Реферат: Проблемы снижения уровня шума в городах

4. ПРОБЛЕМА СНИЖЕНИЯ ШУМА ОТ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

4.1. Уменьшение шума при взаимодейст­вии колеса и рельса

Можно предложить два про­тивоположных метода уменьшения шу­ма, излучаемого взаимодействием комп­лекса и рельса.

Первый из этих методов сводится к максимально возможному уменьше­нию неровности колес и рельсов. В этом случае наибольший эффект до­стигается устранением неровностей у то­го из указанных элементов, неровность которого большая. При таком подхо­де происходит снижение переменной со­ставляющей силы взаимодействия коле­са и рельса. Подобный метод дает наи­лучшие результаты на практике. Это предполагает текущее содержание по­верхности рельсов в состоянии свобод­ном от волнообразного износа и приме­нение дисковых тормозов для уменьше­ния образования неровностей на банда­же колес. Возможно также применение некоторых типов колодочных тормозов, в которых чугунные колодки заменяют­ся на тормозные колодки из композит­ных материалов, хотя эти колодки по-прежнему будут воздействовать на бан­даж колеса. Такая замена колодок спо­собствует уменьшению шума качения, так как на поверхности колеса не будут образовываться волнистые неровности.

При втором методе можно попы­таться уменьшить реакцию излучающих шум элементов. Наиболее очевидный способ заключается в увеличении демп­фирования колес или рельсов. Такая по­пытка была сделана при поиске меро­приятий по уменьшению скрежета колес при проходе кривых участков пути. Од­нако эта попытка не привела к сколько-нибудь значительному снижению шума при качении колес по прямолинейному или криволинейному участку пути боль­шого радиуса. Причина неудачи этой попытки не ясна, но можно полагать, что трение, которое возникает в месте контактной вмятины, уже превышает значение дополнительно вводимого дем­пфирования.

Был испробован также другой метод уменьшения излучаемого шума путем устройства акустического экрана на ку­зове в виде фартуков, прикрывающих тележки. Эффект от этого метода был также незначительным: наибольшее сни­жение шума составило 2 дБА. Слож­ность устройства фартуков состоит в том, что обычно их нельзя сделать до­статочно низкими для полного экрани­рования шума колес из-за жестких огра­ничений установленного габарита под­вижного состава для предотвращения соударений с различными путевыми уст­ройствами. Кроме того, если принять корректность теории о том, что рельс является главным источником излучения шума, то экранирование колес вряд ли может привести к значительно­му снижению шума.

Другим возможным решением явля­ется устройство протяженных акустиче­ских экранов вдоль пути. Однако возни­кает сомнение относительно эффектив­ности акустических экранов, установлен­ных близко к пути. Обычно акустические экраны эффективны лишь тогда, когда приблизительно их высота превышает длину волны звука, распространяющего­ся в направлении экрана. Следователь­но, можно полагать, что экраны будут эффективны лишь в области верхних частот спектра шума взаимодействия колеса и рельса, да и то лишь в том случае, когда каждый железнодорожный путь огражден акустическими экранами с двух сторон.

4.2. Шум грузового вагона

По эксплуата­ционным соображениям система рессор­ного подвешивания грузового вагона должна быть как можно более эконом­ной. Последствия этого очевидны. Гру­зовые вагоны строятся относительно грубо, без должных мер, ограничиваю­щих их дребезжание и грохот. Демпфи­рование системы рессорного подвешива­ния обычно недостаточно, и вибрации могут свободно передаваться кузову вагона. Причем вагоны шумнее при по­рожнем пробеге, чем при эксплуатации в груженом состоянии: груз приводит как к стабилизации массы, так и к неко­торому демпфированию.

