Шум в вагонах при движении со скоростью 60–80 км/ч
Введение
Железнодорожный транспорт является одним из самых энергоэффективных видов транспорта. Однако наряду со многими неоспоримыми достоинствами железнодорожный транспорт часто становится причиной жалоб населения на повышенный шум.
Железнодорожное сообщение заметно увеличивает акустическое загрязнение ОС. По данным комиссии ЕС по железнодорожному транспорту примерно 10% населения ЕС подвержено вредному воздействию шума от железнодорожного транспорта, которое является угрозой здоровью, а также является причиной беспокойства и дискомфорта.
1. Источники шума железнодорожного транспорта
Воздействие шума железнодорожного транспорта на окружающую среду и пассажиров чрезвычайно многообразно. По интенсивности этот шум занимает промежуточное положение между авиационным и автомобильным, но по числу источников шума различного происхождения ему нет равных.
Можно выделить три основных объекта, на которые воздействует шум от железнодорожного транспорта:
1) селитебная зона;
2) пассажиры и обслуживающий персонал на станциях;
3) пассажиры и обслуживающий персонал поездов.
На примагистральных территориях и в селитебной зоне основными источниками шума в окружающей среде являются (таблица 1):
– шум локомотива;
– звуковые сигналы;
– аэродинамические взаимодействия подвижного состава с окружающей средой (при скорости более 200 км/ч);
– взаимодействие пути и подвижного состава при движении (излучение шума системой колесо-рельс) – или шум качения;
– вентиляционные системы (это характерно для метрополитена);
– структурный шум, возникающий от передачи вибрации в системе колесо-рельс в близко расположенные здания;
– машины и механизмы для производства работ по текущему содержанию и ремонту путей (путевые машины и механизмы);
– вспомогательное оборудование;
– производственные предприятия железнодорожного транспорта (сортировочные и грузовые станции, локомотивные и вагонные депо);
– тяговые подстанции;
– железнодорожные мосты (при движении по ним подвижного состава).
Таблица 1
Источники шума железнодорожного транспорта [4]
| Источник шума | Расстояние, м | УЗ, дБА |
| Движение поезда по мосту со скоростью 60–80 км/ч | 80-90 | |
| Движение подвижного состава при скоростях 150…200 км/ч | 85-95 | |
| Электровозы | 75-80 | |
| Тепловозы | 80-95 | |
| Путевые машины вибрационного действия, щебнеочистительные машины | 80-95 | |
| Соударение вагонов | 95-100 | |
| Звуковые сигналы локомотивов и электроподвижного состава | 100-110 | |
| Тяговые подстанции | 45-50 | |
| Сортировочные станции | 100-150 | 70-85 |
Основные источники шума, действующие на людей, находящихся на перронах, в залах ожидания и других помещениях вокзалов, следующие:
– громкоговорящие системы оповещения;
– шум приближающегося (уходящего) поезда;
– шум вспомогательного оборудования (вентиляционные системы, эскалаторы, уборочные машины, кондиционеры, системы отопления и пр.).
Характеристики шума некоторых из этих источников приведены в таблице 2.
Таблица 2
Источники шума, действующие на вокзалах [4]
| Источник шума или месторасположение пассажира | Эквивалентные УЗ, дБА |
| Эскалатор | 55-60 |
| Уборочная машина | 75-85 |
| Громкоговорящие системы оповещения Проходящий грузовой состав | 80-90 90-100 |
| Перрон станции метрополитена (при подходе поезда) | 75-85 |
В вагоне транспортного средства воздействует в основном шум от качения колеса по рельсу, а также работа вспомогательных агрегатов (компрессора, электродвигателя и пр.). В метрополитене дополнительный источник шума – отражение звука от поверхности тоннеля. Уровни шума в вагонах даны в таблице 3.
Таблица 3
Шум в вагонах при движении со скоростью 60–80 км/ч
| Вагоны | УЗ, дБА |
| Пассажирские поезда | 60-70 |
| Электроподвижной состав | 70-85 |
| Метрополитен | 80-90 |
Шум поездов при различных скоростях находится в пределах показанных в таблице 4:
Таблица 4
Характеристики шума поездов
| Тип поезда | Скорость, км/час | Уровни звука, дБА |
| Грузовые | 30-90 | 78-88 |
| Электропоезда | 40-120 | 76-90 |
| Пассажирские | 40-130 | 78-88 |
| Высокоскоростные поезда «Сапсан» | 100-220 | 68-86 |
2. Образование и снижение внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом в источнике возникновения
2.1 Общая характеристика процессов шумообразования
Анализируя процессы шумообразования поездов можно выделить три основные группы:
– шум оборудования;
– шум качения;
– аэродинамический шум.
