CC BY
51
УДК 658.5
В. А. Аксенов, О. С. Юдаева, О. Г. Егорова, А. С. Гладаренко
ПЕРСПЕКТИВНЫЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫЕ ШУМО-, ВИБРОЗАЩИТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ ДЛЯ ПАССАЖИРСКИХ ВАГОНОВ
ЛОКОМОТИВНОЙ ТЯГИ
В статье рассмотрены современные шумо-, виброзащитные материалы для вагоностроения. Проведены сравнительные исследования звукопоглощающих свойств материала из арамидного волокна и экологически безопасного материала НОЛ-1А(Б). Экспериментально установлено снижение уровня шума в помещениях пассажирских вагонов за счет использования современных материалов.
Эксплуатация современных пассажирских вагонов локомотивной тяги сопровождается значительными уровнями шума и вибрации, негативно влияющими на состояние здоровья человека.
В целях повышения эффективности борьбы с шумом осуществляются обязательный гигиенический контроль объектов, генерирующих шум, регистрация физических факторов, оказывающих вредное воздействие на окружающую среду и отрицательно влияющих на здоровье людей. Эффективным путем решения проблемы борьбы с шумом является снижение его уровня в самом источнике за счет конструктивных изменений пассажирских вагонов. К мерам этого типа относятся замена металла в некоторых деталях незвучными материалами, применение виброизоляции, глушителей, демпфирования, звукоизолирующих материалов. В некоторых случаях снижение уровня шума достигается применением звукопоглощающих пористых материалов, покрытых перфорированными листами алюминия, пластмасс. При необходимости повышения коэффициента звукопоглощения в области высоких частот звукоизолирующие слои покрывают защитной оболочкой с мелкой и частой перфорацией.
Наиболее действенным средством защиты человека от вибрации в пассажирских вагонах являются конструктивные усовершенствования, применение средств внешней виброзащиты упругодемпфирующими материалами и устройствами, которые размещаются между источником вибрации и человеком, а также постоянный контроль за исправностью пассажирских вагонов и своевременным планово-предупредительным их ремонтом, так как в процессе эксплуатации и износа происходит выраженное усиление вибрации. Учитывая то, что конструкционные особенности пассажирских вагонов предусматривают соответствие «Санитарным правилам по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте» [1], в процессе формирования составов и при эксплуатации вагонов возникают технические проблемы, обусловленные старением (техническим износом) вагонов, децентровкой, дефектами пути и т. п., что приводит на практике к ухудшению акустического режима внутренних помещений вагонов.
Классификация видов звукоизолирующих ограждающих конструкций представлена в таблице 1, виды и типы отражающих звукопоглощающих конструкций и их элементов приведены в таблице 2.
Таблица 1 - Классификация видов звукоизолирующих ограждающих конструкций
Тип ограждения Схема Обозначение на схеме Область применения
1 2 3 4
Одностенные (однослойные) 1 2 1 1 - твердый материал; 2 -сооружение; 3 - мягкий материал Корпусные конструкции, обшивка, остекление, мягкий акустический экран
№ 2(18) ^л л л ИЗВЕСТИЯ Транссиба 95
2014 ■
Окончание таблицы 1
1 2 3 4
Двухслойные 1 1 4 4 - звукопоглощающее покрытие Перегородки, акустические экраны
Трехслойные 1 5 1 5 - несжимаемое покрытие Перегородки, акустические экраны
I |
Многослойные 1 5 1 4 6 6 - перфорированный лист Звукоизолирующие перегородки
|
Двустенные 1 7 1 7 - воздушный промежуток Звукоизолирующие перегородки
Комбинированные (двустенные) 5 1 4 7 8 8 - твердый материал, отличающийся от 1 Звукоизолирующие перегородки, укрытия
1
Таблица 2 - Виды и типы отражающих звукопоглощающих конструкций и их элементов
Конструкция (элемент)
Схема
Обозначение на схеме
График коэффициента а
1
2
3
4
Открытый проем
1 - ограждение;
2 - проем
Гладкая отражающая поверхность
'/////¿////А
1тм
3 - гладкая жесткая поверхность
I игр
Звукопоглощающая облицовка
4 - звукопоглощающий материал (слой)
96 ИЗВЕСТИЯ Транссиба № 2(18) 2014
: Е Е
Окончание таблицы 2
1
3
Звукопоглощение
на откосе
5 - воздушный промежуток
Звукопоглощение с перфорацией
6 - перфорированное покрытие
Резонансное звукопоглощение
7 - резонаторы Гельмгольца
2
4
В институте перспективных материалов им. Фраунгофера (Германия) проводятся исследования образцов пеноалюминия, который обладает целым рядом технологических свойств: теплоизоляционных и звукопоглощающих (рисунок 1). При деформации он ведет себя нелинейно, что характерно для пористых структур. Это свойство может быть использовано для демпфирования удара. Как и вспененные пластмассы, металлические пены обладают отличными энергоабсорбирующими свойствами, но на более высоком уровне прочности.