Могут быть предложены технические средства уменьшения шума грузового подвижного состава до уровня шума пассажирских вагонов, но их реализация натолкнется на ряд препятствий. Иссле­дования показывают возможность сни­жения уровня шума грузовых вагонов с помощью дисковых тормозов на 5 дБА. Однако обычно возникают, помимо соображений, связанных с модифика­цией тормозной системы, еще и другие веские аргументы в пользу сохранения чугунных колодочных тормозов. Изме­нения тормозного усилия в зависимости от скорости движения применительно к двум рассматриваемым системам тор­мозов значительно отличаются. Поэто­му использование в эксплуатации грузо­вых вагонов с разными тормозами в од­ном и том же поезде не может быть допущено. Следовательно, эксплуатация международных грузовых поездов с обычным для них переформированием и разнотипностью вагонов требует того, чтобы у всех вагонов новых или старых, любой принадлежности была одна и та же тормозная система.

Снижение уровня шума дребезжания и грохота, а также устранение резонанс­ных форм колебаний кузовов подвиж­ного состава не представляет особых технических трудностей, но реализация соответствующих мер требует затрат. Аналогично этому применение более прогрессивной системы рессорного под­вешивания или грузовых вагонов, оснащенных тележками, а не использование удлиненных вагонов с двухосными колесными базами, приводит к скрежету в кривых участках пути. Перевод старых грузовых вагонов на новую современную ходовую часть связан с большими затратами.

4.3. Снижение вибрации

4.3.1. Ограничение вибрации в источнике

Устранение износа и дефектов поверхности катания колес. Проточка бандажа колес применяется для уменьшения неравномерности износа поверхности катания, а также для уменьшения неровности поверхности катания. Проточка бандажей колеса приводит к существенному уменьшению вибрации лишь в том случае, когда неровность поверхности катания колес превышает неровность поверхности катания рельсов. Улучшения после проточки колес не произойдет при наличии волнообразного износа на поверхности катания рельсов. Ползуны, плохие стыки рельсов или деформированный рельс могут увеличить уровни вибрации на 10-20 дБ сравнению с ситуацией, когда колеса и рельсы имеют ровную поверхности катания, а путь – бесстыковую конструкцию.                       

При испытаниях, проведенных на скоростной пригородной железной дороге Юго-восточного управления транспорта (SEPTA) в Пенсильвании (США) было установлено, что проточка бандажей колес в условиях, типичных для обычной эксплуатации, и без заметных ползунов приводит к снижению уровня вибрации, обусловленной вибрацией грунта, возбуждаемой движением поез­дов, на 5-10 дБ для частот выше 100 Гц. Однако для частот ниже 100 Гц это ме­роприятие мало что дает, а то и вовсе не приводит к снижению вибрации (не го­воря уже о том, что иногда даже появля­ется случайное увеличение вибраций).

Предупреждение возникновения изно­са поверхности катания колес. Современ­ный подход к предупреждению или к минимизации образования ползунов со­стоит в оснащении новых вагонов си­стемами, предупреждающими буксова­ние с проскальзыванием, а также в про­ведении в некоторых случаях переосна­щения действующего подвижного соста­ва упрощенными вариантами автомати­ческих устройств для ограничения по­явления буксования с проскальзыванием колес, применяемых на некоторых вагонах Управления нью-йоркских город­ских железных дорог (NYCTA).   

Шлифовка рельсов, уложенных в пу­ти. Шлифовка рельсов применяется на скоростных городских и на магистраль­ных железных дорогах для устранения неровностей, связанных с неравномер­ным прокатом или следами сварки сты­ка рельсов, а также для удаления волно­образного износа, отслаивания, растрескивания поверхности головки рельса и удаления вмятин на поверхности изно­шенного рельса.

Как и в случае проточки поверхности катания колес, влияние шлифовки рель­са на уменьшение шума и вибрации грунта значительно зависит от техни­ческого состояния до шлифовки поверх­ностей катания колеса и рельса. При отсутствии ползунов на колесах шли­фовка новых рельсов (при наличии неко­торых неровностей после прокатки) или обычно изношенных (без волнообразно­го износа) приводит к уменьшению уровней вибрации грунта на 2-10 дБ. При наличии волнообразного износа рельса шлифовка поверхности катания может привести к уменьшению шума, обусловленного вибрацией грунта, на 10-20 дБА.

Для полного выравнивания поверх­ности катания требуется около 110 про­ходов по рельсовому участку шлифо­вального поезда, оснащенного абразив­ными блоками.

