В 1932 году было создано Экспериментальное кольцо, целью которого стало проведение испытаний подвижного состава и других технических средств в реальных условиях.В 1932 году было создано Экспериментальное кольцо, целью которого стало проведение испытаний подвижного состава и других технических средств в реальных условиях.
В условиях начавшегося бурного роста столицы Народный комиссариат путей сообщения нужной площади для строительства полигона в ближайших окрестностях Москвы получить не смог. Первая возможность представилась в районе станции Люблино Московско-Курской железной дороги, однако она сразу же была отклонена, так как в районе предполагавшихся железнодорожных путей находились поля орошения.
Вторым вариантом стала станция Бутово. Его предлагали в самом начале стройки, но железнодорожников постигла неудача, поскольку в перспективе строительства намечалась электрификация технологических установок полигона. Поэтому последовал протест Наркомата связи, имевшего в районе Кольца специальные установки, для которых соседство с токами высокого напряжения было нежелательным. Третьим вариантом, оказавшимся состоятельным, стал участок у железнодорожной платформы Щербинка.
Строительством Экспериментального кольца руководил заслуженный деятель науки и техники, д.т.н., профессор Н.И. Белоконь. Кольцо имело замкнутую форму пути с постоянным радиусом 956 м и протяженностью 6 км. При нем были построены локомотивное и вагонное депо, тяговая подстанция, мастерские и лабораторные помещения. Экспериментальное кольцо изначально стало крупнейшей комплексной базой для оценки технических средств железнодорожного транспорта. Все внедряемые новые конструкции подвижного состава, пути, контактной сети, систем автоматики и других устройств подвергались всесторонней проверке их соответствия наиболее сложным современным и перспективным условиями эксплуатации. Имея в своем распоряжении ограниченное количество образцов промышленного изготовления, ученые института с помощью Экспериментального кольца решали задачи, связанные с оценкой соответствия этих образцов техническим требованиям, и прогнозировали работу их в длительной эксплуатации. На полигоне получили развитие исследования по взаимодействию пути и подвижного состава, применялись принципиально новые методики и приборы.
Вскоре после завершения строительства испытательный участок получил широкое развитие, как крупнейшая экспериментальная база. С 1932 по 1935 год полигон носил название Опытного кольца Института реконструкции тяги Народного комиссариата путей сообщения (Опытное кольцо ИРТ НКПС). В этот период исполняющим обязанности начальника полигона был д.т.н., профессор В.Ф. Егорченко. Основным назначением испытательного полигона было проведение тягово-теплотехнических и тягово-энергетических испытаний локомотивов. Самым первым объектом стал паровоз ЭМО 710-53 под руководством О.Н. Исаакяна, а в 1933 году под руководством к.т.н. Т.Н. Хохлова прошел испытание первый тепловоз ЭЭЛ14. Начиная с 1934 года велись всесторонние испытания конструкций автосцепного устройства, закончившиеся созданием автосцепки СА-3. Применение разработанных институтом критериев оценки воздействия локомотивов на путь исключило внезапные изломы рельсов, опасные сдвиги рельсошпальной решетки, интенсивное накопление расстройств рельсовой колеи, тем самым существенно повысило безопасность движения. Указанный подход к оценке качества экипажной части локомотивов на стадии приемочных испытаний практически обеспечил их надежную работу в эксплуатации.
Электрификация Экспериментального кольца совпала с началом развертывания работ по внедрению электрической тяги в пригородном сообщении и на линиях значительной протяженности в промышленных районах Урала, Кузбасса, юга страны и открыла широкие возможности для проведения исследований в области устройств электроснабжения и электроподвижного состава. Это позволило провести первые испытания электровозов постоянного тока ВЛ19-17 и С11-18 под руководством В.Ф. Егорченко. Полигону было присвоено название – Опытное кольцо Центрального научно-исследовательского института Народного комиссариата путей сообщения (Опытное кольцо ЦНИИ НКПС), а его начальником назначен А.П. Егоров. Результаты исследований позволили рекомендовать систему переменного тока для широкого внедрения на железных дорогах страны. Созданный первый серийный магистральный электровоз переменного тока ВЛ60 с игнитронными выпрямителями получил путевку в жизнь после всесторонних испытаний на кольце. Большое место в работах, выполняемых на экспериментальной базе, занимали вопросы совершенствования методов и средств испытаний электроподвижного состава и устройств электроснабжения, создания автоматизированных комплексов сбора и обработки данных, устанавливаемых в вагонах-лабораториях.
