2.1 Caracteristici generale ale proceselor de generare a zgomotului
Analizând generarea de zgomot a trenurilor, putem distinge trei grupe principale:
Intensitatea zgomotului depinde în principal de viteză și este în general reprezentată în Fig. 1.
Fig. 1. Dependența zgomotului de tren de cale ferată pe viteză
Echipament de zgomot (compresoare, motoare de tracțiune etc.). predomină la viteze de până la 50-60 km / h. Zgomotul de rulare - proces de coliziune în „roată - șină“ este definit 30lgV dependența (V - viteza, km / h) și predomină în intervalul de viteză de 60-300 km / h. zgomotul aerodinamic este format prin fluxul de aer în jurul corpului de material rulant, și un al pantograf. 60lgV determinată predomină dependență și la viteze de peste 300 km / h.
O anumită contribuție la procesele de zgomot furnizează astfel de procese ca zăngănit a corpului material rulant (Block Noise) roți „scârțâit“ în curbe de sunet pad de frână radiații și o roată în timpul frânării (zgomot de frânare) transportări de coliziune (cuplaj de zgomot), un sunet de reflecție atunci când montarea șinelor de la plăcile, impacturile asupra rosturilor șinelor etc.
Una dintre principalele contribuții la formarea zgomotului exterior al transportului feroviar este zgomotul de rulare, adică zgomotul rezultat din interacțiunea dintre roată și șină.
Zgomotul roții și al șinei apar ca urmare a vibrațiilor cauzate de interacțiunea lor. Procesul de formare a zgomotului de rulare este descris de un model creat de Remington [12]. O vedere grafică a acestui model este prezentată în Fig. 2.
Fig. 2. Model care descrie apariția zgomotului de rulare
Să acordăm atenție anumitor caracteristici ale modelului luat în considerare. Emisia de zgomote apare nu numai prin contactul, ci și cu suprafețele atașate, de exemplu traversele (figura 3).
Fig. 3. Emisia sonoră a elementelor de intrare ale structurii superioare a șinei și a roții
Conceptul de filtru de contact este adoptat în model. Aceasta este o parte importantă a modelului. În locul contactului formează un loc de contact în cazul în care, pe lângă cele două corpuri principale ale roții și șinei poate distinge de-al treilea corp - un strat intermediar format dintr-un amestec de oxid și a altor produse de uzură a roților și a șinelor de cale ferată. Acest amestec servește ca un fel de garnitură sau filtru, care reduce solicitările care apar.
În condiții reale, există o mișcare liniară a roții în raport cu șina, adică mișcarea roții este de fapt o combinație de rulare și alunecare de-a lungul suprafeței șinei (Figura 4)
Fig. 4. Schema de interacțiune roată-șină
În punctul de contact, există presiuni extrem de mari care corespund forțelor de forfecare, ceea ce duce la costuri semnificative ale energiei. Ca urmare, forțele de contact semnificative acționează în zona de patch-uri de contact și se emite zgomote de intensitate ridicată.
Datorită naturii de impact a interacțiunii în corpurile de contact, întregul spectru al frecvențelor proprii pe care este emis emisia de zgomot este excitat.
În zona de contact a roții cu șina, apare o presiune de contact care constă dintr-o sarcină statică cauzată de incidentul de masă pe perechea de roți și forțele dinamice asociate cu modul de tren de mare viteză. Aceste forțe provin din inegalitatea suprafețelor de rulare la punctul de contact. Presiunea de contact depinde în principal de amplitudinea inegalității la punctul de contact [23].
Șinele sunt caracterizate prin uzura ondulată a suprafeței de rulare, caracterizată prin neregularități periodice de aproximativ 50-100 μm în lungime și câteva zeci de micrometri în înălțime, în funcție de gradul de uzură. Mărimea neregulilor influențează în mod semnificativ zgomotul de rulare.
Zgomotul de rulare crește, de asemenea, dacă există frâne inegale pe roți, așa-numitele "glisiere".
Pentru a reduce zgomotul de rulare cauzat de șinele zimțate în UE, șinele sunt lustruite. Conform datelor din literatura de specialitate, efectul reducerii zgomotului după șlefuirea șinelor este de aproximativ 6 dBA.
Structura microfoanelor și a senzorilor în timpul experimentului este prezentată în Fig. 5.
Fig. 5. Amenajarea microfoanelor și a senzorilor
Microfoanele la o distanță de 1 m de șină au fost instalate la înălțimea capului șinei (figura 6). Microfoanele la o distanță de 25 m de axa pistei au fost instalate la o înălțime de 1,5 m față de nivelul solului.