Рисунок 1 - Изделие из пеноалюминия
Среди преимуществ пеноалюминия, по сравнению с пластмассами, - негорючесть и ре-циклируемость, хорошая обрабатываемость пилением, сверлением, фрезерованием, обточкой. В отличие от ячеистых бетонов и древесностружечных плит у пеноалюминия низкая гигроскопичность (1 - 3 %), что обусловливает морозостойкость и отсутствие трещин при перепаде температур. Его не нужно пропитывать антисептиками и антипиренами. На его поверхность свободно наклеиваются различные декоративные материалы, он хорошо воспринимает краску.
Заметны преимущества пеноалюминия по шумоглущению при повышенных частотах (более 800 Гц).
Механические свойства пористого алюминия с открытыми порами менее изучены по сравнению с пеноалюминием с закрытыми порами. Акустические характеристики несколько хуже, чем у специальных шумогасящих материалов, однако пористый алюминий имеет много других технических свойств (негорючесть, высокая стойкость к температурным изменениям, негигроскопичность и др.), которые делают выгодным его применение для шумоглу-шения различных типов подвижного состава железнодорожного транспорта.
№ 2(18)
Пенометалл - ячеистая структура, состоящая из твердого металла и содержащая большое количество пор, заполненных газом. Основная характеристика пенометалла - очень высокая пористость: обычно поры составляют 75 - 95 % объема материала, они могут быть закрытыми (рисунок 2) или могут создавать систему сообщающихся пор.
а б в
Рисунок 2 - Пенометалл с закрытыми порами
Пенометалл обычно сохраняет часть физических характеристик исходного материала: например, пенометалл, изготовленный из металла, будет негорючим. Пенометалл обычно можно переработать обратно в исходный металл. Степень термического расширения обычно сохраняется, а теплопроводность уменьшается. Используется пенометалл в качестве наполнителей (для обеспечения жесткости конструкции), а также как шумо-, вибро- и теплоизолирующий материал, как гаситель энергии удара, так как он имеет прочность, в несколько раз превышающую прочность обычного металла. Материал имеет низкую плотность и высокую прочность, что является значимым в вагоностроении.
Пенометалл с закрытыми порами в первую очередь используется как материал, поглощающий удар.
Для поглощения высокочастотных шумов применяют звукоизоляционные материалы, содержащие слой из вспененного мелкопористого пенополиэтилена (ППЭ) или пенополиуретана, который поглощает звуковые волны. Звукоизолирующие материалы монтируются, как правило, поверх виброизолирующих. Эффективность действия звукоизолирующих материалов во многом зависит от его толщины: чем толще материал, тем выше степень звукопоглощения.
В зависимости от технологии монтажа материалы для виброизоляции могут быть самоклеящимися (виброфильтр) или с нанесенным слоем термоадгезивного клея. Нанесение последних материалов на обрабатываемую поверхность является более трудоемким, так как производится только после нагревания промышленными фенами, поэтому многие специалисты предпочитают использовать материалы с самоклеящимся слоем.
Виброизолирующие материалы подавляют низкочастотные шумы (от 20 до 500 Гц). Выбор вибродемпфера во многом зависит от толщины покрытия, на которое он наносится.
Для получения высокого акустического качества звукоизоляционный материал, заполняющий внутреннее пространство перегородки, должен обладать соответствующими свойствами. Перегородки с одинаковой конструкцией, но заполненные разными материалами имеют разный индекс звукоизоляции, т. е. имеют разное акустическое качество.
Специалистами ООО «НТ», ООО «ЭПЦ «ЭкоСтройРесурс»», ИХР РАН, ФГУП ВНИИЖГ Роспотребнадзора разработан новый дублированный материал НО-Л-1А (Б), состоящий из нетканой подложки, на одной из сторон которой с помощью термостойкого
98 ИЗВЕСТИЯ Транссиба №2?(18>
трудногорючего клея укреплена алюминиевая фольга [2]. Сверху на фольгу методом магне-тронного распыления нанесен слой покрытия, выполненного из нержавеющей стали либо титана, хрома, никеля, нитрида титана или нитрида алюминия (рисунок 3).
а б
Рисунок 3 - Конструкция дублированного материала НО-Л-1А: а - схема; б - фотография (1 - подложка из нетканого материала; 2 - трудногорючий клей; 3 - алюминиевая фольга; 4 - слой защитного покрытия,
нанесенный магнетронным распылением)
Проведена оценка звукопоглощающих свойств дублированного материала НО-Л-1А в сравнении с применяемым в последние годы для аналогичных задач материалом из арамид-ных волокон.
