ARS (Радиальная установка колёсных пар в кривых)

Динамика  движения  высокоскоростного  подвижного  состава, оптимальная  с точки  зрения  вписывания  в  кривые,  дает значительные  преимуществ а  и  приносит  выгоду как владельца  подвижного  состава ,  так  и  компаниям операторам  инфраструктуры  сети.

Взаимодействие между колесом и рельсом  для традиционных ходовых механизмов железнодорожного подвижного состава с пассивным направлением колесных пар в колее не может быть оптимальным для движения в кривых всех радиусов, поскольку  каждый раз неизбежно возникает компромисс между устойчивостью  движения на прямолинейных участках и возможностью колесных  пар вписываться в кривые.

 

Решение может дать мехатроника, способствующая уменьшению жесткости связи механической части до минимума, необходимого для передачи сил, с одно- временным согласованием системы с  изменяемым и  граничными условиями. Такая задача может быть решена на базе регулируемых электронных систем.

Компания Bombardier разработала систему активной радиальной установки и стабилизации движения колесных пар в кривых (ARS) в  концепции мехатронной тележки Flexx Tronic.

 

Основным  принципом  системы ARS является мягкое первичное подрессоривание, обеспечивающее установку колесных пар в кривой без  больших противоположно направленных  сил, а  также  наличие в каждой колесной паре дополнительного быстродействующего активного направляющего устройства. Для этого каждая колесная пара с одного конца жестко фиксируется в продольном направлении, в то время как на противоположную буксу воздействует продольно расположенный поводок электромеханического  исполнительного устройства  (активатора).

Этот  поводок преобразует  крутящий момент, подаваемый от активатора через понижающий редуктор, в продольное усилие, передает его на соответствующую буксу и поворачивает  колесную пару относительно вертикальной оси. При этом активатор  связан  с системой  регулирования, работающей в реальном масштабе времени и учитывающей неравномерности качения регулируемой колесной пары, обусловленные отклонениями в положении пути.

 

Суть  активного регулирования состоит в  разделении  процесса на два  частотных диапазона с разными характеристиками.  Если в  низкочастотном диапазоне, который соответствует движению по переходной кривой при  входе или выходе из  круговой кривой , система способствует радиальной установке  колесной пары (т.е.вписыванию в переходную и  круговую кривую пути), то в высокочастотном диапазоне любое отклонение положения пути компенсируется встречным движением колесной пары. Тем  самым ее качение стабилизируется. Здесь  речь  идет не только  об обычных, так называемых гармонических колебаниях тележки,  которые  могут привести к  неустойчивости движения и  поэтому в традиционны х ходовых механизмах гасятся. В данном случае при движении в кривой оба метода  регулирования дополняют друг друга ,  т.е. динамика вписывания в кривую избавляется от  погрешностей, обусловленных дефектам и положения  пути.

 

Каждая колесная пара регулируется независимо от другой, находящейся в той же тележке. В целях обеспечения безопасности и безотказности  в  работе  все электронные  компоненты имеют резервное исполнение, а каждый  компьютер системы  регулирования ,  присоединенный  к  «своей» тележке , дублируется вторым , находящимся  в горячем резерве. Таким образом, отдельная неисправность какого-либо компонента вплоть до его выхода из строя не вызывает снижения эффективности всей системы. С помощью интегрированной функциональной  системы самодиагностики неисправность обнаруживается еще до выхода элемента из строя, и сообщение передается на центральный пост управления.

 

После завершения поездки неисправный модуль можно заменить  подготовленным исправным. При этом обеспечивается способность выбранной архитектуры электронного оборудования к самоконфигурации и самоадаптации. Так, после замены датчика система автоматически определяет и учитывает его характеристику, благодаря  чему отпадает необходимость в его настройке и регулировании.

ØПреимуществ а  систем ы активной радиальной установки ARS

Активна я  стабилизация  движения  колесных  пар  позволяет отказаться  от гасителей  колебаний виляния и фрикционных элементов между тележкой  и кузовом. Последние при использовании традиционных тележек гасят колебания, обусловливающие извилистое движение .

 

Что касается других показателей подвижного состава, оборудованного системой ARS, то в качестве важного преимущества можно назвать значительное уменьшение уровня шума и  вибраций. Кроме того, отсутствие фрикционных элементов позволяет  отказаться от соответствующих крепежных конструкций на тележке и кузове, благодаря чему общая масса уменьшается. Не менее важным  является  снижение требований к степени шумоизоляции пассажирских салонов.

 

С точки зрения взаимодействия в системе подвижной состав -  Путь активное управление колесным и парам и при движени и в  кривой приводит к  значительному уменьшению проскальзываний  колес по рельсам. Благодаря этому снижаются усталостные повреждения поверхностей катания  колеса и  рельса (рис. 1), особенно в зонах 1 и 2, а также уменьшается износ по сравнению с традиционным и  тележками. Наряду с этим практически исключается возникновение шума(скрежета при вписывании подвижного состава в кривую).

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

При жесткой установке колесных пар традиционных ходовых механизмов в кривой возникает достаточно большая разница квазистатических сил, действующих на путь от ведущей и следующей за ней колесных пар в поперечном направлении. Система  ARS  способствует выравниванию этих сил (рис. 2).

 

В процессе выравнивания поперечных сил происходит также уменьшение их  пиковых значений. Если  выбирается вариант исполнения с дополнительным  соединением регуляторов обеих колесных пар тележки ,то  гибкость программного  обеспечения позволяет выполнять установку осей таким образом, что  степень активного выравнивания поперечных сил позволяет увеличить  допустимую  скорость прохождения кривых некоторым и  со- временным и поездами ,составленными  из вагонов с наклоняемыми кузовами. При этом поперечные силы, стремящиеся сдвинуть путь, будут значительно ниже допустимой максимальной величины, т.е. нагрузка на путь будет меньше.

 

Уменьшение числа  и  величины проскальзываний между колесом и рельсом, вызывающи х  износ, способствует уменьшению сопротивления качению (рис. 3), которое снижает расход энергии.

Приведенные кривые сняты в функции радиуса кривизны для различных  величин  продольной жесткости пути при двух значениях подуклонки рельсов.

В  результат е  уменьшения контактной  усталости при  качении и вызываемого ею износа  поверхности катания увеличивается срок службы колес и уменьшаются расходы на  их  техническое  обслуживание.

В результате  этого  уменьшаются эксплуатационные расходы компаний-владельцев подвижного состава и  затраты на содержание пути компаний операторов инфраструктуры. Введение схемы расчетов за пользование инфраструктурой в зависимости от нагрузки на путь создало бы мотивацию для компаний-перевозчиков приобретать инновационный подвижной состав, уменьшающий износ пути.