Расчет шумовых характеристик потоков железнодорожного транспорта Текст научной статьи по специальности «Физика»

УДК 628 517:625.1.08+625.144.5/7

РАСЧЕТ ШУМОВЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ПОТОКОВ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

© 2012 Д.А. Куклин

Балтийский государственный технический университет "ВОЕНМЕХ" им. Д.Ф. Устинова, г. Санкт-Петербург

Поступила в редакцию 29.09.2011

В статье приводятся теоретические зависимости эквивалентных и максимальных уровней шума создаваемых отдельными поездами от скорости, полученные по расчетам линейной регрессии. Также приводятся аналитические выражения для расчета часовых эквивалентных уровней звука создаваемых потоками поездов железнодорожного транспорта всех категорий, прошедших по рассматриваемому участку пути в течение одного часа и за регламентируемые промежутки дневного и ночного времени. Приведены относительные спектры шума железнодорожного транспорта, позволяющие определять расчетный спектр шумовых характеристик поездов.

Ключевые слова: поезд, снижение шума, спектр, эквивалентный уровень звука, максимальный уровень звука.

1. ВВЕДЕНИЕ

Шум поездов в жилой застройке достигает 70-75 дБА и превышает дневные нормы на 1520 дБА. Повышенный шум негативно влияет на здоровье населения и нередко является причиной жалоб. При проектировании и строительстве новых железных дорог, а также при их реконструкции, необходимо рассчитывать ожидаемые уровни шумапоездов. В настоящее время расчет шума поездов ведется по методике прописанной в [1, 2]. Эта методика не позволяет рассчитывать новые виды подвижного состава, так как расчетные данные значительно расходятся с результатами натурных измерений.

Были выполнены экспериментальные исследования, с целью установить зависимости эквивалентных и максимальных уровней звука от типа поездов, скорости, длины и т.д. Выборка была получена по расчетам линейной регрессии для результатов измерений шума при прохождении 56 пассажирских поездов длиной от

175 м до 500 м, 59 грузовых поездов длиной от 506 м до 1188 м, 139 электропоездов длиной от

176 м до 264 м и 37 высокоскоростных поездов длиной 250 м.

Ниже приводятся результаты исследований для поездов четырех категорий. Основные положения по статистической обработке результатов изложены в [3].

Куклин Денис Александрович, кандидат технических наук, доцент кафедры «Экология и безопасность жизнедеятельности». E-mail: kda1969@mail.ru

2. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ УРОВНЕЙ ШУМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Эквивалентный уровень звука Е Аеч 25 шума, создаваемого отдельными поездами ^ ой категории на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути, рассчитывают по формулам:

для пассажирских поездов (категория 1)

¿лед25 = 25,3 ¡в V, + 10 ¡в\arctg + 33,3 , (1)

для грузовых поездов (категория 2)

LL25 = 20,4 lg v2 + 10lg larctg

f I2

25

для электропоездов (категория 3)

L' = 28,9 lg V3 + 10lg larctg

f l

25

+ 46,(2)

+ 28 ,(3)

для высокоскоростных поездов (категория 4)

f l

^Aeq25

■ 41,1lg v4 + 10lgl arctg

25

--12,3

(4)

где - скорость движения поезда 1-ой категории, км/ч;

¡1 - длина поезда 1-ой категории, м;

i = 1,2,3,4.

Звуковые сигналы применяют на железнодорожном транспорте только в случае необходимости предотвращения аварийной ситуации, поэтому учитывать данный источник для расчета эк-

«^^Пассажирские Грузовые — Электропоезда ••• Высокоскоростные

Рис. 1. Зависимость эквивалентных уровней шума различных категорий поездов от скорости

вивалентного уровня звука нецелесообразно.

Графическое представление зависимостей эквивалентных уровней шума от скорости для различных категорий поездов представлено на рис. 1.

Часовой эквивалентный уровень звука ТТ АеЧ,\к,1 потока поездов г-ой категории, прошедших по рассматриваемому участку пути в течение 1-го часа, рассчитывают по формуле

1 01Т'

Еле^М = Ю1ё — У Ю0'1ТАе^25^7 3600 ^ 11

(5)

сматриваемому участку пути в течение 1-го часа, определяется по формуле

ТАед25, 1й, 1 = 101§ У10

0,1Тг

Аед25,1И,1

. (6)

г=1

Эквивалентный уровень звука ТАе?25 к за время оценки (16 ч днем и 8 ч ночью) рассчитывают по формуле

Т

1

0,1Т

'Аед25,1Ь,1

где ТТАед 1 - эквивалентный уровень звука, дБД создаваемый на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути ]-м поездом г-ой категории, проходящим в течение 1-го часа;

и1- число поездов г-ой категории, проходящих по рассматриваемому участку пути, в течение 1-го часа;

(ц - время следования каждого поезда по рассматриваемому участку пути в течение 1-го часа, с.

