний и наружный рельс.
Существуют различные
способы лубрикации рельсов. Возможно
также комбинирование систем
для смазывания рабочей грани
и поверхности катания рельсов
в кривых. При этом смазка дозированно
подается через узкие каналы,
просверленные в головке рельса,
которые имеют выходы на рабочую
грань и на поверхность катания.
Демпфирование шума
от рельсов. Демпфирование шума
от рельсов может производиться
различными способами. Так, возможна
модификация конструкции самого
рельса или рельсовых скреплений.
Применяется также установка
отдельных демпфирующих элементов
на рельсах.
Системы гашения шума
от рельсов воздействуют только
на скрежет, вызываемый скольжением
гребня бандажа по рабочей
грани головки рельса. На скрежет,
генерируемый поверхностью катания
рельса, они не оказывают влияния.
Рельсовые демпфирующие элементы
не могут передавать гасящее
воздействие на колесо. Поскольку
при скрежете в контакте гребня
бандажа с рабочей гранью шум
излучается и колесом, и рельсом,
то рельсовые демпфирующие устройства
могут снижать уровень шума
лишь в том случае, если доминирует
рельсовая составляющая. При скрежете,
исходящем от поверхности катания,
доминирующим является шум, который
излучает колесо. В этом случае
рассматриваемая мера практически
не дает снижения уровня шума.Как
и колесные абсорберы, устройства
демпфирования рельсов нуждаются
в регулярной очистке, что необходимо
для длительного сохранения работоспособности.
Если речь идет исключительно
о скрежете от контакта гребня
бандажа с рабочей гранью головки
рельса, то применение рассматриваемого
способа снижения шума может
быть целесообразно как при
укладке нового, так и при дооборудовании
эксплуатируемого пути.
Если сравнивать все
существующие методы борьбы с
шумом в кривых, то можно сделать
однозначный вывод, что рельсовые
системы демпфирования относятся
к малоэффективным. Известно, что
скрежет в кривых имеет место
и на трамвайных линиях, где
рельсы почти полностью спрятаны
в дорожное полотно.
Снижение шума путем
изоляции рельсов. Некоторые системы,
в которых дополнительно используется
изоляция рельсов, как, например,
сплошная заделка рельсов трамвайных
линий в дорожное полотно, приводят
к снижению шума, излучаемого
рельсами, чаще всего в сочетании
с демпфирующими устройствами.
Так же как и рельсовые
системы демпфирования, изоляция
рельсов воздействует только
на уровень скрежета, вызываемого
трением гребня бандажа о рабочую
грань. При скрежете, излучаемом
поверхностью катания рельса, эта
мера почти не дает эффекта,
так как в этой ситуации
преобладает излучение шума от
колеса.
Изоляция рельсов может
использоваться при модернизации
существующих линий, однако ее
полезный эффект с точки зрения
снижения шума оценивается не
как основной, а как вторичный.
Ощутимую пользу эта мера может
принести только в сочетании
с другими методами, такими, как
применение рельсовых демпфирующих
устройств или изменение формы
рельсов. Такие конструкции пути
могут быть реализованы только
при новом строительстве или
при полной перекладке пути.
Практический опыт
В процессе выполнения
различных проектов и исследований
по заказам железнодорожных компаний-операторов,
изготовителей подвижного состава,
поставщиков рельсовых скреплений
и федерального ведомства Швейцарии
по защите окружающей среды
компания Prose накопила обширный опыт
работы с различными системами,
предназначенными для борьбы
с шумом. Конструирование тележек
и других элементов ходовой
части требует поиска оптимальных
решений с учетом многочисленных
требований. Многие из этих требований
противоречат друг другу. Примером
является управление колесными
парами. Для обеспечения стабильности
хода при высокой скорости
движения требуется жесткая установка
колесных пар. С другой стороны,
при мягкой установке колесных
пар меньше проявляется склонность
к возникновению скрежета в
кривых, а также уменьшается динамическое
воздействие подвижного состава
на путь, снижается износ рельсов
в кривых.