Сварка рельсовых стыков и обеспече­ние точного относительного расположения рельсов. Можно ожидать, что всякое устройство, смягчающее удары, возни­кающие при проходе колеса через стыки рельсов, внесет свой вклад в уменьшение связанных с этим шума и вибрации. Замена звеньевого пути на бесстыковой является в этом отношении наиболее эффективной, так как сварные стыки (при правильной стыковке) в совокупно­сти уменьшают нарушения непрерыв­ности поверхностей соединяемых рель­сов.

Тщательное техническое содержание и обеспечение правильного относитель­ного положения стыков с болтовыми соединениями рельсов выгодно там, где имеется такой путь, особенно с целью избежать дополнительные рихтовки, ко­торые приводят к подскоку колес на стыке.

Можно ожидать также положитель­ных результатов от использования спе­циальных крестовин (например, подвиж­ных узловых крестовин), что приводит к уменьшению ударов и смягчает пере­дачу нагрузки колеса с одного рельсово­го звена на следующее.

Повышение гибкости системы буксо­вого рессорного подвешивания тележек. Буксовая система рессорного подвеши­вания, расположенная между осью ко­лесной пары и рамой тележки, - опора последней. Это является наиболее су­щественной конструктивной особенно­стью вагонной тележки, которая влияет на структурный шум и вибрацию. Хотя обычно демпфирование приводит к незначительное эффекту, однако в некоторых случа­ях оно может оказаться существенным.

Подрезиненные колеса. При подрезиненных колесах точка контакта на колесе перемещается в большей степени (а точ­ка контакта на поверхности катания рельса в меньшей степени) из-за неров­ности поверхностей катания колеса и рельса, тем самым уменьшаются вибра­ции рельса и соответствующий шум в зданиях, расположенных поблизос­ти.

Подрезиненные колеса могут также составлять часть системы рессорного подвешивания: замена стандартных ме­таллических колес на подрезиненные при­водит тогда к изменениям резонансных частот и демпфирующих характеристик этих систем.

Ограничение скорости движения поез­дов. Понижением скорости движения поезда можно уменьшить уровни шума, обусловленного вибрацией грунта, и уровень вибрации примерно на 4-9 дБ (характерное уменьшение составляет 6 дБ) на каждое уменьшение скорости движения поезда в 2 раза. В большин­стве случаев изменение уровня вибрации пропорционально 13-30 ед. (скорости), а наиболее типичное пропорциональное соотношение составляет 20 ед. (скорости).

Однако зависимость шума и вибрации от скорости движения меняется как с интенсивностью движения, так и с типом подвижного состава. Поэтому при движении грузовых составов снижение скорости может привести к изменению уровня демпфирования системы, а следовательно – к обратному эффекту и увеличению вибрации и шума.

4.3.2. Упругие элементы в конструкции пути

Упругое рельсовое крепление. Устрой­ство упругих креплений рельсов продиктовано стремлением изолировать вибрирующий рельс от шпал или других элементов, к которым прикреплен рельс. Одна из рекомендаций для до­стижения хорошей виброизоляции сво­дится к тому, чтобы использовать уст­ройство упругого рельсового скрепле­ния, жесткость которого будет обеспе­чивать статический прогиб рельса при нагрузке поездом в пределах от 2 мм до 5 мм.

Упругое основание под шпалами. В конструкциях упругих опор под шпала­ми упругий элемент помещается между шпалой и нижней частью тоннеля. При упругих рельсовых креплениях упругий элемент устанавливается между подош­вой рельса и шпалой. Дополнительная промежуточная масса, которая обеспе­чивается системой "плавающего" пути, совместно с возможностью использования более эластичных элементов под шпалами по сравнению с теми, что можно применить в рельсовых упругих креплениях, приводит к улучшению виброизоляционных свойств.

"Плавающее" основание пути. Наряду с тем что при упругих рельсовых креп­лениях и шпалах на упругом основании масса, расположенная над нижними уп­ругими опорами, значительно мень­ше той, которая является необрессоренной массой ходовой части тележек ваго­на.

