Введение

Самостоятельное колебание вокруг равновесия, которое обычно нежелательно Охотничье колебание - это самостоятельное колебание, обычно нежелательное, вокруг равновесия. Выражение появилось в XIX веке и описывает, как система "охотится" на равновесие. Проблема была впервые замечена в конце 19-го века, когда скорость поездов стала достаточно высокой, чтобы столкнуться с ней. Серьезные усилия по противодействию этому начались в 1930-х годах, что привело к появлению удлиненных грузовиков и боковых амортизаторов. В ходе разработки японского Шинкансена были использованы менее конические колеса и другие изменения конструкции для увеличения скорости конструкции грузовиков выше. Прогресс в конструкции колес и грузовиков, основанный на исследованиях и разработках в Европе и Японии, увеличил скорость стальных колесных систем намного выше, чем достигнута оригинальным Шинкансеном, в то время как преимущество обратной совместимости позволяет сохранить доминирующую роль этой технологии над альтернативными технологиями, такими как системы ховертрейна и магнитных подъемников. Рекорд скорости поездов с стальными колесами принадлежит французскому TGV, на .

Кинематический анализ

В то время как качественное описание обеспечивает некоторое понимание явления, более глубокое понимание неизбежно требует математического анализа динамики транспортного средства. Даже в этом случае результаты могут быть только приблизительными. Кинематическое описание имеет дело с геометрией движения, без ссылки на силы, вызывающие его, поэтому анализ начинается с описания геометрии колеса, идущего по прямой дорожке. Поскольку второй закон Ньютона связывает силы с ускорением тел, действующие силы могут быть получены из кинематики путем расчета ускорений компонентов. Однако, если эти силы изменяют кинематическое описание (как в данном случае), то результаты могут быть только приблизительно правильными.

Предположения и не математическое описание

Это кинематическое описание делает ряд упрощающих допущений, поскольку оно пренебрегает силами. Во-первых, он предполагает, что сопротивление качению равняется нулю. Колесная колесница (не прикрепленная к поезду или грузовику), подталкивается вперед по прямой и ровной дорожке. Колесная колея начинает катиться и никогда не замедляется, так как нет никаких сил (за исключением сил вниз на колею, чтобы заставить его придерживаться рельса и не скользить). Если сначала колесная сетка сосредоточена на железнодорожном пути, то эффективные диаметры каждого колеса одинаковы, и колесная сетка скатывается по пути в совершенно прямой линии навсегда. Но если колесо немного отклонено от центра, так что эффективные диаметры (или радиусы) разные, то колесо начинает двигаться по кривой радиуса (в зависимости от этих радиусов колеса и т. д.). ; будет определено позже). Проблема заключается в том, чтобы использовать кинематические рассуждения, чтобы найти траекторию колеса, или, точнее, траекторию центра колеса, проецированную вертикально на дорожную полосу в центре трассы. Это траектория на плоскости ровной земной поверхности, начертанная на графическом графике, где находится расстояние вдоль железной дороги и является "ошибкой отслеживания", отклонением центра колесной колесницы от прямой линии железной дороги, идущей вниз по центру пути (на полпути между двумя рельсами). Чтобы показать, что колесо имеет изогнутую траекторию, можно поставить гвоздь или винт на плоскую поверхность стола и толкнуть его. Он будет катиться по круговой кривой, потому что гвоздь или винт похожи на колесо с колесами крайне разного диаметра. Голова аналогична колесу большого диаметра, а заострённый конец - колесу малого диаметра. В то время как гвоздь или винт будут вращаться в полный круг (и больше), колесная колесная колесница ведет себя по-другому, потому что как только она начинает вращаться в кривой, эффективные диаметры меняются таким образом, чтобы уменьшить кривизну пути. Обратите внимание, что "радиус" и "кривая" относятся к кривой траектории колесной колесницы, а не к кривой железной дороги, поскольку это совершенно прямая дорожка. По мере того, как колесная колесница катится, кривизна уменьшается, пока колеса не достигнут точки, где их эффективные диаметры равны, и траектория больше не изгибается. Но траектория имеет наклон в этой точке (это прямая линия, которая пересекает по диагонали центральную линию трека), так что она пересекает центральную линию трека и эффективные диаметры обратные (ранее меньший диаметр колеса становится большим диаметром и наоборот). В результате колесная колесница движется по кривой в противоположном направлении. Опять же, он пересекает центральную линию, и это явление продолжается бесконечно, колеса колеблются из стороны в сторону. Обратите внимание, что фланга колеса никогда не соприкасается с рельсом. В этой модели предполагается, что рельсы всегда соприкасаются с протектором колеса по одной и той же линии на голове рельса, что предполагает, что рельсы имеют резкий край и соприкасаются с протектором колеса только по линии (нулевой ширины).