Интенсивность шума зависит в основном от скорости и в общем виде представлена на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость шума железнодорожного поезда от скорости
Шум оборудования (компрессоры, тяговые электродвигатели и др.) превалирует на скоростях до 50-60 км/ч. Шум качения – процесс соударения в системе «колесо – рельс» определяется зависимостью 30lgV (V – скорость движения, км/ч) и превалирует в диапазоне скоростей 60-300 км/час. Аэродинамический шум образованный обтеканием воздухом корпуса подвижного состава, пантографа и др. определяется зависимостью 60lgV и превалирует на скоростях свыше 300 км/ч.
Определенный вклад в процессы шумообразования дают такие процессы как дребезжание корпуса подвижного состава (корпусной шум), «визг» колеса в кривых, звукоизлучение тормозных колодок и колеса при торможении (шум торможения), соударение вагонов (шум сцепки), отражение звука при установке рельсов на плитах, удары на стыках рельсов и др.
Шлифование рельсов
Один из основных вкладов в процесс образования внешнего шума железнодорожного транспорта вносит шума качения, то есть шум возникающий при взаимодействии колеса и рельса.
Шум колеса и рельса появляется в результате вибрации, вызванной их взаимодействием. Процесс образования шума качения описывается моделью, созданной Ремингтоном [12]. Графический вид этой модели показан на рис. 2.
Рис. 2. Модель, описывающая возникновение шума качения
Обратим внимание на некоторые особенности рассматриваемой модели. Излучение шума происходит не только контактирующими но и присоединёнными поверхностями, например, шпалами (рис. 3).
Рис. 3. Звукоизлучение входящих элементов верхнего строения пути и колеса
В модели принято понятие контактного фильтра. Это важная составляющая модели. В месте контакта образуется контактное пятно, где, помимо двух основных тел колеса и рельса, можно выделить третье тело – промежуточный слой, состоящий из смеси оксида железа, и других продуктов износа колес и рельсов. Эта смесь выполняет роль своего рода прокладки, или фильтра, снижающего возникающие напряжения.
В реальных условиях наблюдается некоторое линейное перемещение колеса относительно рельса то есть движение колеса фактически представляет собой сочетание качения и скольжения по поверхности рельса (рис. 4)
Рис. 4. Схема взаимодействия колеса с рельсом
В контактном пятне имеют место чрезвычайно высокие давления, соответствующие усилиям сдвига, и это приводит к значительным затратам энергии. Вследствие этого в зоне пятна контакта действуют значительные контактные силы и излучается высокоинтенсивный шум.
Из-за ударного характера взаимодействия в контактирующих телах возбуждается весь спектр собственных частот, на которых излучается шум.
В зоне контакта колеса с рельсом возникает контактное давление, которое состоит из статической нагрузки вызванной массой приходящейся на колёсную пару, и динамических сил, связанных со скоростным режимом поезда. Эти силы возникают из-за неровностей поверхностей катания в точке контакта. Контактное давление зависит, главным образом, от амплитуды неровностей в точке контакта [23].
Для рельсов характерен волнообразный износ поверхности катания, характеризуемый периодическими неровностями длиной приблизительно 50-100 мкм и высотой в несколько десятков микрометров в зависимости от степени износа. Величина неровностей в значительной мере влияет на шум качения.
Шум качения также возрастает, если на колесах возникают неровности от торможения, так называемые «ползуны».
Для снижения шума качения вызванного волнообразным износом рельсов в ЕС применяется шлифование рельсов. По литературным данным эффект снижения шума после шлифования рельсов составляет около 6 дБА.
В рамках выполнения научно-исследовательской работы по заданию ОАО «РЖД» на II-ом главном пути Волховского хода Октябрьской железной дороги на участке «Войбокало»…«Новый Быт» (ПК949+40) в период 11.11.2012 по 25.11.2012 г. был проведен эксперимент по определению акустической эффективности шлифования рельсов рельсошлифовальным поездом фирмы «СПЕНО».
