Высокоскоростной железнодорожный транспорт 5 страница

Рис. 3.8. Переход для диких животных. ВСМ Атлантик. Франция. 1991 г.

Рис. 3.9. Железобетонная труба — проход под насыпью для мелких животных. ВСМ Париж—Лион. Франция. 1982 г.

тонные трубы диаметром около полумет­ра, несколько поднятые над уровнем земли и незаливаемые водой даже при сильных осадках (их иногда шутливо называют «ля- гушкопроводы»), соединяющие территорию по обеим сторонам ВСМ {рис. 3.9).

Результаты анализа показывают те обла­сти исследований, на которых необходи­мо сосредоточиться при подготовке к реа­лизации проектов ВСМ для минимизации внешних издержек: поиск щадящих мето­дов строительства для сокращения затрат на подготовку и рекультивацию террито­рии, а также борьбу с шумом, генерируе­мым поездами ВСМ.

3.3. Снижение шума — основная задача улучшения экологичес­ких характеристик высокоско­ростных железных дорог

Высокоскоростные железные дороги име­ют неоспоримое преимущество перед дру­гими видами транспорта по всему комплек­су факторов воздействия на окружающую среду, в том числе и по шумовым характе­ристикам. Как показали исследования, ВСМ производят меньший шум по сравнению с автомагистралью одинаковой провозной способности, при этом его спектральные характеристики и периодичность проявле­ния имеют свойства, меньше беспокоящие человека. В то же время хорошо отработа­ны и весьма эффективны методы защиты от шума, производимого ВСМ, с помощью инженерных устройств — искусственных насыпей, экранов (барьеров), лесонасажде­ний, что практически нельзя сделать по от­ношению к аэротранспорту. В то же время от шума взлетающих и заходящих на посад­ку авиалайнеров защитить население не­возможно иным способом, кроме отселе­ния жилых строений из защитной акусти­ческой зоны аэродрома.

Однако в силу того, что линии ВСМ вхо­дят в центральные городские районы, а шум, производимый поездами, увеличива­ется по мере роста скорости движения (на чем мы делаем акцент), перед админис­трацией железных дорог стоит выбор: сни­жение скорости движения поездов в насе­ленных пунктах или поиск эффективных средств борьбы с шумом от подвижного состава. Эта проблема имеет социально-ис­торический оттенок. Грохот поездов Нью- Йоркской эстакадной дороги или Париж­ского метро на наземных участках со ско­ростью 40—50 км/ч, сейчас во много раз превосходит шум современного поезда при скорости 200 км/ч. Однако то, с чем мири­лись в конце XIX в., стало неприемлемо в конце XX в.

Первыми с этой проблемой во всей ее остроте столкнулись японские железнодо­рожники. Ограниченность территории и высокая плотность населения поставили в Японии проблему борьбы с транспортным шумом в число приоритетных. В середине 60-х годов XX столетия, когда в Японии бы­ла открыта первая ВСМ Токио — Осака, в стране не было законодательных ограни­чений на уровень шума в общегосударст­венных масштабах. Быстрый рост объемов перевозок по линии Токайдо — Синкансэн, значительная часть трассы которой про­ходила по заселенным территориям, вы­двинул на первый план проблему сниже­ния шума от ВСМ в ряду других вопросов развития высокоскоростного движения. В 1968—1972 гг. в Японии были приняты законы, регламентирующие уровень шума. В частности, в жилой зоне — не более 70 дБ(А), в промышленной — 75 дБ(А). Это потребовало принятия срочных мер по снижению уровня шума от поездов Син­кансэн до обозначенной нормы. Весьма ха­рактерный пример: на линии ВСМ «Дзё- эцу» к востоку от Токио первоначально дви­жение поездов было ограничено именно по шумовым параметрам скоростью 210 км/ч, хотя тягово-энергетические характеристи­ки подвижного состава и состояние пути позволяют развивать скорость 260 км/ч.

