CC BY
77
УДК 628.517: 625.1.08+625.144.5/7
ЭФФЕКТИВНОСТЬ СНИЖЕНИЯ ШУМА ВИБРОДЕМПФИРУЮЩИМИ ВСТАВКАМИ В ТРИБОСИСТЕМУ «КОЛЕСО - РЕЛЬС» ПОДВИЖНОГО СОСТАВА
И.В. КОЛЕСНИКОВ
(Ростовский государственный университет путей сообщения)
Приведены результаты экспериментальных исследований уменьшения интенсивности звукового излучения рельса путем демпфирования его шейки. Показана зависимость эффективности снижения шума от толщины вибродемпфирующего материала.
Ключевые слова: снижение шума, вибродемпфирование, рельс.
Введение. Наиболее перспективным и технически выполнимым способом снижения шума рельса (как основного источника при движении железнодорожного транспорта) является вибродемпфирование шейки рельса. В этом случае увеличивается эффективный коэффициент потерь колебательной энергии и снижение шума определяется известной зависимостью [1]:
М = 10^ ,
где * - эффективный коэффициент потерь колебательной энергии конструкции с введением вибродемпфирующих элементов; цо - коэффициент потерь колебательной энергии основы (в данном случае стали). Эффективный коэффициент потерь колебательной энергии при наличии вибродемпфирующих слоев определяется как [2]:
-А Е Ьъ %=1018 . -
^ т
1=1 1
2
где Е1 - модуль упругости соответствующего слоя, Па; И1 - толщина слоя, м; - коэффициент Пуассона.
Значительный эффект в снижении шума, как видно из приведенной зависимости, обеспечивается на тонкой стальной конструкции с нанесенным на нее вибродемпфирующим покрытием, имеющим большую толщину, с максимально возможным коэффициентом потерь колебательной энергии. При значительной толщине стальной основы, что и характерно для рельса, добиться эффективности в снижении шума значительно труднее, но возможно фактически подбором виб-родемпфирующих материалов значительной толщины и с максимально возможным модулем упругости. Следует учесть, что величина коэффициента потерь колебательной энергии отступает на второй план.
Результаты экспериментальных исследований влияния вибродемпфирования на снижение шума. В лабораторных и натурных условиях совместно с Балтийским государственным техническим университетом «Военмех им. Д.Ф. Устинова» проводились экспериментальные исследования по снижению шума рельса, в шейке которого устанавливались вибродемпфирующие вставки из резины марки 1002 (Е = 107 Па; * = 0,6) различной толщины, которые с внешней стороны закрывались тонким стальным листом. Вибродемпфирующие вставки устанавливались в шейке рельса с двух сторон.
В лабораторных условиях рельс длиной 1 м устанавливался на стенде, в котором укладка пути соответствовала реальным условиям, а возбуждение вибраций производилось динамометрическим молотком. Результаты измерений третьоктавных уровней звукового давления (УЗД) приведены на рис.1 и 2.
ЦдБ
^Гц
фон ~~без накладки (железный молоток) с накладкой (железный молоток)
Рис.1. Снижение УЗД рельса при применении резиновой накладки толщиной 60 мм
МБ
^Гц
фон ~~без накладки (железный молоток) с накладкой (железный молоток) Рис.2. Снижение УЗД рельса при применении резиновой накладки толщиной 80 мм
Экспериментальные исследования показали, что толщина вибродемпфирующего слоя оказывает существенное влияние на снижение шума. Действительно, при толщине резины 60 мм эффективность в снижении шума составляет 2-3 дБ (расчетное значение составляет 1,8 дБ) на частотах 1600, 2000, 4000, 5000, 6300 Гц. Увеличение толщины резины до 80 мм позволяет получить
заметный эффект 5-7 дБ в том же частотном диапазоне (расчетное значение снижения шума составляет 6 дБ).
Экспериментальные исследования шума при вибродемпфировании шейки рельса в натурных условиях выполнялись на специально подготовленном участке главного хода Октябрьской железной дороги в районе станции Саблино по оригинальной методике.
Методика проведения экспериментальных исследований. Испытания проводились при отсутствии атмосферных осадков. Скорость ветра не превышала 5 м/с. При скорости ветра более 1 м/с на микрофон надевался ветрозащитный колпак. Влажность, температура воздуха, атмосферное давление, вибрация и непостоянные магнитные поля находились в пределах ограничений, определенных изготовителем аппаратуры.
Измерения выполнялись 30.10.2009 г. При проведении испытаний соблюдались требуемые нормативами метеорологические условия: температура +1°С, относительная влажность 79%, давление 1014 Па, скорость ветра 3 м/с, на микрофон надевался ветрозащитный колпак.
Уровни звукового давления в октавных полосах частот (далее УЗД), дБ, и уровни звука (далее УЗ), дБА, фонового шума были не менее чем на 10 дБ (дБА) ниже измеренных уровней.
Испытания проводились на специально выделенном участке главного хода железной дороги Санк-Петербург - Москва, расположенном в районе станции Саблино.
Измерения проводились синхронно двумя шумомерами "Октава", объединенными в одну измерительную систему и расположенными следующим образом:
- шумомер №1 - на расстоянии 0,5 м от железнодорожного рельса на участке, где были установлены вставки;
- шумомер №8 - на расстоянии 0,5 м от железнодорожного рельса на участке без вставок.