Схема расположения микрофонов и датчиков при проведении эксперимента представлена на рис. 5.
Рис. 5. Схема расположения микрофонов и датчиков
Микрофоны на расстоянии 1 м от рельса были установлены на высоте головки рельса (рис. 6). Микрофоны на расстоянии 25 м от оси пути были установлены на высоте 1,5 м от уровня земли.
Рис. 6. Установка микрофонов в на расстоянии 1 м от рельса
Рис. 7. Установка трёхкомпонентного вибродатчика на рельс
Состояние поверхности катания рельсов до шлифования представлено на рис. 8. Состояние поверхности катания рельсов после шлифования представлено на рис. 9. На рисунках обведены общие точки для идентификации одного и того же участка.
Рис. 8. Поверхности катания рельсов до шлифования
Рис. 9. Поверхности катания рельсов после шлифования
Из рис. рис. 8. и рис. 9. видно, что неровности, которые были до шлифования стали меньше или исчезли совсем, однако обнажились другие неровности (каверны) которые до шлифования на поверхности не выступали. На радиусной поверхности головки рельса образовались продольные трещины, которые до шлифования не проявлялись (указано стрелкой).
Данные измерений шума и вибрации показаны на рис 10-12 (на примере прохождения пассажирского состава). На рис. 10 показаны результаты измерения шума на расстоянии 1 м и 25 м от путей до и после шлифования из графика видно, что в ближнем поле по разным колёсам эффективность шлифования составляет от 1 до 6 дБА. А на контрольном расстоянии 25 – от 1 до 4 дБА.
Рис. 10. Результаты измерений уровней звука на расстояниях 1 м и 25 м во время прохождения пассажирского поезда до и после шлифования рельсов
Рис. 11 Уровни звукового давления звука на расстояниях 1 м и 25 м до и после, шлифования рельсов
Рис. 12. Значения виброускорения рельса по оси z (вертикально), до шлифования и после шлифования при прохождении пассажирского поезда
Снижение шума при проведении шлифования составило от 2,5 до 3,5 дБА. Столь невысокие результаты (в зарубежных данных приводится больший эффект) объясняется применяемым методом шлифования. В РФ согласно «ТУ по шлифованию рельсов» от 22 февраля 2011 г. № 388 производится шлифование для поддержания механических свойств рельсов. В ЕС применяют, так называемое акустическое шлифование.
Такое шлифование производится в два приёма последовательно идущими поездами. Первый поезд осуществляет фасонное фрезерование или строгание рельса с формирование правильного профиля, а второй поезд производит сглаживание микронеровностей оставшихся после фрезы. Кроме того, эффект снижения шума от шлифования рельсов очень сильно нивелирует плохое состояние колёсных пар отечественных вагонов. Особенно плохое состояние колёс у вагонов цистерн и полувагонов. Наилучшее состояние поверхностей катания колёс у пассажирских вагонов, поэтому на этих типах вагонов и был получен наилучший эффект.
Таким образом, для достижения большего эффекта снижения шума необходимо не только акустическое шлифование поверхностей рельсов, но и лучший контроль за техническим состоянием колёсных пар (особенно грузовых вагонов).
Наилучший результат снижения шума от процедуры шлифования рельсов в текущих условиях будет получен на участках, где выведено грузовое движение и осуществляется в основном движение пассажирских, моторвагонных и скоростных поездов, как имеющих меньшее количество дефектов поверхностей катания колёсных пар.
Накладки на шейку рельса
Одним из направлений снижения шума качения в источнике образования является снижение звукоизлучения рельса Это достигается установкой вибродемпфирующих накладок на шейку рельса. Общий вид накладок представлен на рис. 13.
Рис. 13. Общий вид вибродемпфирующих накладок на шейку рельса
Проверка акустической эффективности данного средства снижения шума проводилась на выделенном экспериментальном участке на перегоне Дибуны – Белоостров Октябрьской железной дороги.
Результаты испытаний для трёх типов поездов (грузовые поезда, электропоезда, пассажирские поезда) приведены на рис 14-16.