С 1936 года на полигоне начаты исследования тормозных колодок, изготовленных из чугуна, а затем – из различных композитных материалов. В 1936-1937 годах были проведены обширные динамические испытания 4-осных грузовых полувагонов на тележках с различными типами рессор и 4-осных пассажирских вагонов на тележках 5 основных типов. Зимой 1939-1940 годов под руководством инженеров В.А. Забродина и Е.Г. Луценко были проведены испытания и исследования первого отечественного электровоза переменного тока ОР22. В дальнейшем – испытаны все серийные электровозы однофазного переменного тока напряжением 25 кВ, выполнен комплекс работ по электрическому торможению локомотивов. В результате созданы самые мощные в мире грузовые электровозы переменного тока – ВЛ80Т с реостатным и ВЛ80Р с рекуперативным тормозом. Сконструированы и успешно прошли испытания электровозы повышенной мощности с бесколлекторными тяговыми двигателями – ВЛ80В (вентильные) и ВЛ80А (асинхронные). Эти локомотивы обеспечивали постоянную скорость следования грузового поезда по спускам, уменьшали расход тормозных колодок, а электровозы с рекуперацией еще и возвращали в сеть 10-12% электроэнергии, расходуемой на тягу. За создание электровоза ВЛ80Т большая группа специалистов промышленности и транспорта была удостоена Государственной премии (1974 год), в том числе ученые института – д.т.н. Б.Д. Никифоров и к.т.н. А.Л. Лисицын. В 1940-х годах на Экспериментальном кольце развернуты широкие исследования, связанные с внедрением электротяги на переменном токе. В годы Великой Отечественной войны Экспериментальное кольцо под руководством А.П. Егорова успешно выполняло практическую проверку многочисленных рекомендаций института для локомотивного хозяйства военного времени: создание передвижных локомотивных колонн, изменение и проверка временных правил обслуживания локомотивов в особых условиях, использование низкосортных углей, перевод электростанций на генераторный газ и многое другое. Известные специалисты в области вагонного хозяйства – М.В. Винокуров, С.В. Вершинский и др. – занимались вопросами восстановления поврежденных вагонов и изношенных деталей, ремонта вагонов в полевых условиях. Профессор С.Г. Веденкин вместе со специалистами прифронтовых дорог наладил обработку жестких и коррозийно-активных вод для каждого депо. Большое значение уделялось и проблемам развития тепловозной тяги, которая в то время использовалась главным образом на Ашхабадской дороге. Исследования по совершенствованию конструкции, тяговых свойств и эксплуатационных качеств тепловозов были выполнены под руководством профессора К.А. Шишкина.
