Кіріспе

Қажетті емес тепе-теңдікке қатысты өзіндік тербеліс Оқыту тербелісі - бұл тепе-теңдікке қатысты өзіндік тербеліс, әдетте, қалауы жоқ. Бұл сөз 19-ғасырда пайда болды және жүйе теңгерімді қалай "аңдайды" деп сипатталады. Бұл мәселе алғаш рет 19-шы ғасырдың аяғында, пойыздың жылдамдығы онымен кездесетіндей жоғары болған кезде байқалды. Оны жоюға арналған шынайы күш-жігер 1930 жылдары басталды, бұл ұзартылған жүк көліктері мен бүйірлік демдеуді бұрамалы аспалы жүк көлігін пайда етті. Жапондық Шинкансенді әзірлеу кезінде дөңгелектер мен жүк машиналарын жобалаудағы жетістіктер Еуропа мен Жапониядағы ғылыми-зерттеу және даму жұмыстарына негізделген. Олар болат дөңгелек жүйелерінің жылдамдығын бастапқы Шинкансеннен әлдеқайда жоғарылатты, ал артқа қарай үйлесімділіктің артықшылығы мұндай технологияны ховертрен және магнит қозғалтқышы сияқты баламаларға қарағанда басым етіп қалдырды. Болат дөңгелекті пойыздардың жылдамдық рекорды француздық TGV-де .

Кинематикалық талдау

Сапалық сипаттама құбылысты біраз түсінуге мүмкіндік берсе, терең түсіну үшін көлік құралының динамикасын математикалық талдау қажет. Тіпті олай болса да, нәтижелер шамамен ғана болуы мүмкін. Кинематикалық сипаттама қозғалыс геометриясымен айналысады, оны тудыратын күштерге сілтеме жасамайды, сондықтан талдау тік жолмен жүретін дөңгелек жиынтығының геометриясының сипаттамасынан басталады. Ньютонның екінші заңы күштерді денелердің жылдамдығына байланыстыратындықтан, әрекет ететін күштерді компоненттердің жылдамдықтарын есептеу арқылы кинематикадан алуға болады. Алайда, егер бұл күштер кинематикалық сипаттаманы өзгертсе (олар осы жағдайда), онда нәтижелер шамамен ғана дұрыс болуы мүмкін.

Қосымшалар мен математикалық емес сипаттама

Бұл кинематикалық сипаттама күштерді елемейтіндіктен, бірнеше жеңілдетуші болжамдарды жасайды. Біріншіден, ол дөңгелегіш кедергісі нөл деп есептейді. Дөңгелекті (поезд немесе жүк көлігіне бекітілмеген) дөңгелекті тік және тегіс рельсте алға итермелейді. Егер бастапқыда дөңгелекті теміржолдың ортасына орнатса, онда әрбір дөңгелектің тиімді диаметрлері бірдей болады және дөңгелекті дөңгелекті трекке мүлдем түзу сызықта мәңгілік жүреді. Бірақ егер дөңгелек құралы аздап ортадан тыс болса, сондықтан тиімді диаметрлері (немесе радиусы) әртүрлі болса, онда дөңгелек құралы радиус қисығында қозғала бастайды (бұл дөңгелек құралының радиусына байланысты және т.б. ; кейін анықталады). Мәселе дөңгелектің траекториясын табу үшін кинематикалық ойлауды пайдалану, немесе дәл айтқанда, дөңгелектің орталығының траекториясы жолдың ортасындағы жол төсегіне тік проекцияланады. Бұл жер беті деңгейінің жазықтығында траектория және графикалық сызбада сызылған, мұнда теміржол бойындағы қашықтық және "жол жүру қатесі", дөңгелекті дөңгелектің ортасының теміржолдың тік сызығынан ауытқуы. Дөңгелекті дөңгелектің қисық жолмен жүретінін түсіндіру үшін, біреу тақ үстелдің үстіне шеге немесе бұранданы қойып, оны итеріп жібереді. Ол дөңгелекті дөңгелектер диаметрі әртүрлі дөңгелектер сияқты, өйткені тырнақ немесе бұранда дөңгелектер сияқты дөңгелектермен дөңгелектер болады. Басы үлкен диаметрлі дөңгелекке ұқсас, ал тік ұшы шағын диаметрлі дөңгелекке ұқсас. Тыңыршық немесе бұранда толық шеңберде айналады (немесе одан да көп), ал темір жол дөңгелектері басқаша әрекет етеді, өйткені олар қисықтай айнала бастаған кезде тиімді диаметрлер жолдың қисықтығын азайтатын түрде өзгереді. "Радий" және "керістік" дегеніміз дөңгелекті жолдың қисықтығын емес, темір жолдың қисықтығын білдіреді, өйткені бұл өте тура жол. Дөңгелектер дөңгелектері дөңгелектердегі тиімді диаметрлері тең және жол бұрылысы жоқ нүктеге жеткенше төмендейді. Бірақ траекторияның осы нүктеде еңісі бар (бұл тректің орта сызығынан диагональмен өтетін түзу сызық), сондықтан ол тректің орта сызығынан асып түседі және тиімді диаметрлер кері айналады (бұрынғы кіші диаметрлі доңғалақ үлкен диаметрге айналады және керісінше). Бұл дөңгелекті дөңгелектің кері бағытта қисық жүріп өтуіне әкеледі. Бұл құбылыс ұдайы жалғасып, дөңгелектің бір жағынан екіншісіне ауысып отыруы мүмкін. Дөңгелектің флангасы рельспен ешқашан жанаспайтынын ескеріңіз. Бұл модельде рельстердің рельс басындағы бір сызық бойынша доңғалақтың жүріс бетімен әрқашан байланыста болады деп болжанады, бұл рельстер пышақ жиегі болып табылады және тек қана (нөлдік ені бар) сызық бойынша доңғалақтың жүріс бетімен байланыста болады деп болжанады.