Контролируемыми параметрами при проведении измерений являлись уровни звукового
давления и уровни звука. Схема расположения шумомеров «Октава» представлена на рис.3.
Для проведения данного экспериментального исследования использовалась следующая аппаратура:
- шумомер - анализатор спектра «Октава» 110А зав. № 01А002 с предусилителем КММ 400 №01038, микрофон ВМК 205 №279 (свидетельство о поверке 09/0438 от 12.03.2009);
- шумомер - анализатор спектра «Октава» 110А зав. № 05А638 с предусилителем Р 200 №060016, микрофон ВМК 205 №448 (свидетельство о поверке 09/0439 от 12.03.2009);
- калибратор 05000 зав. №53328 (свидетельство о поверке №0064070 от 04.05.2009).
Рис.3. Схема расположения шумомеров «Октава» (вид сверху)
Измерительные тракты калибровались перед началом и после окончания измерений. Измерения проводились синхронно в точках, расположенных на расстоянии 0,5 м от рельса, на участке с установленными вставками в шейку рельса и на участке, где такие вставки не
были установлены (см. рис.3). Длина участка, на котором установлены вставки, составляла 40 м. Для обеспечения прилегания вставки к рельсу использовался клей, а также осуществлялось жесткое фиксирование вставок металлическими скобами.
При проведении измерений исключалось влияние положения измерителей относительно источника шума на получаемые результаты. Полученные данные фиксировались одновременно. Окончательная обработка результатов производилась в условиях лаборатории.
Общий вид шумомера «Октава» представлен на рис.4, 5. Графические результаты измерений системой «Октава» представлены на рис.6-8.
Рис.4. Общий вид шумомера «Октава», расположенного на участке с установленной вставкой
Рис.5. Общий вид шумомера «Октава», расположенного на участке без установленной вставки
114
Рис.6. Результаты измерений УЗ от рельса со вставкой и без вставки
ПАССАЖИРСКИЙ, время проезда 177:35
УЗД,дБ
115
110
2
/
ч ч !/
/
1
.О <5 <5 <5 <5 О <5 О О О <5 О О Л Л Л Л Л Л Л Л Л Л
^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^ ^^
Рис.8. Измерение УЗД от рельса со вставкой (1) и без вставки (2), при проезде пассажирского поезда
Необходимо отметить, что при натурных испытаниях эффект в снижении шума достигнут в полосе частот 400-2500 Гц, в отличие от лабораторных испытаний, которые показали эффективность в снижении и в более высокочастотной области до 8000 Гц. Причина этого явления в настоящее время изучается.
Высокая сходимость теоретических и экспериментальных величин в снижении шума явилась основой для проверки многослойной конструкции из мастик и листовых материалов, типы которых, толщины и порядок чередования слоев в данной статье не приводятся. Расчетная величина снижения шума составила 10-11 дБ, что также хорошо согласуется с результатами экспериментальных данных (рис.9).
ЦдВ
^гц
фон без накладки (железный молоток) с накладкой (железный молоток)
Рис.9. Снижение УЗД рельса при применении накладки наборной конструкции из вибродемпфирующих мастик и специальных листовых материалов
Следует отметить, что демпфирование шейки рельса резиной экономически намного выгоднее, мастики и листовые материалы существенно дороже. Поэтому предлагаемый вариант вибродемпфирования обоснован для наиболее ответственных, с точки зрения снижения шума, участков рельсов.
Заключение. Установлено, что эффективность снижения шума существенно зависит от толщины вибродемпфирующего материала. Использование мягкой резины позволило снизить уровни шума на 2-3 дБ. Увеличение толщины резины в 1,3 раза повысило эффективность снижения уровней звукового давления до 5-6 дБ.
Библиографический список
1. Тартаковский Б.Д. Научные и практические вопросы создания и серийного производства вибропоглощающих материалов и покрытий и вибродемпфированных конструкций / Б.Д. Тартаковский // Мат. Всесоюз. сов. по проблемам улучшения акустических характеристик машин. — М., 1988. - С.36-47.
2. Техническая акустика транспортных машин: справ. / Л.Г. Балишанская, Л.Ф. Дроздова, Н.И. Иванов и др.; под ред. Н.И. Иванова. - СПб.: Политехника, 1992. - 365 с.
Материал поступил в редакцию 27.10.2011. References
1. Tartakovskij B.D. Nauchny'e i prakticheskie voprosy" sozdaniya i serijnogo proizvodstva vibropogloshhayushhix materialov i pokry'tij i vibrodempfirovanny'x konstrukcij / B.D. Tartakovskij // Mat. Vsesoyuz. sov. po problemam uluchsheniya akusticheskix xarakteristik mashin. - M., 1988. -S.36-47. - In Russian.
2. Texnicheskaya akustika transportny'x mashin: sprav. / L.G. Balishanskaya, L.F. Drozdova, N.I. Ivanov i dr.; pod red. N.I. Ivanova. - SPb.: Politexnika, 1992. - 365 s. - In Russian.
NOISE ABATEMENT EFFICIENCY WITH VIBRODAMPING INSERTS INTO "WHEEL-RAIL" TRIBOSYSTEM OF HAULING STOCK
I.V. KOLESNIKOV
(Rostov State Transport University)
The experimental results of reducing the acoustic radiation intensity of the rail through the damping of its web are quoted. The dependence of the noise abatement efficiency on the vibrodamping material thickness is shown. Keywords: noise abatement, vibrodamping, rail.