В качестве объектов исследования использовали два образца материала НО-Л-1А, различающиеся между собой поверхностной плотностью и толщиной (522 г/м2 при толщине 3 мм и 390 г/м2 при толщине 2 мм). Образец сравнения представлял собой нетканый материал из арамидных волокон толщиной 2 мм и поверхностной плотностью 300 г/м2.
Очевидно, что звукоизоляционные свойства дублированных материалов НО-Л-1А должны в значительной степени зависеть от размещения их фольгой либо подложкой по отношению к падающей звуковой волне. Интерес представляло исследование обоих вариантов.
При проведении эксперимента образцы закрепляли на жесткой стенке. Данные, представленные на рисунке 4, показывают, что коэффициенты звукопоглощения (а) дублированного материала НО-Л-1А (522 г/м2) и образца материала из арамидных волокон при размещении их на жесткой стенке волокнистым слоем к падающей звуковой волне в широком диапазоне частот схожи и весьма невысоки (а = 0,2 - 0,3). Это обусловлено тем, что поглощение энергии звуковых волн в данном случае происходит лишь за счет потерь в весьма тонком волокнистом слое.
а б
Рисунок 4 - Коэффициент звукопоглощения образцов, размещенных на жесткой стенке (материал НО-Л-1А ориентирован волокнистым слоем к падающей звуковой волне): а - НО-Л-1А (522 г/м2); б - материал из арамидных волокон
При размещении материала НО-Л-1А (522 г/м2) фольгой к падающей звуковой волне (при наличии воздушной полости) наблюдается значительное увеличение коэффициента звукопоглощения а > 0,8 до максимального значения амах ~ 1 в широком диапазоне частот/ = 0,4 - 2 кГц (рисунок 5).
№ 2(18) 2014
ИЗВЕСТИЯ Транссиба
г—> f—>
а б
Рисунок 5 - Коэффициенты звукопоглощения материала НО-Л-1А (522 г/м2) при наличии за ним воздушной полости высотой h = 40 мм (фольга направлена к падающей звуковой волне): а - диапазон частот 0,1 - 0,8 кГц; б - диапазон частот 0,8 - 6 кГц
По результатам данных исследований можно сделать вывод о том, что звукопоглощающие свойства дублированных материалов НО-Л-1А (Б) в значительной степени превосходят применяемые в настоящее время материалы из арамидных волокон.
Использование НО-Л-1А в конструкции воздуховодов пассажирских вагонов локомотивной тяги позволяет значительно снизить уровень шума в помещениях и повысить экологические характеристики вагонов.
Список литературы
1 СП 2.5.1198-03. Санитарные правила по организации пассажирских перевозок на железнодорожном транспорте [Текст]. - М., 2003. - 60 с.
2 Пат. 83525 Российская Федерация, E 04 B 1/74. Защитный трудногорючий экран [Текст] / Сачков О. В., Юдаева О. С.; заявитель и патентообладатель О. В. Сачков, О. С. Юдаева. - 2008151623/22; заявл. 26.12.2008; опубл. 10.06.2009.
References
1 Sanitarnye pravila po organizatsii passazhirskikh perevozok na zheleznodorozhnom transporte, SP 2.5.1198-03 (Health regulations on the organization of passenger traffic on railway transport). Moscow, 2003. - 60 p.
2 Sachkov O. V., Iudaeva O. S. Patent RU 83525, 10.06.2009.
УДК 629.4.027.52: 510.662: 510.56
И. И. Галиев, О. В. Гателюк, Д. Ю. Лукс
ВНЕДРЕНИЕ КОЛЕС ПОВЫШЕННОЙ ТВЕРДОСТИ - ОДИН ИЗ ИННОВАЦИОННЫХ ПУТЕЙ ПОВЫШЕНИЯ ЭФФЕКТИВНОСТИ ГРУЗОВЫХ ВАГОНОВ В ЭКСПЛУАТАЦИИ
Выполнен анализ развития колес повышенной твердости на примере определенных заводов-изготовителей, а также изменения нормативно-технической документации на изготовление (ГОСТ). Осуществлен математический анализ сравнения эксплуатации колесных пар обычной твердости с колесными парами повышенной твердости на основе поступления грузовых вагонов от момента производства до внепланового текущего ремонта. Для сравнения применялись методы Крамера - Уэлча и функция Лапласа. Произведена оценка среднего пробега вагонов на различных типах колесных пар грузовых вагонов и технологии производства. Сформулированы основные преимущества колесных пар повышенной твердости.
100 ИЗВЕСТИЯ Транссиба
№ 2(18) 2014