К настоящему времени в результате ис­следований и инженерных разработок, про­водившихся в разных странах в последние три десятилетия, установлены причины и определены эффективные средства сни­жения шумового воздействия от поездов. К ним относятся: во-первых, улучшение акустических параметров высокоскорост­ного подвижного состава и постоянных устройств ВСМ и, как следствие, меньшая генерация шума поездами, конструкциями пути при больших скоростях движения; во- вторых, эффективные инженерные и орга­низационно-технические методы защиты от шума, генерируемого при прохождении поездов по высокоскоростным магистра­лям.

Снижение шума механического происхо­ждения, источником которого являются рельсы и колеса, обеспечивается повыше­нием качества рельсов: большей ровно­стью поверхности катания, а также регу­лярным проведением регламентных работ по поддержанию на должном уровне по-

Рис. 3.10. Шлифовка поверхности головки рельса

 

верхности головки рельса своевременной шлифовкой (рис. 3.10) и поверхности ката­ния колес регулярной проточкой.

Значительные успехи были достигнуты в области конструирования малошумящих колес. Так, на последних опытных поездах Синкансэн (Япония) прошли успешные ис­пытания колеса с упругими промежуточ­ными элементами. Обнаружилось явление, природа которого еще не изучена полно­стью, при котором использование колес с упругими промежуточными элементами снижает уровень вибрации в рельсах в час­тотном диапазоне около 1 кГц и повыша­ет уровень вибраций в колесах в диапазоне 1,6—4 кГц, в результате чего уровень шума внутри вагонов и на расстоянии 25 м от оси пути снижается на 2 дБ (Аэкв). Необ­ходимо отметить, что при скорости бо­лее 300 км/ч доминирующей становится аэродинамическая составляющая внешне­го шума от поезда.

Аэродинамический шум пропорционален аэродинамическому сопротивлению поез­да и растет в квадратичной зависимости от скорости (рис. 3.11):

W_a = Cv², где И/_а — аэродинамическое сопротивление поезда;

C = KlS + K2L_p;

где К1 — параметр, зависящий от формы голов­ной и хвостовой частей поезда; S — площадь поверхности головной или хвостовой части; L — длина поезда; р — периметр сечения ва­гона до уровня головки рельса; К2 — пара­метр, зависящий от типа поверхности внешней обшивки подвижного состава; v — скорость поезда.

Рис. 3.11. Зависимость уровня шума поезда от скорости: La — шум от тягового электропривода, Lr — шум от качения колес по рельсам, Lgs — аэродинамический шум. Зоны: 1 — низкой скорости (до 60 км/ч) — доминирует шум от тягового электропривода, II — средних скоростей (от 60 до 300 км/ч) — преобладает шум, генерируемый зоной контакта колеса с рельсом, III — высоких скоростей (более 300 км/ч) — сильнее всего шум аэродинамического происхождения

Как видно из приведенной формулы, для улучшения аэродинамических характерис­тик поезда и, следовательно, снижения ге­нерируемого аэродинамического шума кон­структоры имеют ограниченные возмож­ности (рис. 3.12). Так, длина поезда связа­на с пассажировместимостью и является заданным эксплуатационным параметром высокоскоростной линии, на которой ис­пользуются поезда, и не может быть умень­шена. Для японских дорог Синкансэн у вы­сокоскоростного поезда серии 300 уда­лось снизить наружную высоту вагона на 300 мм. Однако при проектировании двух­этажных вагонов для высокоскоростных поездов площадь поперечного сечения ва­гона значительно возрастает, что требует особых решений в области аэродинамики головной части вагона.

Таким образом, при проектировании вы­сокоскоростных поездов объектом самого пристального внимания становятся пара­метры, зависящие от формы головной и хвостовой частей (XI), и параметры, зави­сящие от типа поверхности внешней об­шивки подвижного состава (К2). На пара-

Шум, генерируемый токоприемником: - шум, генерируемый деталями самого токоприемника; - шум, излучаемый в зоне скольжения

Шум, генерируемый конструкциями искусственных сооружений: - шум, индуцируемый вибрациями конструкций

Аэродинамический шум от носовой части поезда: - шум от передней тележки, двери кабины машиниста и др.