Рис. 14. Результаты измерений УЗД на расстоянии 1 м от рельса с накладкой и без накладки, при проезде грузового поезда
Рис. 15. Результаты измерений УЗД на расстоянии 1 м от рельса с накладкой и без накладки, при проезде пассажирского поезда
Рис. 16. Результаты измерений УЗД на расстоянии 1 м от рельсас накладкой и без накладки, при проезде электропоезда
Анализируя характеристики 1/3 октавных спектров можно утверждать, что в низкочастотной области имеет место эффект демпфирования, а высокочастотной вставка частично выполняет функции звукоизоляции. Любопытно отметить характерную для всех измеренных спектров характерную область на частоте 1000 Гц, на которой вставки не имеют эффекта. Это подтверждает влияние звукоизоляции на высоких частотах.
Таким образом, снижение УЗД составило от 2 до 5 дБ в средне-низкочастотной области спектра от 1 до 2 дБ в высокочастотной. Снижение уровня звука составляет около 3 дБА.
Литература
1. О концепции снижения уровней шума и вибрации в городе Москве. Постановление Правительства Москвы, 16 октября 2007 г., №896-ПП.
2. Санитарные нормы СН 2.2.4/2.1.8.562-96. Шум на рабочих местах, в помещениях жилых, общественных зданий и на территории жилой застройки, Минздрав России, Москва 1997.
3. Interoperability of the Trans-European high-speed rail system – Directive 96/48/EC
– Technical specification for interoperability (TSI) relating to high-speed rolling stock – Commission Decision 2002/735/EC;
– Technical specification for interoperability (TSI) relating to high-speed railway infrastructures – Commission Decision 2002/732/EC.
4. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом: учебник,– М.: Логос, 2010, – 424 с.
5. Куклин Д.А. Расчет шумовых характеристик потоков железнодорожного транспорта. Специальном выпуск «ELPIT-2012» научного издания «Известия Самарского научного центра РАН», г. Самара, 2012 г., т 14, с. 885-888.
6. Иванов Н.И., Куклин Д.А. Проблема шума железнодорожного транспорта и пути ее решения. Сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», СПб, 22-24 марта, 2011 стр. 108-123.
7. Руководство по разработке карт шума улично-дорожной сети города. – М., 1980.
8. СНиП 23-03-2003 «Защита от шума». М.: Госстрой, 2004.
9. Рекомендации по учету требований по охране окружающей среды при проектировании автомобильных дорог и мостовых переходов. – М., 1995.
10. Защита от шума в градостроительстве. Справочник проектировщика. М., Стройиздат, 1993.
11. Буторина М.В., Н.И. Иванов, А.В. Кудаев, Д.А. Куклин, Г.М. Курцев, А.Е. Шашурин. Результаты картирования шума Санкт-Петербурга. Журнал «Безопасность жизнедеятельности», август №8/2009, с. 9-12.
12. Remington P.J. Wheel/rail rolling noise/ Theoretical analysis. Journal of the Acoustical Society of America, 1987, 81, 1805-1823.
13. Шум на транспорте/Под ред. В.Е. Тольского, Г.В. Бутакова, Б.Н. Мельникова, М.: Транспорт, 1995.
14. Шум качения и методы борьбы с ним. «Железные дороги мира»/ Пер. T. Klimpel, K. Knothe. Glasers Annalen, 2002, № 10, S. 450 – 457.
15. D.J. Thompson and C.J.C.Jones. Resent Developments in Railway Noise Reduction Technology. Sixth International Congress on Sound and Vibration. 5-8 july,1999, Copenhagen, Denmark, p. 2613-2628/
16. Снижение шума в кривых. «Железные дороги мира» – 2009, № 6 с. 70-76.
17. Иванов Н.И., Прокудин И.В., Дариенко И.Н., Куклин Д.А., Буторина М.В., Тюрина Н.В. Проблема снижения шума и вибрации поездов. Сборник трудов II Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», СПб, 17-19 марта, 2009 с. 9-35.
18. ГОСТ Р 54933-2012. Шум. Методы расчета уровней внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом.
19. Санитарные правила и нормы СанПиН 2.2.1/2.1.1.1200-03 с изменениями. Санитарно-защитные зоны и санитарная классификация предприятий, сооружений и иных объектов.