В послевоенный период, и особенно в 1950-1970-е годы, институт провел ряд крупных исследований, направленных на дальнейшее развитие железнодорожного транспорта страны. В это время руководителями кольца были: с 1945 по 1949 год – Т.С. Хачатуров, выдающийся ученый экономист, д.э.н., профессор, академик АН СССР; в 1950 году – В.В. Курочкин, видный руководитель железных дорог; с 1951 по 1962 год – И.А. Иванов, крупный специалист в области путевого хозяйства железных дорог, к.т.н., Герой Социалистического Труда; с 1962 по 1978 год – А.Д. Каретников, один из ведущих ученых в области эксплуатации железных дорог, крупный организатор науки, доктор техн. наук, профессор, заслуженный деятель науки и техники РСФСР. В разные годы под их руководством наряду с решением вопросов эксплуатации, тяги и пути большое внимание уделялось новым отраслям науки: экономике железнодорожного транспорта, грузовой и коммерческой работе, электрической и дизельной тяге, транспортной энергетике, вагон- ному хозяйству, теории автоматических тормозов, мостовому и тоннельному хозяйству, металловедению, сварке, автоматике, телемеханике и связи, вычислительной технике и др. Исследования проводились по восстановлению изношенных деталей наплавкой, обеспечению высокого качества сварки рельсов бесстыкового пути, восстановлению дефектных рельсовых плетней контактной сваркой. Коллективом отделения «Сварка» в короткие сроки была установлена принципиальная возможность и целесообразность контактной сварки рельсов отечественного производства. Однако широкое внедрение такой сварки сдерживалось отсутствием рельсосварочных машин. Эта проблема, как и целый ряд других, стоящих перед железнодорожным транспортом, была решена коллективом отделения: с 1952 года в отделении работал знаменитый сварщик-новатор, заслуженный изобретатель РСФСР А.Г. Назаров, внесший большой вклад в отечественную сварочную науку и технику. К началу 1950-х годов возникла необходимость в натурных исследованиях устройств тягового электроснабжения, а также процессов токосъема. На кольце были проведены работы по изучению механического взаимодействия токоприемников ЭПС и контактных подвесок, изучены особенности токосъема при гололеде, выполнены исследования по проблеме износа контактных проводов и их нагрева, по защите от электрокоррозии арматуры опор контактной сети, проведена разработка секционных изоляторов с полимерными изолирующими элементами. 1958 год ознаменовался тем, что на полигоне изучались продольные силы при торможении поезда весом 8 000 т. В 1958-1959 годах внутри главного кольцевого пути построены два дополнительных – 2-й и 3-й с переменными планом и профилем. Они имели прямые вставки и набор кривых от 390 до 1 220 м и предназначались для выполнения разнообразных исследований верхнего строения пути.
Первый кольцевой путь предназначен для проведения испытаний всех видов подвижного состава. Второй и третий – для испытаний опытных конструкций пути, земляного полотна, путевых машин и механизмов и эксплуатационной проверки подвижного состава. Эти два кольца, протяженностью 5,7 км каждый, имели кривые переменного радиуса от 400 м до прямых вставок с изменением по длине профиля, со спусками, подъемами и площадками. В них были использованы звеньевые пути с рельсами Р65 на железобетонных шпалах, скрепление – КБ, ЖБР-65, АРС, стрелочные переводы – типа Р65, марка крестовины – 1/11. Они оборудованы рельсовыми цепями с путевыми реле ДСШ-13, а также системой обнаружения нагрева букс КТСМ-01 и КТСМ-02.
Наличие двух кольцевых путей одинакового профиля и плана позволяло исследовать взаимодействие разных конструкций пути и подвижного состава, дублировать проверку полученных результатов. Вместе с кольцевыми и подъездными путями, хордами и испытательными участками общая протяженность путей кольца составила около 42 км.
После сооружения второго и третьего замкнутых путей получили развитие полигонные испытания вагонов при движении в составе поездов массой до 10 тыс. т с пробегом более 500 км в сутки при повышенной загрузке вагонов. Такие испытания позволили в 8-10 раз быстрее, чем при обычных эксплуатационных испытаниях, получить с высокой степенью достоверности данные о поведении вагонов и их отдельных узлов и деталей в существующих и перспективных условиях эксплуатации. В 1967 году на кольцевом пути в связи с появлением новых более сложных задач, которые ставились при испытаниях нового и перспективного подвижного состава, пригодного для работы с тяжеловесными поездами и при более высоких скоростях движения, была проведена модернизация верхнего строения, уложены рельсы типа Р65 с возвышением наружного рельса 90 мм, а также в кривом участке – новый стрелочный перевод. Данная модернизация позволила проводить опыты с локомотивами, имеющими высокие осевые нагрузки, со скоростью движения до 120 км/ч в пределах стрелочного перевода и до 140 км/ч – на остальном участке кольцевого пути. В 1969-1970 годах на испытательном полигоне велись уникальные комплексные исследования продольной динамики неоднородного поезда весом до 15 000 тс с расстановкой локомотивов как в голове, так и в середине поезда, состоящего из большегрузных вагонов. В 1980-е годы была сооружена мостовая эстакада протяженностью 230 м, на которой могут одновременно устанавливаться 12 пролетных строений различных конструкций, изготовленных из металла или железобетона. Всего на Кольце было испытано более 100 различных модификаций локомотивов, электро- и дизель-поездов. В 1993 году на нем прошел испытания 8-осный пассажирский тепловоз ТЭП80, который в экспериментальных поездках на линии Санкт-Петербург – Москва развил максимальную для тепловозной тяги скорость – 271 км/ч, установив тем самым мировой рекорд. Начальником полигона был назначен Владимир Игнатьевич Козловский. В том же году построены выставочные павильоны на территории 2-го маневрового района испытательного полигона.
