Опубликовать статью Вход и регистрация
Расширенный поиск
Разделы статьи

ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ ШУМА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОЕЗДОВ

Научная статья
Бойко Ю.С.
DOI:
https://doi.org/10.18454/IRJ.2016.51.072
Выпуск: № 9 (51), 2016
Опубликована:
2016/09/19
PDF

Бойко Ю.С.

ORCID: 0000-0001-6804-3486, Аспирант, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Балтийский государственный технический университет «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова»

ПРОВЕДЕНИЕ РАСЧЕТОВ ШУМА ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ ПОЕЗДОВ

Аннотация

Приведены основные формулы для расчета шума от высокоскоростных поездов, включающие в себя формулы для расчета шума пантографа, корпуса, носовой и ходовой части поезда. Описана методика расчета единой шумовой характеристики высокоскоростного поезда на высоте 3,5 м над уровнем головки рельса. Показаны изменения, которые были внесены в методику, опубликованную в более ранних работах автора. Основные результаты научной работы были применены при разработке специальных технических условий и своде правил, посвященных расчету шума от высокоскоростных поездов.

Ключевые слова: шум, загрязнение, окружающая среда, высокоскоростной поезд.

Boiko I.S. 

ORCID: 0000-0001-6804-3486, Postgraduate student, Baltic State Technical University “VOENMEH” named after D.F. Ustinov

REALIZATION THE HIGH-SPEED RAILWAYS NOISE CALCULATION

Abstract

The article contains the basic formulas for calculating of noise from high-speed trains, including the formula for calculating noise of pantograph, body, nose and noise from wheel and rail. The article shows the method for calculating the noise characteristics of high-speed train at a height of 3.5 m above the railhead. Author indicates the changes that were made to the methodology published in the earlier works. The main results of scientific work have been applied in the development of special technical conditions and a set of rules dealing with the calculation of noise from high-speed trains.

Keywords: noise, pollution, environmental, high-speed train.

В современном мире активно развивается транспортная инфраструктура, обеспечивая быстрое и безопасное передвижение пассажиров как внутри страны, так и на международном уровне. Конкурируя с самолетами, высокоскоростные поезда, достигающие скорости в 400 км/ч, приобретают все большую популярность, в том числе по причине отсутствия длительной процедуры подготовки к рейсу, а также строгих ограничений к весу багажа.

Однако, такое развитие технологий не должно ухудшать условия жизни человека с точки зрения соблюдения требований безопасности и санитарно-гигиенических нормативов. Железные дороги, в том числе и высокоскоростные, являются протяженным источником шумового и вибрационного излучения и оказывают негативное воздействие на обширные площади. Для обеспечения акустической безопасности жителей селитебных территорий, прилегающих к железным дорогам, необходимо проектировать шумозащитные мероприятия: эксплуатировать малошумные поезда, конструировать и устанавливать шумозащитные экраны, соблюдать скоростной режим, устраивать полосы зеленых насаждений и другое.

Для правильной разработки данных мероприятий необходимо иметь максимально-достоверные исходные сведения об уровнях шумового воздействия при тех или иных условиях. Для этого специалистами БГТУ «ВОЕНМЕХ» им. Д.Ф. Устинова и Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I была разработана методика расчета шумовых характеристик высокоскоростных поездов, по которой были разработаны технические документы в виде свода правил и специальных технических условий.

В работе [1] была опубликована первоначальная методика расчета, в которую в дальнейшем был внесен ряд изменений и уточнений.

Так, разделение на три диапазона скоростей было исключено, оставив лишь два диапазона, перечень применяемых поправок расширен, при расчете эквивалентных уровней звука отдельно произведен учет времени движения поезда мимо точки наблюдения и другое.