Ограничение упрощенного анализа

Движение колеса гораздо сложнее, чем показывает этот анализ. Подвеска транспортного средства оказывает дополнительные силы удерживания, и при высоких скоростях колесо создает дополнительный гироскопический крутящий момент, который изменяет оценку критической скорости. Обычно железнодорожное транспортное средство имеет стабильное движение на низких скоростях, когда оно достигает высоких скоростей, стабильность меняется в нестабильную форму. Основная цель нелинейного анализа динамики системы железнодорожных транспортных средств - показать вид аналитического исследования бифуркации, нелинейной боковой стабильности и поведения охоты железнодорожных транспортных средств на стыковой дорожке. В данном исследовании описан метод Боголюбова для анализа. В исследованиях в основном сосредоточены два основных вопроса, а именно, принятие тела в качестве фиксированной опоры и влияние нелинейных элементов при расчете скорости охоты. Настоящий железнодорожный транспорт имеет гораздо больше степеней свободы и, следовательно, может иметь более одной критической скорости; вовсе не очевидно, что самая низкая скорость определяется движением колес. Однако анализ полезен, потому что показывает, почему происходит охота. По мере увеличения скорости инерционные силы становятся сопоставимыми с силами сцепления. Поэтому критическая скорость зависит от соотношения нагрузки на ось (которая определяет силу сцепления) и массы колесной нагрузки (которая определяет инерционные силы). Кроме того, при определенной скорости энергии, извлекаемой от движения вперед, недостаточно для замены энергии, потерянной при понижении осей, и движение ослабевает; выше этой скорости извлекаемая энергия больше, чем потеря потенциальной энергии, и амплитуда нарастает. Потенциальная энергия при максимальном повороте оси может быть увеличена путем включения эластичного ограничения на движение поворота оси, так что есть вклад, возникающий из напряжения пружины. Размещение колес в bogies для увеличения ограничения на движение колесных колес и применение эластичных ограничений к bogies также повышает критическую скорость. Введение в уравнение упругих сил позволяет создавать конструкции подвески, которые ограничены только началом грубого скольжения, а не классической охотой. Штраф за фактическое уничтожение охоты - это прямая дорога, сопровождающаяся проблемой права прохода и несовместимостью с существующей инфраструктурой. Охота - это динамическая проблема, которая может быть решена, по крайней мере в принципе, с помощью активного контроля обратной связи, который может быть адаптирован к качеству трассы. Однако введение активного контроля вызывает вопросы надежности и безопасности. Вскоре после начала охоты происходит крупное скольжение и колесные фланцы сталкиваются с рельсами, что может привести к повреждению обоих.

Автомобильные и железнодорожные транспортные средства

Многие дорожно-рельсовые транспортные средства имеют независимые оси и системы подвески на каждом колесе рельса. Когда это сочетается с наличием дорожных колес на рельсе, становится трудно использовать вышеуказанные формулы. Исторически сложилось так, что передние колеса автомобилей с рельсовым движением были слегка загнуты, что, как было установлено, минимизировало попадание в ловушку во время движения по рельсу.