Шум и вибрация, создаваемые движением рельсового транспорта (стр. 6 )

Хотя совершенствование конструкции рельсового пути является эффективным способом снижения передаваемой вибрации (переизлученного шума), это неявляется его основной целью. В первую очередь путь проектируют таким образом, чтобы решить вопросы безопасности, удобства пользования иэкономической эффективности эксплуатации. Поэтому конструкцию пути рассматривают с позиции надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и удобства обслуживания, а также экономической эффективности и пригодности для рельсового транспорта разных видов. В ряде случаевприоритетность вышеперечисленных задач негативным образом сказывается на возможности конструктивных решений по ослаблению передаваемойвибрации (переизлученного шума).

Факторами, требующими первоочередного рассмотрения при выборе конструкции пути, являются:

a) безопасность, учитывающая, в том числе:

- механические напряжения в рельсе,

- действующие силы в болтовых соединениях и противоугонах,

- статические и динамические прогибы рельса,

- пространственную скорость изменения статических и динамических прогибов по длине рельса,

- усталостные напряжения в элементах пути;

b) капитальные издержки, учитывающие, в том числе:

- сложность конструкции пути,

- дополнительные элементы специального назначения,

- время строительства и привлекаемые людские ресурсы;

c) издержки за время эксплуатации (включая техническое обслуживание), учитывающие, в том числе:

- срок службы элементов пути,

- легкость доступа к элементам с малым сроком службы для их замены;

d) удобство пассажиров, учитывающее, в том числе:

- статические и динамические прогибы рельсов,

- влияние динамики рельсового пути на ходовые качества транспортного средства и его вибрацию;

e) надежность;

f) время коммерческой эксплуатации (общее время эксплуатации за вычетом периодов технического обслуживания);

g) характеристики качества рельсов (их неровность, скорость роста выбоин).

Характеристики надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и удобства обслуживания, определяемые проектирующей иэксплуатирующей организациями с учетом вышеперечисленных факторов, будут разными для разных путей. Характеристики безопасности и ходовых качествдолжны быть предварительно проверены в процессе испытаний, прежде чем рельсовые коммуникации будут введены в эксплуатацию.

Требования, необходимые для обеспечения заданных характеристик надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и удобстваобслуживания, могут вступать в противоречие с решениями, обеспечивающими ослабление передаваемой через грунт вибрации и переизлученного шума. Поэтому необходимо, чтобы эти решения являлись составной частью комплексного проектирования новых рельсовых коммуникаций.

В.2.2.3 Конструкция транспортного средства

В отличие от воздушного шума всего несколько характеристик конструкции рельсового пути влияют на передаваемую вибрацию и переизлученный шум. Такими характеристиками являются:

a) жесткости первой и второй ступеней рессорного подвешивания (чем она меньше, тем лучше даже в отсутствие демпфирования);

b) неподрессоренная масса (оптимальное значение этой характеристики зависит от конструкции рельсового пути);

c) общая масса транспортного средства (чем меньше, тем лучше);

d) неровность поверхности катания колеса (по возможности должна быть уменьшена);

е) упругие элементы колес [применение колес с упругими элементами обычно улучшает виброизолирующие свойства системы упругой опоры рельсов(например, полноповерхностной опоры), но может ухудшить виброизолирующие свойства системы с плавающими плитами].

Все вышеуказанные характеристики (наряду с рассмотренными характеристиками конструкции пути) играют важную роль при оценке надежности, эксплуатационной готовности, ремонтопригодности и удобства обслуживания рельсовых коммуникаций, а также издержек их эксплуатации. Поэтому мерыослабления вибрации, которые следует рассматривать как составную часть в общем проектировании транспортного средства, часто будут результатомкомпромиссного решения с учетом эксплуатационных требований к рельсовым коммуникациям. Наибольший эффект (с точки зрения передаваемой вибрации ипереизлученного шума) может дать совместное проектирование рельсового пути и транспортного средства.

В.2.2.4 Скорость движения транспортного средства

Скорость движения транспортного средства - одна из важнейших характеристик с точки зрения выгоды эксплуатации рельсовых коммуникаций. Кроме того, изменение скорости движения обычно не является эффективным способом снижения вибрации. Поэтому регулирование скорости движения транспортногосредства нельзя рассматривать в качестве типичного средства ослабления передаваемой вибрации и переизлученного шума.

В.3 Ослабление вибрации на пути ее распространения

Траншеи, вырытые на пути распространения вибрации от источника до объекта воздействия, обычно не решают проблему. Причиной этому служит большаядлина волны распространения вибрации. Как следствие, эта волна дифрагирует на дне и стенках траншеи без существенной потери энергии в анализируемомдиапазоне частот. Чтобы реально ослабить передаваемую вибрацию, траншея должна быть достаточно глубокой и соответствующих размеров по периметру, что не всегда возможно реализовать на практике.