20. ГОСТ 31295.2-2005 (ИСО 9613-2:1996) Шум. Затухание звука при распространении на местности. Часть 2. Общий метод расчета.
21. ГОСТ Р 53187-2008 Акустика Шумовой мониторинг городских территорий.
22. Рекомендации по межгосударственной стандартизации РМГ 43-2001. Государственная система обеспечения единства измерений. «Руководство по выражению неопределенности измерений».
23. Свод правил по проектированию и строительству. СП 23-104-2004. Оценка шума при проектировании, строительстве и эксплуатации объектов метрополитена
24. Методические рекомендации по оценке необходимого снижения звука у населенных пунктов и определению требуемой акустической эффективности экранов с учетом звукопоглощения. Утверждены распоряжением Минтранса России № ОС-362-р от 21.04.2003 г.
25. Применение малошумных тормозных накладок из композита и металлокерамики. «Железные дороги мира» –2008, № 9, с. 67-69.
26. Снижение уровней излучаемого колесом шума. «Железные дороги мира» – 1993, № 12, с. 34-37.
27. Превентивное шлифование рельсов для снижения уровня шума. «Железные дороги мира» – 2011, № 12, с. 63-66.
28. Малошумный путь. «Железные дороги мира»/ Пер D. Thompson, C. Jones. Railway Gazette Intemational. 2002, № 7, p. 363 – 366.
29. Звукоизолирующий экран на шейке рельса. «Железные дороги мира» – 2011, № 3, стр. 75-77.
30. Н.И. Иванов, Н.Г. Семенов, Н.В. Тюрина. Акустические экраны для снижения шума в жилой застройке. Приложение к журналу «Безопасность жизнедеятельности», апрель №4/2012, 24 с.
31. ГОСТ Р 54931-2012. Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Технические требования.
32. ГОСТ Р 54932-2012. Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля.
33. Куклин Д.А., Тюрина Н.В. Исследования акустических экранов для снижения шума поездов. Безопасность жизнедеятельности: научно-практический и учебно-методический журнал – М.: Изд-во «Новые технологии», 2009. —№8. с. 9-12.
Шум и вибрация при движении поездов. Во многих мегаполисах железная дорога практически стала городским видом транспорта. Например, в городе Караганде вокзалы, сортировочные станции оказались почти в центре города. Рядом с железнодорожными магистралями поднялись предприятия и жилые районы. Увеличение интенсивности и скорости движения поездов, сооружение сквозных железнодорожных путей через городскую застройку влекут за собой значительный рост уровней шума в жилой зоне города и пригородных зонах отдыха населения. Шум от поездов вызывает негативные последствия, выражающиеся прежде всего в нарушении сна, ощущении болезненного состояния, в изменении поведения, увеличении употребления лекарственных препаратов и т. д. Нарушение сна может иметь различные формы: удлинение периода засыпания, пробуждения во время сна, ухудшение качества сна, т. е. переход от глубокого сна к более легкому, поверхностному. Мгновенные прерывания сна учащаются с увеличением частоты и силы звука. При равном акустическом показателе шум от поездов вызывает в 3 раза меньше нарушений сна, чем шум от автомобилей. На сон влияет не только уровень шума, но и число его источников. Восприятие шума поездов зависит от общего шумового фона. Так, на заводских окраинах городов он воспринимается менее болезненно, чем в жилых кварталах. Шум от вокзалов и особенно сортировочных станций вызывает более негативные последствия, чем шум от обычного движения поездов. Шум железной дороги заглушает человеческий голос, он мешает при просмотре и прослушивании теле- и радиопередач. Как показали результаты анкетирования, шум поездов в большей степени препятствует восприятию речи, чем шум от автомобильного движения. Это объясняется, прежде всего, продолжительностью шумового эффекта, вызываемого движением поезда. Шум может стать причиной стрессового состояния, характеризующегося повышением активности центральной и вегетативной нервной систем. О приближении пассажирского и тем более грузового поезда известно задолго до его появления - по шуму, знакомому всем перестуку колес, железному лязгу. Через города и поселки, по берегам тихих рек, заповедным местам днем и ночью идут составы. И это отнюдь не благотворно воздействует на людей, животный мир природы и даже на ее растительный наряд. Исследователями