Жеңілдетілген талдаудың шектеулері

Дөңгелектің қозғалысы осы талдау көрсеткеннен әлдеқайда күрделі. Көлік аспасының қосымша ұстап тұру күштері бар және жоғары жылдамдықта дөңгелек жиынтығы қосымша гироскопиялық моменттерді тудырады, бұл критикалық жылдамдықтың бағасын өзгертеді. Әдетте темір жол көлігі төмен жылдамдықта тұрақты қозғалыс жасайды, ал жоғары жылдамдыққа жеткенде тұрақтылық тұрақсыз түрде өзгереді. Темір жол көлігі жүйесінің динамикасын сызықтық емес талдаудың негізгі мақсаты - темір жол көлігінің екі бұрылысын, сызықтық емес бүйірлік тұрақтылығын және шұғыл жолдағы аңшылық мінез-құлықтарын талдауды зерттеуді көрсету. Бұл зерттеуде талдау үшін Боголюбов әдісі сипатталған. Зерттеулер негізінен екі негізгі мәселеге, атап айтқанда, денені тұрақты тірек ретінде қабылдау және аңшылық жылдамдықты есептеуде сызықтық емес элементтердің әсеріне назар аударады. Нақты темір жол көлігінің еркіндік дәрежесі әлдеқайда көп және, осыған байланысты, бірден көп критикалық жылдамдығы болуы мүмкін; ең төменгі жылдамдықтың дөңгелекті қозғалыспен анықталғаны ешбір жағдайда да анық емес. Алайда, бұл талдау пайдалы, өйткені ол аң аулаудың неліктен жасалатынын көрсетеді. Жылдамдықтың өсуімен инерциялық күштер жабысу күштеріне теңеледі. Сондықтан да, критикалық жылдамдық осьтің жүктемесінің (қосу күшін анықтайтын) дөңгелекті массаға (инерциялық күштерді анықтайтын) қатынасына байланысты. Басқаша айтқанда, белгілі бір жылдамдықтан төмен, алға жылжытудан алынған энергия осьтерді төмендету арқылы жоғалған энергияны ауыстыруға жеткіліксіз және қозғалыс тынышталады; осы жылдамдықтан жоғары, алынған энергия потенциалдық энергия жоғалтудан үлкен және амплитуда артады. Оқпанның ең жоғары ығысуындағы потенциалдық энергия оқтың ығысу қозғалысына эластикалық шектеу енгізу арқылы көтерілуі мүмкін, осылайша көпір кернеуінен туындайтын үлес болады. Доңғалақтың дөңгелектері дөңгелекті дөңгелектердің қисайту қозғалысына шектеуді арттыру үшін дөңгелектерді доңғалаққа орналастыру және эластикалық шектеулерді қолдану да критикалық жылдамдықты арттырады. Теңдеуге иілгіш күштерді енгізу классикалық аңшылықтың орнына тек ірі тайғанудың басталуымен шектелген аспа дизайнын жасауға мүмкіндік береді. Аңшылықты жою үшін төлейтін айыппұл - бұл тура жол, онымен бірге жолдың дұрыс болуы және мұралық инфрақұрылыммен үйлеспеушілік. Аң аулау - бұл динамикалық мәселе, оны, кем дегенде, принцип бойынша, тректің сапасына бейімделетін белсенді кері байланыс арқылы шешуге болады. Алайда белсенді бақылаудың енгізілуі сенімділік пен қауіпсіздік мәселелерін көтереді. Аң аулау басталғаннан кейін көп ұзамай қатты тайғана бастайды және дөңгелектің флангалары рельстерге соқтығысады, бұл екеуіне де зақым келтіруі мүмкін.

Жол-теміржол көліктері

Көптеген жол-жолақ көліктері әр теміржол доңғалағында тәуелсіз осьтер мен аспалы жүйелерге ие. Бұл жолдың дөңгелектерінің рельсте болуымен біріктірілген кезде жоғарыда келтірілген формулаларды қолдану қиынға соғады. Тарихи тұрғыдан алғанда, жол-жолақ көліктерінің алдыңғы дөңгелектері сәл тұмсықталған, бұл көлік теміржолмен жүргенде аулауды азайтады.