Бетонные стенки и другие барьеры на пути распространения вибрации могут достигать большей глубины, чем траншеи, и перекрывать прямую видимостьобъекта воздействия из источника (также при условии соблюдения соответствующих требований к периметру барьера). Это позволяет в некоторой степенидостигнуть ослабления вибрации, но только в области непосредственно за барьером, поскольку - как и в случае траншеи - длинноволновая вибрациядифрагирует на краях барьера.

В.4 Ослабление вибрации в объекте воздействия

Для ослабления вибрации в объекте воздействия можно принять следующие меры:

a) выполнить перепланировку (например, расположить строения подальше от источника вибрации, изменить положение автомобильных парковок искверов в прилегающей зоне);

b) изменить землеотведение (например, перевести земли в коммерческое использование, где эффект воздействия вибрации будет менее заметен);

c) принять меры по отстройке резонансов перекрытий от доминирующих пиков в спектре вибрации;

d) использовать твердые несущие плиты на грунтовом основании вместо подвесных плит перекрытий (например, бунгало вместо двухэтажного жилогодома);

e) если полностью отстроиться от резонансов невозможно, перенести их в область частот, где они в меньшей степени воспринимаются человеком (обычноэто область более высоких частот);

f) использовать перекрытия с низкими значениями собственных частот (однако для таких перекрытий более высок риск возбуждения вибрации из-запередвижения людей - см. ИСО 10137 [9]);

g) установить изоляторы между полом и бетонным основанием пола (плавающие перекрытия);

h) изолировать чувствительные области внутри помещений;

i) изолировать отдельные экземпляры оборудования, чувствительного к воздействию вибрации;

j) изменить динамическое поведение строительной конструкции (ввести динамическое поглощение вибрации там, где от нее невозможно отстроиться);

k) использовать формы конструкции с наилучшим демпфированием (например, бетонные конструкции вместо стальных);

l) увеличить демпфирование благодаря использованию связанных слоев;

m) закладывать фундамент здания в слоях грунта с меньшим уровнем вибрации, обеспечив его развязку от приповерхностного слоя (применяют в случаерельсовых путей, уложенных на уровне земли);

n) устанавливать чувствительное оборудование на фундаменте, уложенном глубоко в грунте и развязанном относительно конструкции здания иприповерхностного слоя (применяют в случае рельсовых путей, уложенных на уровне земли);

o) устанавливать чувствительное оборудование с опорой на грунт, а не подвесные перекрытия, чтобы избежать усиления вибрации на резонансных частотахперекрытий (хотя данные перекрытия, имея низкие частоты собственных колебаний, на высоких частотах выступают как пассивные изоляторы);

p) изолировать основание здания (особенно эффективно для ослабления переизлученного шума);

q) применять традиционные строительные материалы в конструкции таким образом, чтобы отклик конструкции был аналогичен отклику с использованиемизоляции основания;

r) удлинять путь распространения вибрации с целью повысить демпфирование (например, подвешивая перекрытия к верхней точке колонн рамнойконструкции вместо опирания на уровне расположения перекрытия);

s) использовать конструкции нерегулярной формы с разрывами;

t) утяжелить конструкцию сооружения;

u) повысить уровень фонового шума для маскировки переизлученного шума (при должном внимании к спектральному составу шумов и без ухудшениявозможностей речевого общения);

v) использовать системы активного гашения вибрации с электромеханическими или гидравлическими исполнительными устройствами (на практике такоерешение весьма дорого и может быть использовано только в особых случаях).

Приложение С
(справочное)
Методы и средства разработки, калибровки, тестирования и проверки модели

С.1 Введение

Построение модели включает в себя этапы разработки, калибровки и тестирования, а также проверки (верификации) на реальных объектах, каждый изкоторых важен для оценивания модели и повышения ее точности. В настоящем приложении приведены рекомендации, которые могут быть использованы приразработке методов оценивания модели и повышения ее точности.

Прежде всего, должны быть точно определены показатели, используемые для оценки передаваемой вибрации и переизлученного шума, чтобы данные навыходе модели и результаты измерений могли быть отнесены к одним и тем же величинам и условиям получения их значений.

Модель следует использовать только для тех условий, для которых она была предназначена. Например, если при разработке модели было принятодопущение о представлении грунта в виде полупространства, ее не следует использовать для грунта, имеющего слоистую структуру, а от модели, построеннойна этапе предварительного проектирования, нельзя ожидать высокой точности при ее тестировании (см. разделы 8 и 9, где определены этапы проектированияи типы моделей).

С.2 Характеристики точности модели

Упрощенная процедура оценки точности схематично показана на рисунке С.1.

Рисунок С.1 - Параметры, характеризующие точность метода

Под точностью понимают близость к истинному значению прогнозного (точность модели) или измеренного (точность метода измерений) значения. Истинное значение редко бывает известно, поэтому при оценке точности обычно проводят сопоставление прогнозных значений с результатами измерений.