получены характеристики шумов всех категорий поездов в зависимости от скорости и интенсивности их движения, данные по шуму грузовых дворов и станций, депо, тяговых подстанций и других объектов железнодорожного транспорта. Шум поезда слагается из шума локомотива и вагонов. При работе тепловозов наибольший шум отмечается у выпускной трубы двигателя, где уровни звукового давления достигают 100–110 дБА. Даже на расстоянии 50 м от оси крайнего пути наружный шум тепловоза составляет 83– 89 дБА. Основным источником шума вагонов являются удары колес на стыках и неровностях рельсов, а также трение поверхности катания и гребня колеса о головку рельса. Качение колес по сварному рельсу без выбоин и волнообразного износа приводит к образованию шума в широком диапазоне частот. При этом уровни и частотный спектр шума зависят от состояния рельсового пути и колес, а также от возбуждаемых в них колебаний. Дефекты поверхности рельсов вызывают вибрации и удары, снижают устойчивость рельсов и верхнего строения пути в целом, приводят к износу подвижного состава и повышению уровня шума на величину до 15 дБА. Стыки рельсов вызывают ударный шум с повышением его уровня до 10 дБА. К таким же результатам приводят различные неровности, выбоины и нарушения кривизны поверхности катания и гребня колес. При движении в кривых малого радиуса иногда возникают скрежущие шумы. Такие же шумы наблюдаются и при пользовании дисковыми тормозами. Существенное значение имеют шумы, вызываемые работой двигателей локомотивов. Шум, создаваемый электровозом, обычно не превышает уровень шума, производимого вагонами. Наиболее шумящими агрегатами являются вентиляторы. Тепловозы, двигатели которых оборудованы глушителями на впускных и выпускных трубопроводах и звукоизолирующими покрытиями, не вызывают значительных шумов. Шумы возникают также от ударов в ходовых частях, от дребезжания тормозных тяг, колодок, автосцепки и др. При движении поезда со скоростью 70 –80 км/ч по рельсам, уложенным на деревянных шпалах, звуковое давление у колес составляет 125–130 дБ, а по рельсам, лежащим на железобетонных шпалах, - всего на 1– 2 дБ больше. В зависимости от скорости движения шум возрастает в среднем для пассажирских поездов на 0,37 дБ, для грузовых на 0,3 дБ и для локомотивов на 0,23 дБ при увеличении скорости на 1 км/ч. Уровни звука от пассажирских, грузовых и электропоездов при скорости движения 50–60 км/ч составляют 90– 92 дБА. Высокий уровень и среднечастотный характер колесного шума поезда по санитарной оценке весьма неблагоприятны и требуют эффективных мер его снижения. Однако применяемые на практике методы и приемы пока не дают заметного эффекта. Так, общее снижение шума в результате укладки бесстыкового пути и установки резиновых прокладок между рельсами и шпалами составляет всего 6–12 дБА. В то же время волновой износ рельсов повышает шум на 20 дБА. Резиновые прокладки в колесах на железнодорожном транспорте не применяются. Мероприятия по снижению шума. Для защиты от шума при проектировании железных дорог необходимо предусматривать в городах обходные линии для пропуска транзитных грузовых поездов без захода в город, размещать сортировочные станции за пределами населенных пунктов, а технические станции и парки резервного подвижного состава - за пределами селитебной территории. Вне этой территории должны проходить железнодорожные линии для грузовых перевозок и подъездные пути. При новом строительстве требуется отделять железнодорожные линии и станции от жилой застройки городов и других населенных пунктов разрывами. Предусмотренные нормами санитарные разрывы 100 м в городах и 50 м в поселках от железнодорожных линий до жилой застройки недостаточны. Сортировочные, пассажирские и грузовые станции должны находиться от жилой зоны на расстоянии не менее 300 м. Интересен опыт строительства гаражей вдоль железнодорожной линии с целью защиты от шума. Например, в Караганде вдоль железнодорожного полотна построено немало частных гаражей ленточного типа. Благодаря этому уменьшилось воздействие шума на прилегающие селитебные территории, повысилась безопасность движения вследствие уменьшения заходов на путь в неустановленных местах. Кроме