Fig. 6. Instalarea microfoanelor la o distanță de 1 m față de șină
Fig. 7. Instalarea unui senzor de vibrații cu trei componente pe o șină
Starea suprafeței șinelor care se rotesc înainte de șlefuire este prezentată în fig. 8. Starea suprafeței de rulare a șinelor după măcinare este prezentată în Fig. 9. Cifrele indică puncte comune pentru identificarea aceluiași site.
Fig. 8. Suprafețele șinelor rulate înainte de măcinare
Fig. 9. Suprafețele de rulare a șinelor după măcinare
Din fig. Fig. 8. și Fig. 9. Se poate observa că neregularitățile care au fost mai puțin decât înainte sau au dispărut complet, dar au fost expuse alte neregularități (caverne), care nu au ieșit înainte de măcinare. Crăpăturile longitudinale formate pe suprafața radială a capului șinei, care nu s-au manifestat înainte de măcinare (indicată printr-o săgeată).
Măsurătorile de zgomot și vibrații sunt prezentate în figura 10-12 (de exemplu, trecerea trenului de pasageri). În Fig. 10 prezintă rezultatele măsurătorilor de zgomot la o distanță de 1 m și 25 m de căile înainte și după măcinarea din grafic, astfel încât este clar că în câmpul apropiat, prin roți diferite, eficiența de măcinare este de la 1 la 6 dBA. Și la o distanță de control de 25 - de la 1 la 4 dBA.
Fig. 10. Rezultatele măsurării nivelelor de zgomot la distanțe de 1 m și 25 m în timpul trecerii unui tren de pasageri înainte și după măcinarea șinelor
Fig. 11 Nivelurile presiunii sonore la distanțe de 1 m și 25 m înainte și după, șlefuirea șinelor
Fig. 12. Valorile accelerației la vibrații a șinei de-a lungul axei z (vertical), înainte de măcinare și după măcinare la trecerea unui tren de călători
Această măcinare se realizează în două trepte prin trenuri succesive. Primul tren efectuează o frezare sau o frezare profilată a șinei, cu formarea profilului corect, iar al doilea tren netezește microrozitatea rămasă după tăietor. În plus, efectul de reducere a zgomotului de la șinele de șlefuire ameliorează foarte mult starea precară a osiilor montate pe vagoanele autohtone. Situație deosebit de proastă a roților la vagoanele de cisterne și autoturisme gondola. Cea mai bună stare a suprafețelor de rulare ale roților autoturismelor, astfel încât cel mai bun efect a fost obținut pe aceste tipuri de autoturisme.
Astfel, pentru a obține un efect mai mare de reducere a zgomotului, este necesar nu numai șlefuirea acustică a suprafețelor șinelor, ci și un control mai bun asupra stării tehnice a perechilor de roți (în special a vagoanelor de marfă).
Cel mai bun rezultat este de a reduce zgomotul de la procedura de măcinare feroviar, în condițiile actuale, se obține, în porțiuni, în care mișcarea de sarcină derivă, în principal, și este traficul de pasageri, unități multiple și trenuri de mare viteză ca având defecte minime ale suprafeței de călărie osiilor montate.
2.3 Căptușeală pe gâtul șinei
Una dintre căile de reducere a zgomotului de rulare în sursa de educație este reducerea emisiei sonore a șinei. Acest lucru se realizează prin instalarea de garnituri de amortizare a vibrațiilor pe gâtul șinei. O vedere generală asupra suprapunerilor este prezentată în Fig. 13.
Fig. 13. Vedere generală a garniturilor de amortizare a vibrațiilor pe gâtul șinei
Rezultatele testelor pentru trei tipuri de trenuri (trenuri de marfă, trenuri electrice, trenuri de călători) sunt prezentate în Figurile 14-16.
Fig. 14. Rezultatele măsurărilor SPL la o distanță de 1 m față de șină, cu și fără căptușeală, atunci când călătoresc un tren de marfă
Fig. 15. Rezultatele măsurătorilor SPL la o distanță de 1 m față de șină, cu căptușeală și fără căptușeală, atunci când călătoresc un tren de călători
Fig. 16. Rezultatele măsurătorilor SPL la o distanță de 1 m față de șină, cu căptușeală și fără căptușeală, în timpul conducerii unui tren electric
Prin analizarea caracteristicilor spectrelor 1/3 octavă se poate argumenta că, în joasă amortizare efect are loc, și de înaltă frecvență se introduce parțial realizează funcția de izolare a sunetului. Este interesant de observat regiunea caracteristică pentru toate spectrele măsurate la o frecvență de 1000 Hz, pe care inserțiile nu au efect. Aceasta confirmă efectul izolației fonice la frecvențe înalte.