Неопределенность прогнозного значения характеризует изменчивость выходных данных модели, что связано с изменчивостью входных данных. Неопределенность измерений характеризует изменчивость результатов измерений, связанную с изменчивостью условий измерений (например, измеренияпроводят при прохождении разных транспортных средств или для разных геологических условий).

Под измеримой погрешностью предложено понимать разность между прогнозным и измеренным значениями1).

1) Концепция «измерительной погрешности» предполагает, что систематическая погрешность измерений незначительна. В общем случае систематическая погрешность измерений такжеподлежит оценке.

Измеримая погрешность имеет две составляющие (см. ИСО 3534-1 [5] и GUM [25]):

- систематическую погрешность (характеризующую точность модели);

- случайную погрешность (связанную с погрешностями прогнозного и измеренного значений).

На рисунке С.2 показаны две типичные ситуации, когда преобладает та или иная составляющая измеримой погрешности.

Рисунок С.2 - Две составляющие измеримой погрешности

С.3 Генеральная совокупность прогнозных значений и выборка результатов измерений

С.3.1 Общие положения

Для разработки и калибровки модели необходимо иметь пары прогнозных и измеренных значений. Несмотря на то, что на практике существует рядограничений (стоимость, время измерений), в идеале выборка данных должна позволить:

- охватить весь диапазон изменений значения каждого параметра (скорости движения, расстояния, типа грунта и т. д.), влияющего на результат прогноза;

- получить статистически устойчивые характеристики неопределенности прогнозного и измеренного значений.

Для выполнения указанных требований необходимы анализ чувствительности модели и выборка измерений большого объема.

С.3.2 Анализ чувствительности модели

Анализ чувствительности модели позволяет оценить влияние изменений одного или нескольких входных параметров, задание которых сопровождаетсясобственной неопределенностью, на выходные данные модели.

Пример - Для некоторой переменной могут быть установлены три значения: минимальное, среднее и максимальное, после чего исследуют, какпереход от одного значения к другому (при сохранении неизменными значений всех остальных существенных параметров) изменяет значениепараметра на выходе модели.

Для оценки характеристик измеримой погрешности могут быть использованы методы, применяемые при оценке риска и в математической статистике, например метод Монте-Карло.

С.3.3 Разброс результатов измерений

Разброс результатов измерений обусловлен изменением условий их проведения. Оценить этот разброс можно по результатам множественных измеренийпри условии, что эти измерения выполнены с соблюдением следующих требований:

- обеспечение вариативности подвижного состава: измерения выполняют не менее чем для пяти образцов подвижного состава (во время их коммерческойэксплуатации) при движении по заданному пути;

- обеспечение вариативности рельсовых путей: измерения выполняют не менее чем для пяти образцов подвижного состава (во время их коммерческойэксплуатации) при движении по каждому пути.

Где это применимо, следует обеспечить также вариативность точек измерений. Измерения на заданном расстоянии от рельсового пути следует повторять неменее двух раз для разных точек вдоль пути, отстоящих друг от друга не менее чем на 10 м и не более чем на 100 м.

С.4 Разработка и калибровка модели

Наиболее эффективным средством определения коэффициентов модели для соответствующих параметров (скорость движения, расстояние от рельсовогопути и др.) на стадиях разработки и калибровки является подгонка зависимостей таким образом, чтобы данные на выходе модели наилучшим образомсовпадали с результатами измерений.

После применения данной процедуры к каждому параметру модели ее можно использовать для модели в целом.

Основой для последующего анализа является построение градуировочной функции (не обязательно в виде прямой линии) на стадии калибровки. Один изпримеров подгонки градуировочной функции представлен на рисунке С.3. После этого модель возвращают на стадию разработки и модифицируют такимобразом, чтобы градуировочная функция имела вид прямой, проходящей через центр координат, с коэффициентом наклона, равным единице.

С.5 Тестирование модели

Для тестирования модели используют данные (пары прогнозных и измеренных значений), не применявшиеся на стадиях разработки и калибровки.

Простейшим видом тестирования является получение выборочных оценок среднего значения и стандартного отклонения измеримой погрешности порезультатам обработки разностей прогнозных и измеренных значений, полученных для каждой из пар. Среднее значение и стандартное отклонениехарактеризуют систематическую и случайную составляющие измеримой погрешности соответственно. Указанный способ, однако, не позволяет выявитьзависимость среднего значения и стандартного отклонения от прогнозного значения, что может быть важно при экстраполяции данных на области, неиспользованные при разработке модели.

Отклонение свободного члена градуировочной прямой от нуля и коэффициента при линейном члене от единицы характеризуют систематическуюпогрешность, вносимую градуировочной кривой для данного значения аргумента (прогнозного значения) - см. рисунок С.4.

Приложение D
(справочное)
Сведения о соответствии национального стандарта Российской Федерации ссылочному международному стандарту

Таблица D.1

Библиография

Ключевые слова: рельсовый путь, рельсовый транспорт, вибрация, шум, источник, путь распространения, объект воздействия, показатель, прогностическая модель, прогноз, измерения

Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах: 1 2 3 4 5 6