того, гаражи препятствуют появлению стихийных свалок, нестандартных ограждений. При установке шумопоглощающих экранов вдоль железной дороги на расстоянии 2,5 м от оси пути, имеющих минимальную высоту 1,5 м и шумопоглощающее покрытие на внутренней стороне, уровни шума проходящих поездов могут быть снижены на 10 дБА на расстоянии до 100 м. К сожалению, на больших городах этот метод мало используется. Изгороди, деревья и другие посадки приводят к аналогичному эффекту при достаточной ширине посадок. В соответствии с расчетами полоса зеленых насаждений шириной 50 м снижает уровень шума на 5 - 10 дБА. Исследование генерирования и способов уменьшения шума от движущегося подвижного состава имеет большое значение в решении проблемы защиты окружающей среды. Совершенствование конструкций подвижного состава сопровождается понижением уровня шума. Так, эксплуатировавшиеся ранее пассажирские поезда при скорости 130 км/ч на стыковом пути создавали шум, уровень которого достигал 92 дБА на расстоянии 25 м от пути. Пассажирский поезд «Тулпар» с вагонами фирма «Тальго» при скорости 160 км/ч на бесстыковом пути создают шум 89 дБА, так как корпуса вагонов выполнены из дюралюминия. Вагон фирмы «Тальго» легкий и бесшумный, в салоне, несмотря на скорость, гораздо тише, чем в обычном поезде. Кроме того, вагоны имеют обтекаемую форму и низкий профиль. Их высота на 60 см ниже по сравнению с обычными электропоездами, что значительно снижает шум, возникающий при движении. Снижение шума в источнике его возникновения может быть достигнуто на железнодорожном транспорте: - заменой звеньевого пути бесстыковым с упругими прокладками между рельсами и шпалами; - проведением комплекса работ, обеспечивающих снижение шума от локомотивов и вагонов; - заменой пневматических горочных замедлителей гидравлическими; - переоборудованием системы громкоговорящего (паркового) оповещения другими видами связи; - уменьшением числа подаваемых звуковых сигналов; - ограждением железнодорожных путей; - строительством переездов в двух уровнях и т. д. Несмотря на исследования по изысканию возможности уменьшения шума тепловозов в основном его источнике - двигателе, эффективные пути пока не найдены. Снижение общего шума от тепловозов имеет место уже после применения некоторых средств по вибро - и шумопоглощению в различных источниках. Такими средствами являются глушители на выпуске газов, виброизоляция двигателя и всех вспомогательных механизмов, более совершенная конструкция рессорного подвешивания, щиты и колпаки для частичной звукоизоляции верхних и боковых поверхностей дизеля, кожуха для компрессоров, воздуходувок и вентиляторов и др. Практика показала, что весьма эффективным средством защиты населения от шума является строительство вдоль железнодорожного полотна объектов промышленного и хозяйственного назначения. Так, после того как вокруг одной из сортировочных станций были возведены производственные корпуса, практически прекратились жалобы жителей на шум, производимый железной дорогой. На станциях внедрены автоматические справочные установки, шире стали применять переносные радиостанции.
Введение
Железнодорожный транспорт является одним из самых энергоэффективных видов транспорта. Однако наряду со многими неоспоримыми достоинствами железнодорожный транспорт часто становится причиной жалоб населения на повышенный шум.
Железнодорожное сообщение заметно увеличивает акустическое загрязнение ОС. По данным комиссии ЕС по железнодорожному транспорту примерно 10% населения ЕС подвержено вредному воздействию шума от железнодорожного транспорта, которое является угрозой здоровью, а также является причиной беспокойства и дискомфорта.
1. Источники шума железнодорожного транспорта
Воздействие шума железнодорожного транспорта на окружающую среду и пассажиров чрезвычайно многообразно. По интенсивности этот шум занимает промежуточное положение между авиационным и автомобильным, но по числу источников шума различного происхождения ему нет равных.
Можно выделить три основных объекта, на которые воздействует шум от железнодорожного транспорта:
1) селитебная зона;
2) пассажиры и обслуживающий персонал на станциях;
3) пассажиры и обслуживающий персонал поездов.