Аэродинамический шум от верхней части вагонов:

- шум от зазора между вагонами;

- шум, генерируемый выступами дверей и окон

Шум от нижней части вагонов: -аэродинамический шум от тележек;

- шум качения колес по рельсам

 

Рис. 3.12. Генерация шума при движении поезда: а — основные зоны генерации шума; б — основные детали и элементы вагонов, излучающие шум: 1 — носовая часть головного вагона; 2 — радиоантен­на; 3 — оборудование, расположенное на крыше; 4 — межвагонные переходы и соединения; 5 — зона взаимодействия токоприемника и контактного провода; 6 — обтекатель токоприемника; 7 — вы­ступающие части дверей, окон, обшивки; 8 — вентиляционное оборудование и кондиционеры воздуха; 9 — оборудование подвагонного пространства (тележки, зона контакта колеса и рельса, тяговые электродвигатели)

 

 

метр К2 влияют также конструкции межва­гонных соединений, сопряжения элемен­тов дверей и окон (стык рамы и стекла) и других элементов, распределенных вдоль длины состава, включая воздухозаборни­ки и токоприемники. Необходимо также всесторонне оценивать плюсы и минусы увеличения скорости движения поездов, осознавая, что с ростом скорости изменя­ются спектральные характеристики шума,

Вид и источник шума Скорость, км/ч 300 320 350 От механической части подвижного состава 69,5 70,5 71,5 От рельсов, шпал (плит основания), мостовых конструкций 66 66,5 67 От токоприемника и контактного провода 68 69,5 72 Аэродинамический от верхней части подвижного состава и распо­ложенного на ней оборудования 68 69,5 72 Общий уровень 74 75 77

Таблица 3.1

Источники и ориентировочные значения уровня шума, ДБ (Аэкв)

излучаемого подвижным составом, источ­ники и зоны генерируемого шумового за­грязнения (табл. 3.1).

Строители ВСМ как в Японии, так и во Франции, Германии, Италии и в др. странах столкнулись также с факторами социаль­но-психологического плана и специфичес­ким проявлением природоохранного зако­нодательства. Население часто мирится с «привычным злом» — десятилетиями су­ществующими автострадами, железнодо­рожными сортировочными станциями, но проект сооружения новой линии ВСМ с го­раздо лучшими шумовыми характеристи­ками, как правило, вызывает активное со­циальное противодействие.

Помимо подвижного состава источника­ми шума при прохождении поезда являют­ся также элементы мостовых конструкций и плитного основания пути, которые виб­рируют с разной частотой и амплитудой. Так, было установлено, что металлические конструкции мостов могут быть источни­ком сильного шума. Использование на ос­новании пути вместо рельсо-шпальной ре­шетки на балласте железобетонных плит (безбалластное полотно) потребовало от японских специалистов, которые впервые применили плиты, больших усилий для снижения вибраций и генерации шума. Для этого были применены различные про­кладки, резинокордовые маты, мастики, вязкие заполнители.

При проектировании высокоскоростных поездов объектом самого пристального вни­мания становятся параметры, зависящие от формы головной и хвостовой частей поез­да, и параметры, зависящие от типа поверх­ности внешней обшивки подвижного со­става.

За последние четверть века были достиг­нуты значительные успехи в изучении ме­ханизма генерации шума высокоскорост­ными поездами и в борьбе с этим явлением. Усилия в этой области были сосредоточены на поиске оптимальных решений по кон­струированию внешних обводов высокоско­ростных поездов, снижению турбулентно­сти воздушного потока при обтекании ва­гонов поезда.

В практике японских инженеров, создаю­щих высокоскоростные составы, стала пра­вилом постройка опытных поездов, имею­щих многочисленные экспериментальные узлы и детали, в том числе для определе­ния аэродинамических, шумовых харак­теристик (рис. 3.13).

Например, опытные японские высокоско­ростные поезда STAR 21, WIN 350, 300Х име­ли на каждом из концов состава свою осо­бую конфигурацию носового обтекателя. На поезде 300Х с одной стороны была уста­новлена веретенообразная лобовая часть, с другой стороны — обтекатель типа «ути­ный нос» с двумя фокусами изменения кри­визны поверхности. В результате опытов для серийного поезда серии 700 было вы­брано очертание носовой части головных вагонов. При разработке проектов новей­ших высокоскоростных поездов Восточной японской железнодорожной компании се­рий Е5 и Е6 были построены опытные по-

Pug 3.13. Японский опытный высокоскоростной поезд 300Х: а — головные вагоны с обтекателями: типа «утиный нос» (слева) и «веретено»; б — компьютерные модели головных обтекателей: типа «утиный нос» (слева) и «веретено»

езда «Fastech-360Z» и «Fastech-360S», имев­шие также разные очертания носовых час­тей головных вагонов.