Часовой эквивалентный уровень звука ЬАеч 251й1, создаваемый на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути потоками поездов железнодорожного транспорта всех категорий, прошедших по рас-

Ае«25,к - 101§ — У (110 — --, (7)

где Тк - время оценки, ч, принимаемое равным 16 ч (ик = 16) для дня и 8 ч (ик = 8) для ночи;

^ = 1 ч.

3. АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ ШУМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Максимальный уровень звука Т А 25 шума, создаваемого поездами различных категорий на расстоянии 25 м от оси крайней полосы движения, рассчитывают по формулам

для пассажирских поездов (категория 1)

LA max25 = 24 lg V + 101g^ aTCtg

f ir

50.

+ 41,2, (8)

для грузовых поездов (категория 2)

fi

LA max25 = 151g V2 + 101g1 arCtg

50,

+ 59,9, (9)

L

для электропоездов (категория 3)

i

L

'a max 25 = 27,51g V3 + 101g jarctg^Jj + 36,2 ,(10)

для высокоскоростных поездов (категория 4)

i

a max 25 = 45,11g V4 + 101gj arcg ^ "19,2 ,(11)

где v, l. и i - те же величины, что в формулах (1)

- (4). !

Графическое представление зависимостей эквивалентных уровней шума от скорости представлено на рис. 2.

Примечание - Формулы (7) - (9) получены по расчетам линейной регрессии для результатов измерений шума, указанных в примечании к формулам (1) - (4). Коэффициент корреляции, показывающий меру линейной зависимости между значениями xj = 10lgvj и y

= La max 25 " 101g {arctg(/; /50^(25^)}, j =1,...,n

(п - число испытанных поездов ^й категории), составил для пассажирских поездов 0,77, для грузовых поездов 0,69, для электропоездов 0,69, для высокоскоростных поездов 0,98. Зависимость от длины поезда получена аналитически для модели поезда в виде линейного источника длиной I с равномерным распределением вдоль I синфазных точечных источников одинаковой производительности.

За максимальный уровень звука потока поездов, следующего по рассматриваемому участку пути, за время оценки (16 ч днем и 8 ч ночью) принимают наибольшее из рассчитанных по формулам (8) - (11) значение

¿А тах 25,к = ™Х , [П А тах 25 I (1 2)

где И А тах25 - максимальный уровень звука от поездов ^ой категории, дБА.

Расчетный спектр шумовых характеристик поездов следует определять с использованием спектров шума согласно таблице 1, которые получены в результате проведенных экспериментальных исследований.

4. ВЫВОДЫ

Расчетная модель позволяет получить акустические характеристики подвижного состава железнодорожного транспорта, которые могут быть использованы для определения их вклада в формирование звукового поля в зоне жилой застройки.

Рис. 2. Зависимость максимальных уровней шума различных категорий поездов от скорости

Таблица 1. Относительные спектры шума железнодорожного транспорта

Источник шума п Относительная частотная характеристика, дБ, ри среднегеометрических частотах октавной полосы, Гц

63 125 250 500 1000 2000 4000 8000

Пассажирский поезд с локомотивной тягой -12,6 -15,5 -18,4 -5,6 -3,7 -6,4 -11,5 -23,4

Грузовой поезд, (все типы) +2,8 -5,8 -6,0 -2,5 -5,2 -7,0 -12,1 -21,8

Электропоезд -15,1 -17,0 -17,3 -4,3 -3,3 -6,2 -13,5 -24,2

Высокоскоростной поезд +1,0 -4,5 -13,9 -7,2 -4,6 -5,1 -10,8 -19,4

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. СНиП II-12-77. "Защита от шума".

2. Справочник проектировщика. Защита от шума в градостроительстве". М.: Стройиздат, 1993.

3. Цукерников И.Е., Хасс Р. Уравнения линейной регрессии шумовых характеристик пассажирских поездов // Сборник трудов III Всероссийской научно-

практической конференции с международным участием "Защита населения от повышенного шумового воздействия", СПб, 22-24 марта, 2011 С. 286.

4. Иванов Н.И. Инженерная акустика: Теория и практика борьбы с шумом: учебник. М.: Университетская книга, Логос, 2008. 424 с.

5. HandBook of noise and Vibration control / Edited by Malkolm J. Crocker. NY, John Wiley and Sons Inc., 2007. 1569 p.

CALCULATION OF NOISE CHARACTERISTICS FLOW OF RAILWAYS

© 2012 D.A. Kuklin

Baltic State Technical University "VOENMECH" named after D.F. Ustinov, St.-Petersburg

The article presents the theoretical curves are equivalent and maximum noise levels generated by individual trains on the rate obtained by linear regression calculations. It also provides analytical expressions for calculating the hourly equivalent sound levels generated by trains of rail transport flows of all types that have passed on their way to the site under consideration for one hour and at regulated intervals, day and night time. Shows the relative noise spectra of rail transport, allowing to determine the calculated spectrum of the noise characteristics of the trains.

Keywords: train, noise reduction, spectrum, the equivalent sound level, the maximum sound level.

Denis Kuklin, Candidate of Technics, Associate Professor at the Ecology and Safety of Life Department. E-mail: kda1969@mail.ru