А результате проведенной научной работы эквивалентный уровень звука на расстоянии 25 м от оси железнодорожного пути и на высоте 3,5 м над уровнем головки рельса (далее – УГР) предлагается вычислять по формуле:

03-10-2016-09-50-49 (1)

где  vj – скорость движения j-ого высокоскоростного поезда, км/ч, vj ∈ [250;400];

lj – длина j-ого высокоскоростного поезда, м;

03-10-2016-09-55-24 – время прохождения, с, j-ого высокоскоростного поезда длиной lj со скоростью vj мимо точки наблюдения, определяется по формуле (2);

03-10-2016-09-56-27 – время прохождения, с, эталонного высокоскоростного поезда длиной 200 м со скоростью vj мимо точки наблюдения, определяется по формуле (3).

03-10-2016-09-57-01  (2)

где vj, lj – то же, что в формуле (1);

3,6 – коэффициент пересчета единиц измерения скорости vj, (километров в час в метры в секунду).

03-10-2016-09-59-49  (3)

где  vj – то же, что в формуле (1);

720 – коэффициент, полученный путем умножения длины эталонного поезда, равной 200 м, на 3,6 (коэффициент пересчета единиц измерения скорости).

Ниже приведены формулы, которые позволяют из общей шумовой характеристики поезда на высоте 3,5 м выделить шум отдельных источников шума на собственной высоте для двух различных диапазонов скоростей.

Шум пантографа на высоте 5,0 м

250-320 км/ч (включая 320 км/ч)

03-10-2016-10-01-56 (4.1)

320-400 км/ч 03-10-2016-10-02-44  (4.2)

Шум корпуса и носовой части поезда на высоте 2,0 м

250-320 км/ч (включая 320 км/ч)

03-10-2016-10-03-42 (5.1)

320-400 км/ч 03-10-2016-10-04-42 (5.2) Шум качения на высоте 0,5 м 250-320 км/ч (включая 320 км/ч) 03-10-2016-10-05-39  (6.1) 320-400 км/ч 03-10-2016-10-06-28  (6.2)

где 03-10-2016-10-07-41 – эквивалентный уровень звука j-ого высокоскоростного поезда на расстоянии 25 м оси ближнего магистрального железнодорожного пути и на высоте 3,5 м над УГР, определяемый по формуле (1), дБА.

Разработанная методика позволяет учитывать конструкционные особенности поезда за счет введения дополнительных расчетных поправок. Так, например, эквивалентные уровни звука отдельных источников шума, предлагается рассчитывать с учетом коррекций по следующим формулам:

Шум пантографа на высоте 5,0 м

03-10-2016-10-20-00  (7) Шум корпуса и носовой части поезда на высоте 2,0 м 03-10-2016-10-20-54  (8) Шум качения на высоте 0,5 м 03-10-2016-10-21-39  (9)

где 03-10-2016-10-23-02 – эквивалентные уровни звука, дБА, каждого отдельного источника шума j-ого высокоскоростного поезда, определяемые по формулам (4.1)-(6.2);

Kpan – коррекция, учитывающая тип пантографа, принимаемая согласно [таблица 3, 1], дБА; дополнительно введена коррекция на комплекс из малошумного пантографа и локальных экранов на крыше поезда, равная 10 дБА;

Knose – коррекция, учитывающая форму носовой части поезда, принимаемая согласно [таблица 4, 1], дБА;

Kspace – коррекция, учитывающая тип межвагонного и подвагонного пространств, принимаемая согласно [таблица 5, 1], дБА;

Kw/s – коррекция, учитывающая конструкцию верхнего строения пути, принимаемая согласно [таблица 6, 1], дБА; дополнительно введена коррекция на наличие искусственного сооружения (стальная конструкция, путь без балластного слоя – 10 дБА; стальная конструкция, путь с балластным слоем или железобетонная конструкция, путь без балластного слоя – 5 дБА; железобетонная конструкция, путь с балластным слоем – 3 дБА). При укладке подбалластного мата к коррекциям, представленным для искусственным сооружениям, вычитается поправка, равная 2 дБА;

Kequip – коррекция, учитывающая конструкцию и расположение вспомогательного оборудования (вент. установок и др.), дБА; в случае, если оборудование в шумозащитном исполнении в кожухе или расположено в закрытом отсеке, поправка принимает значение, равное 5 дБА, в противном случае поправка равна нулю (в работе [1] не была учтена);

Klayer – коррекция, учитывающая наличие шумопоглощающей облицовки на фальшбортах и на дне поезда, дБА; в случае, если облицовка выполнена, поправка принимает значение, равное 3 дБА, в противном случае поправка равна нулю (в работе [1] не была учтена).