Существует несколько приемов, при использовании которых "плавающая" масса становится гораздо больше необрессоренной массы тележки вагона. К подобным конструкциям пути относят­ся "плавающие" плиты и "плавающие" элементы (которые иногда называют "плавающими" мини-плитами или сдво­енными шпалами). В системах с упругим основанием пути инерция "плавающей" массы приводит к снижению ее виброперемещений при частотах, где это осо­бенно важно. Виброперемещения пере­даются нижней части тоннеля через от­носительно мягкие упругие опоры, что приводит к уменьшению динамических сил, достигающих нижней части тонне­ля.

4.3.3. Конструкция тоннелей

Можно предположить, что типы тоннелей более устойчивые к возбуждающим силам, будут передавать в окружающую их среду менее интенсивные вибрации. Таким образом, можно полагать, что более массивные тоннельные конструкции вызовут меньший шум и вибрацию в соседних зданиях. Имеются данные, свидетельствующие о том, что железобетонные двойные коробчатые тоннели приводят к меньшему шуму, обусловленному вибрацией грунта, по сравнению с тем, что имеет место в слу­чае легких конструкций тоннелей круглого сечения (независимо от того, вы­полнены они на месте из монолитного железобетона или из сборных предвари­тельно напряженных железобетонных секций, стальных или чугунных тюбин­гов тоннельной обделки).

4.3.4. Экранирование

Траншеи или монолитные препятствия могут также применяться в качестве средств ограничения структурного шума, возбуждаемого вибрацией грунта, а также вибрацией, обусловленной дви­жением поездов. Оба способа экраниро­вания обеспечивают рассогласование импедансов в грунте, что приводит к на­рушению процесса распространения волн в грунте.

4.3.5. Виброизоляция зданий

Установка виброизолирующих про­кладок в здании под свайные фундамен­ты, у основания колонн или сводов и в других местах соединения различных элементов конструкции здания может способствовать вибро- и шумоизоляции зданий или отдельных зон внутри зда­ния. Свинцово-асбестовые прокладки примерно с 1915 г. нашли широкое при­менение для изоляции крупных зданий от шума в вибрации, возбуждаемых же­лезной дорогой и метрополитеном. В 60-х годах подобные прокладки были применены при сооружении отеля "Квин Элизабет" в Монреале и концертного зала Звери Фишер в Нью-Йорке. При­менение этих прокладок, по-видимому, привело к значительной виброизоля­ции-снижению уровня вибрации при­мерно на 10 дБ.

В тех случаях, когда необходимо обеспечить тишину лишь в нескольких помещениях существующих зданий, ре­комендуется сооружение "помещения в помещении", как это делается давно применительно к радио, телестудиям и акустическим камерам. В этом случае требуется обеспечить "плавающую" на упругом основании коробку защищае­мого помещения со своими ограждаю­щими конструкциями внутри сущест­вующего здания. При таком решении тихое помещение будет виброизолировано от динамических внешних воздей­ствий.

Во всех виброзащищенных конструк­циях зданий должны быть приняты ме­ры к перекрытию всех путей (акустиче­ские мостики) передачи значительных вибраций или к обеспечению их эффек­тивной виброизоляции. В противном случае вибрация будет распространяться по этим путям, сводя на нет все меры по ограничению шума, достигнутые с по­мощью виброизоляции.

5. УМЕНЬШЕНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ШУМА ОТ АВИАТРАНСПОРТА

5.1. Уменьшение воздействия шума, генерируемого воздушными судами

5.1.1. Введение ограничений на эксплуатацию самолетов

Разработанные в ряде стран меры контроля по использованию воздушного пространства снижают воздействие шу­ма, генерируемого воздушными судами, путем ограничения их эксплуатации в определенное время суток. Практичес­кая реализация этих мер сводится к ограничению времени, в те­чение которого в аэропорту разрешены полеты воздушных судов. В междуна­родном аэропорту Женева (Швейцария) с одобрения Федерального Управления гражданской авиации введено ограниче­ние на взлеты и посадки в ночное время между (с 22.00 до 6.00) для всех видов воздушного сообщения.

Страницы: 1, 2, 3, 4