Astfel, scăderea SPL a fost de 2 până la 5 dB în regiunea de frecvență medie-joasă a spectrului de frecvențe de la 1 la 2 dB în domeniul de înaltă frecvență. Reducerea nivelului sonor este de aproximativ 3 dBA.
3 Reducerea zgomotului transportului feroviar pe calea de propagare
3.1 Caracteristicile distribuției zgomotului exterior al transportului feroviar
În propagarea sunetului în spațiul unui tren în mișcare într-o clădire din apropiere o reducere a nivelurilor de sunet (ultrasunete) și niveluri de presiune acustică (SPL) cu distanta din cauza fenomenului de divergență, adică divergența câmpului sonor într-un volum tot mai mare de spațiu. Natura reducerii SUA și a SUA cu distanța față de tren este determinată de lungimea sa. Trenul extins este sursa undelor cilindrice caracteristice radiatoarelor liniare. Pentru sursele liniare infinite condiționate, o scădere de 3 dB (dB) este caracteristică pentru fiecare dublare a distanței. Trenul are dimensiuni finite, prin urmare, această regularitate are o limitare, adică cu creșterea val distanța cilindrice trece într-un cvasi-cilindric (o scădere de 4-5 dB), și apoi într-o formă sferică (redusă 6 dB), atunci când trenul este reprezentat de o sursă de sunet punct. Datele referitoare la reducerea emisiilor din SUA de la trenuri diferite, cu distanța tot mai mare atunci când trenul trece prin rambleu, sunt prezentate în tabelul 5.
Reducerea zgomotului pentru diferite tipuri de trenuri într-un amplasament cu relief redus
Diferența de reducere a spațiului liber din SUA, de exemplu, pentru o distanță de 100 m, poate ajunge la 4 dBA între vagoanele de marfă (tren lung) și trenurile electrice (trenul scurt).
3.2. Reducerea zgomotului transportului feroviar prin ecrane acustice mici
Utilizarea mijloacelor de reducere a zgomotului în sursă nu oferă reducerea zgomotului la valorile cerute. O măsură eficientă de reducere a zgomotului în calea propagării de la sursă este utilizarea mijloacelor de izolare acustică aproape. Ca atare, se poate lua în considerare o obstrucție sub forma unui ecran acustic mic, amplasat în apropierea capului de șină, în cadrul dimensiunilor permise. Diagrama de proiectare a unui astfel de dispozitiv este prezentată în Fig. 5.1.
Fig. 17. Schema de proiectare a BSP:
1 - sursa de zgomot (roată cu aburi); 2 - BSZ; 3 - punctul calculat (RT); 4 - obiect protejat de zgomot; 5 - suprafața de referință dintre BSZ și RT; 6 - suprafața de referință dintre sursa de zgomot și BSZ
Pentru a determina eficacitatea insonorizarea acustic aproape - un mic ecran acustic a fost alocată o parcelă experimentală a caii ferate finlandeze c instalate Soundim ecran experimental. Înălțimea marginii superioare a ecranului de la nivelul capului șinei a fost de 850 mm. Distanța de la ecran la axa liniei a fost de 1920 mm. Vederea generală a ecranului este prezentată în Fig. 18. Procesul de măsurare este prezentat în Fig. 19.
Fig. 18. Vedere generală a ecranului acustic mic Soundim
Fig. 19. Măsurarea eficienței acustice a ecranului acustic Soundim
Rezultatele ecranului acustic Soundim sunt prezentate în Fig. 20-21.
Fig. 20. Rezultatele eficienței acustice a ecranului Soundim în timpul trecerii unui tren de pasageri
Fig. 21. Rezultatele eficienței acustice a ecranului Soundim în timpul trecerii unui tren de marfă
ecran Eficacitatea Soundim pe porțiunea măsurată căile ferate finlandeze are un randament de 8,10 dB, atunci când se deplasează de-a lungul căilor direct adiacente ecranului și 4-7 dB atunci când se deplasează de-a lungul căilor de la distanță de pe ecran, care este comparabil cu eficiența de ecrane de la alți producători și alte construcții ecrane. Aplicarea cea mai eficientă a ecranelor de proiectare Soundim va fi pe secțiunile unde se organizează mișcarea trenurilor de mare viteză, a trenurilor electrice suburbane și a trenurilor de călători
În prezent, eficiența măsurilor de reducere a zgomotului în calea de propagare (setare AE), în medie 10-15 dBA, care este de 2-3 ori mai mare decât eficiența măsurilor de reducere a zgomotului sursă de formare (vibrodempfirovanie sau izolarea fonică a gâtului feroviar, etc). Cele mai bune rezultate pot fi obținute prin aplicarea acestor măsuri împreună.