Максимальный уровень звука на расстоянии 25 м от оси железнодорожного пути и на высоте 3,5 м над УГР предлагается вычислять по формуле:

03-10-2016-10-26-49  (10)

где  vj – скорость движения j-ого высокоскоростного поезда, км/ч, vj ∈ [250;400];

lj – длина j-ого высокоскоростного поезда, м.

Максимальный уровень звука отдельных источников звука вычисляется аналогичным эквивалентному уровню звука образом, путем замены 03-10-2016-10-30-01.

Максимальные уровни звука, учитывающие конструкционные особенности поезда, вычисляются аналогичным эквивалентному уровню звука образом, путем замены 03-10-2016-10-31-59.

Разработанная методика позволяет рассчитать шумовые характеристики отдельных источников шума высокоскоростного поезда, что крайне важно при проектировании шумозащитных экранов, т.к. позволяет учесть их расположение относительно уровня головки рельса, а, следовательно, определить эффективность работы шумозащитного экрана для каждого из них.

Это имеет особенно важное значение для пантографа, как наиболее высокого источника шума высокоскоростного поезда.

Автор благодарит своего научного руководителя, профессора Иванова Н.И. и руководителя разработки научно-технической документации, кандидата технических наук Шашурина А.Е. за предоставление возможности участия в таких интересных проектах, как разработка свода правил и специальных технических условий, посвященных вопросам шумообразования и защиты от шума высокоскоростных поездов, неоценимые наставничество, обучение и опыт.

Литература

  1. Иванов Н.И., Бойко Ю.С., Шашурин А.Е. Расчет шума высокоскоростных поездов // Бюллетень строительной техники. – 2016. №6. С. 27–29.
  2. СП ХХХ.1325800.2016. Защита от шума для высокоскоростных железнодорожных линий. Правила проектирования и строительства (проект). – Санкт-Петербург, 2016 – 130 с.
  3. Специальные технические условия. Шумозащитные мероприятия для участка Москва – Казань высокоскоростной железнодорожной магистрали Москва – Казань – Екатеринбург. Технические нормы и требования к проектированию и строительству – Санкт-Петербург: ФГБОУ ПГУПС, 2016 – 127 с.

References

  1. Ivanov N.I., Boiko I.S., Shashurin A.E. Raschet shuma vysokoskorostnyh poezdov [High­speed railways noise calculation]// Bjulleten' stroitel'noj tehniki. – 2016. №6. S. 27–29. [in Russian].
  2. SP ХХХ.1325800.2016. Zashhita ot shuma dlja vysokoskorostnyh zheleznodorozhnyh linij. Pravila proektirovanija i stroitel'stva (proekt). [High-speed railways noise protection. Design and construction regulations (project)] – Sankt-Peterburg, 2016 – 130 s. [in Russian].
  3. Special'nye tehnicheskie uslovija. Shumozashhitnye meroprijatija dlja uchastka Moskva – Kazan' vysokoskorostnoj zheleznodorozhnoj magistrali Moskva – Kazan' – Ekaterinburg. Tehnicheskie normy i trebovanija k proektirovaniju i stroitel'stvu [Noise protection for sector Moscow – Kazan of hifg-speed railway Moscow – Kazan – Ekaterinburg. Design and construction regulations] – Sankt-Peterburg: FGBOU PGUPS, 2016 – 127 s. [in Russian]