В 1987 году завершено строительство корпуса Автоматизированных систем управления электрической централизацией стрелок и сигналов (АСУ ЭЦ).
В 1993-1999 годах проходили испытания электровоз переменного тока ЭП1 с коллекторными двигателями и электровоз двойного питания ЭП10 с асинхронным тяговым приводом, скоростной пассажирский электровоз ЭП200, а в 2001 году – приемочные испытания электропоезда ЭС250-001 «Сокол».
Экспериментальное кольцо сегодня – это крупнейший полигон для проведения комплексных испытаний железнодорожной техники. Сейчас на его территории находятся объекты административного и хозяйственного значения: административное управление, цех пути, тяговая подстанция, пескосушилка, насосная, корпуса для проведения стационарных испытаний и т. д. Комплекс объектов инфраструктуры Экспериментального кольца включает в себя 3 кольцевых пути с примыкающими стрелочными переводами и обладает функциональной возможностью подачи в контактную сеть переменного (825 В и 3 кВ) и постоянного тока (25 кВ).
Помимо наличия уникальной базы, благоприятные климатические условия позволяют проводить различные виды испытаний: комплексные динамические (ходовые) по воздействию на путь нового и модернизированного подвижного состава, новых конструкций стрелочных переводов, тормозные, по взаимодействию контактной подвески различных систем и токоприемников. Испытания подвижного состава и пути проводятся в условиях граничных значений электропитания и в регламентированных условиях плана и профиля. Постоянной и всегда актуальной задачей является проведение работ по изучению взаимодействия пути и подвижного состава. Установлено влияние повышения осевых нагрузок 25, 27, 30 тс на появление и развитие контактно-усталостных дефектов в головках рельсов, а также на надежность элементов грузовых вагонов.
На Экспериментальном кольце были испытаны основные типы железнодорожной продукции отечественного и зарубежного производства:
– более 100 опытных образцов и модификаций локомотивов, современных электро- и дизель-поездов: «Сапсан», «Тальго», «Аллегро», ЭС2Г, ЭГ2Тв, РА-2 и др.;
– основные типы грузовых и пассажирских вагонов;
– узлы подвижного состава – на долговечность и надежность;
– абсолютное большинство элементов верхнего строения пути (типов рельсов, шпал, стрелочных переводов и др.) – на эксплуатационный ресурс;
– устройства обеспечения безопасности движения, ресурсо- и энергосбережения и другое технологическое оборудование.
На Экспериментальном кольце проводятся испытания не только технических средств в полном комплексе, но также исследования их отдельных агрегатов и узлов. Для таких работ кольцо располагает специализированной лабораторной базой, современным стендовым оборудованием, включая стенд-горку с упором, имеющим массу 5200 т, с которым соударяются вагоны, систему стендов для испытаний автосцепок. Также испытательная база включает лаборатории колесных пар и электрооборудования пассажирских вагонов. Лаборатория исследования фрикционных узлов тормозных систем оснащена уникальным стендом, на котором тормозные колодки и накладки дискового тормоза испытываются на натурных колесах и дисках при скоростях до 300 км/ч и осевой нагрузке 25 тс.
В лаборатории электроподвижного состава испытываются:
– тяговые двигатели, системы регулирования напряжения, тиристорные преобразователи контактной сети с возможностями монтажа любых типов подвески;
– вагоны на прочность на стенде, создающим продольное усилие ±500 тс и с вертикальным нагружением до 300 тс, оборудованном маятниковыми копрами.
В разное время здесь испытывались новые локомотивы, вагоны, автоматические тормоза, отдельные конструкции верхнего строения пути, контактной сети, проходили исследования по взаимодействию пути и подвижного состава.