На примагистральных территориях и в селитебной зоне основными источниками шума в окружающей среде являются (таблица 1):
– шум локомотива;
– звуковые сигналы;
– аэродинамические взаимодействия подвижного состава с окружающей средой (при скорости более 200 км/ч);
– взаимодействие пути и подвижного состава при движении (излучение шума системой колесо-рельс) – или шум качения;
– вентиляционные системы (это характерно для метрополитена);
– структурный шум, возникающий от передачи вибрации в системе колесо-рельс в близко расположенные здания;
– машины и механизмы для производства работ по текущему содержанию и ремонту путей (путевые машины и механизмы);
– вспомогательное оборудование;
– производственные предприятия железнодорожного транспорта (сортировочные и грузовые станции, локомотивные и вагонные депо);
– тяговые подстанции;
– железнодорожные мосты (при движении по ним подвижного состава).
Таблица 1
Источники шума железнодорожного транспорта [4]
| Источник шума | Расстояние, м | УЗ, дБА |
| Движение поезда по мосту со скоростью 60–80 км/ч | 80-90 | |
| Движение подвижного состава при скоростях 150…200 км/ч | 85-95 | |
| Электровозы | 75-80 | |
| Тепловозы | 80-95 | |
| Путевые машины вибрационного действия, щебнеочистительные машины | 80-95 | |
| Соударение вагонов | 95-100 | |
| Звуковые сигналы локомотивов и электроподвижного состава | 100-110 | |
| Тяговые подстанции | 45-50 | |
| Сортировочные станции | 100-150 | 70-85 |
Основные источники шума, действующие на людей, находящихся на перронах, в залах ожидания и других помещениях вокзалов, следующие:
– громкоговорящие системы оповещения;
– шум приближающегося (уходящего) поезда;
– шум вспомогательного оборудования (вентиляционные системы, эскалаторы, уборочные машины, кондиционеры, системы отопления и пр.).
Характеристики шума некоторых из этих источников приведены в таблице 2.
Таблица 2
Источники шума, действующие на вокзалах [4]
| Источник шума или месторасположение пассажира | Эквивалентные УЗ, дБА |
| Эскалатор | 55-60 |
| Уборочная машина | 75-85 |
| Громкоговорящие системы оповещения Проходящий грузовой состав | 80-90 90-100 |
| Перрон станции метрополитена (при подходе поезда) | 75-85 |
В вагоне транспортного средства воздействует в основном шум от качения колеса по рельсу, а также работа вспомогательных агрегатов (компрессора, электродвигателя и пр.). В метрополитене дополнительный источник шума – отражение звука от поверхности тоннеля. Уровни шума в вагонах даны в таблице 3.
Таблица 3
Шум в вагонах при движении со скоростью 60–80 км/ч
| Вагоны | УЗ, дБА |
| Пассажирские поезда | 60-70 |
| Электроподвижной состав | 70-85 |
| Метрополитен | 80-90 |
Шум поездов при различных скоростях находится в пределах показанных в таблице 4:
Таблица 4
Характеристики шума поездов
| Тип поезда | Скорость, км/час | Уровни звука, дБА |
| Грузовые | 30-90 | 78-88 |
| Электропоезда | 40-120 | 76-90 |
| Пассажирские | 40-130 | 78-88 |
| Высокоскоростные поезда «Сапсан» | 100-220 | 68-86 |
2. Образование и снижение внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом в источнике возникновения
2.1 Общая характеристика процессов шумообразования
Анализируя процессы шумообразования поездов можно выделить три основные группы:
– шум оборудования;
– шум качения;
– аэродинамический шум.
Интенсивность шума зависит в основном от скорости и в общем виде представлена на рис. 1.
Рис. 1. Зависимость шума железнодорожного поезда от скорости
Шум оборудования (компрессоры, тяговые электродвигатели и др.) превалирует на скоростях до 50-60 км/ч. Шум качения – процесс соударения в системе «колесо – рельс» определяется зависимостью 30lgV (V – скорость движения, км/ч) и превалирует в диапазоне скоростей 60-300 км/час. Аэродинамический шум образованный обтеканием воздухом корпуса подвижного состава, пантографа и др. определяется зависимостью 60lgV и превалирует на скоростях свыше 300 км/ч.
Определенный вклад в процессы шумообразования дают такие процессы как дребезжание корпуса подвижного состава (корпусной шум), «визг» колеса в кривых, звукоизлучение тормозных колодок и колеса при торможении (шум торможения), соударение вагонов (шум сцепки), отражение звука при установке рельсов на плитах, удары на стыках рельсов и др.
Шлифование рельсов
Один из основны