Интересно проследить эволюцию носо­вой части головных вагонов высокоскоро­стных поездов с 60-х годов прошлого века. Первый японский высокоскоростной се­рии 0, изготовленный в 1964 г., имел дли­ну носовой части головного вагона менее трех метров, у высокоскоростного поез­да серии 500 (1997 г.) она равняется 10 м (рис. 3.14); носовая оконечность опытного поезда «Мобильная испытательная плат­форма», созданного в 2012 г. китайской корпорацией CSR (Sifang Locomotive and Rolling Stock) при поддержке Министерст­ва железных дорог КНР имеет длину более 12 м (рис. 3.15).

В последних конструкциях японских, французских, немецких, испанских, италь­янских высокоскоростных поездов, наря­ду с выбором оптимальной аэродинами­ческой конфигурации кузовов вагонов тщательно разрабатываются различные наружные элементы конструкции: межва­гонные эластичные экраны, подвагонные обтекатели, токоприемники и др.

Значительных успехов добились в борь­бе с шумом создатели последних моделей японских высокоскоростных поездов серий N700, Е5, Е6. Так, при скорости 320 км/ч уро­вень шума, производимого поездом серии Е5 (введен в эксплуатацию в 2011 г.) не превышает тот, который генерируется по­ездом предыдущего поколения серии Е2 на скорости 275 км/ч. Добиться этого поз­волили многочисленные конструктивные решения: оптимизация внешних обводов кузовов вагонов, применение звукопогло­щающих панелей, которыми закрывают подвагонное пространство (рис. 3.16; 3.17), малошумящих токоприемников.

Для снижения уровня шума от качения колес по рельсу на высокоскоростных ма-

Рис. 3.14. Носовая часть головного вагона высокоскоростного поезда серии 500. Япония. 1998 г.

Рис. 3.15. Головной вагон опытного поезда «Мобильная испытательная платформа». КНР, 2012 г.

гистралях применяют комплексный метод: экранируют тележки вагона и устраивают звукозащитные ограждения на эстакадах и вдоль насыпей линии ВСМ. Как показано на рис. 3.18 шум от качения колеса по рель­су претерпевает многократное отражение и гасится звукопоглощающими экранами.

На высокоскоростных железнодорожных магистралях используются различные кон­струкции звукозащитных (звукоизолирую­щих) барьеров и экранов: от простейших — плоских, изготовленных из бетона, стали, стекла, пластика, дерева, до весьма слож­ных конструкций [рис. 3.19). Принцип ин­терференционного ослабления звуковых волн используется и во французской кон­струкции звукоизолирующего барьера из бетона, который для непосвященного на­блюдателя выглядит весьма странным со­оружением в виде «повалившегося» забора [рис. 3.20). Как правило, простейшие кон­струкции звукоизолирующих барьеров со-

PS9037

Малошумящий токоприемник

Межвагонные щитки-обтекатели улучшенной конструкции

Щитки, закрывающие токоприемники

 

 

Веретенообразная форма
носовой части,
отработанная на опытном
поезде Fastech-360

Рис. 3.16. Элементы конструкции поезда серии Е5 для снижения шума. Япония. 2011 г.

 

 

га с& I

Рис. 3.17. Аэродинамическое эластичное пере­крытие зазора между вагонами высокоскорост­ного поезда серии N700. Япония. 2007 г.

Звукозащитное

Многократное отражение звуковой волны

ограждение эстакады

Рис. 3.18. Подавление шума качения колеса по рельсу с помощью комплекса мероприятий: экранирования тележки вагона и устройства звукозащитных ограждений эстакады

Фальшборт

кузова вагона

 

 

---

Дата добавления: 2019-11-16; просмотров: 500; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!