Механизм возникновения и методы защиты

Исследование шума от качения колес

Шум— важная экологическая проблема железных дорог. Известно, что в грузовых перевозках шум от автомобилей благодаря принятым в последние годы мерам стал заметно ниже, чем от подвижного состава железных дорог. Предполагается, что грузовые железнодорожные перевозки в результате мер, принимаемых МСЖД, станут менее шумными только к 2015 г. Дальние пассажирские железнодорожные перевозки, к сожалению, по уровню шума также не имеют преимуществ перед автомобильными.

Уровни звукового давления (шума) следует сравнивать при фактических значениях скорости движения.

Механизм возникновения и методы защиты

Доминирующим источником шума от подвижного состава, оптимизированного по уровню его шумоизлучения, при скорости в диапазоне 50– 300 км/ч является контакт колеса с рельсом. Другие шумы, например аэродинамический или возникающий при работе привода, по сравнению с шумом от качения колес пренебрежимо малы.

Шум от качения в значительной степени определяется скоростью движения подвижного состава (рис. 1).

Рис. 1. Изменение уровня шума, создаваемого при качении колеса, в зависимости от скорости движения:
1— старый подвижной состав; 2— новый подвижной состав

Обычно уровень звукового давления повышается на 9 дБ при удвоении скорости движения. В зависимости от вида подвижного состава при одной и той же скорости уровень шума может различаться на 25 дБ. Механизм шумообразования показан на рис. 2.

Рис. 2. Взаимосвязь факторов, приводящих к образованию шума при качении колес

Шероховатости на контактирующих поверхностях под действием участвующих в движении масс возбуждают колебания колеса и рельса. Площадь соприкосновения колеса с рельсом можно рассматривать как контактный фильтр, причем колебания с длиной волны менее 5 мм здесь в значительной степени сглаживаются.

В зависимости от свойств материалов и особенно от геометрической формы колеса и рельса в них возникают колебания с различной амплитудой. Движение поверхности тела возбуждает колебания окружающих частиц воздуха, вследствие чего генерируется воздушный шум. На месте его зарождения он воспринимается как значительное шумовое воздействие и распространяется в окружающую среду.

Чтобы снизить это воздействие, применяют вместо чугунных полимерные тормозные колодки, а также дисковые тормоза.

Шероховатость рельса уменьшают шлифованием. Демпфирующие свойства колес можно улучшить, применив специальные шумопоглотители, однако их эффективность еще не определена.

Самое эффективное и часто применяемое мероприятие по снижению шумового воздействия— установка на пути его распространения шумозащитных стенок, применение в зданиях звукоизолирующих окон. Эти мероприятия довольно дороги и не всегда могут быть реализованы.

Из сложной цепочки многочисленных влияющих факторов (см. рис. 2) ясно, что требования по ограничению уровня шума, предъявляемые заказчиком, не могут быть непосредственно выполнены поставщиком колес. В связи с этим необходимо изыскать возможность простейшим образом определять отдельно составляющую шума от качения колес. Возможно использование акустических методов, когда для определения звуковой мощности применяют по-разному располагаемые цепочки микрофонов. Другим способом определения шума колес является расчетный. Оба эти способа достаточно сложны и требуют больших затрат. В настоящее время ни к колесам, ни к рельсам при их заказе конкретных требований по уровню шума не предъявляют.

Кроме определения предельных уровней шума от нового колеса необходимы повторные проверки после длительной эксплуатации. Для исследований шумового воздействия моторвагонных поездов городской железной дороги Берлина был использован широко применяемый в акустике при изучении слабо демпфирующих структур метод определения коэффициента потерь. Полученные результаты были сопоставлены с уровнем внешнего шумового фона.