ПРО ДЕЯКІ ПІДХОДИ До ЗНИЖЕННЯ вібрації, яка передається транспортними засобами У ДОВКІЛЛЯ

ПРО ДЕЯКІ ПІДХОДИ До ЗНИЖЕННЯ вібрації, яка передається транспортними засобами У ДОВКІЛЛЯ

Крупенін В.Л., Божко Е.А., Мугін О.О., Мягкохлеб К.Б.

УДК: 53.99.02

В.Л. Крупенін1 доктор техн. наук, Д.Ч. РАЕ

Е.А. Божко2 чл.-кор НАН України, доктор техн. наук,

О.О. Мугін1 канд. техн. наук,

К.Б. Мягкохлеб1 канд. техн. наук.1Федеральное державна бюджетна установа науки Інститут машинознавства ім. А.А. Благонравова Російської академії наук машинознавства РАН (Росія, м.Москва E-mail: [email protected])

2 Інститут проблем машинобудування ім. А. Н. Підгорного НАН України (м. Харків, E mail: [email protected])

ПРО ДЕЯКІ ПІДХОДИ До ЗНИЖЕННЯ вібрації, яка передається транспортними засобами У ДОВКІЛЛЯ

Розглядається проблема придушення вібрації, створюваної поїздами метрополітену. Зниження вібрації, що виникає при взаємодії залізниць та рейок в контакті "рейка-колесо" здійснюється за допомогою розміщення під верхньою будовою колії гідравлічних віброізолятори з внутрішніми інерційними елементами. Прогнозується посилення ефекту вібрації (на 6-30 дБ) при збереженні необхідної величини статичної жорсткості.

Considers the problem suppressing vibration caused by underground. Reduced vibration generated by the interaction of trains and rails in contact "rail-wheel" performed by placing a permanent way of hydraulic vibration isolators with inner inertial elements . Predicted enhancement of the effect of vibration isolation (by 6-30 dB) while maintaining the necessary amount of static stiffness.

Сучасну транспортну мережу у великих містах і мегаполісах неможливо уявити без найбільш доконаного виду масового транспорту - метрополітену, що дозволяє забезпечити найбільший провезення пасажирів. Зростання інтенсивності руху на лініях, їх більш інтенсивна завантаження і будівництво нових ліній метрополітену, призводять до необхідності врахування можливих впливів поїздів на навколишню забудову.

Будь-який вид транспорту, особливо рейковий є джерелом коливань, що передаються через грунтову середу на розташовані поблизу транспортних магістралей споруди і викликають їх вібрацію, яка позначається як на технічний стан будівель, так і на санітарно-гігієнічних умовах перебування в них людей. Тому останнім часом в нормативні документи вводяться все більш жорсткі норми на вібрацію і шум [1].

Відомо, що лінії метрополітену мілкого закладення є джерелом підвищеної вібрації, яка поширюється по грунту і передається на фундаменти будівель, розташованих в технічній зоні метрополітену [2]. Тому виникає необхідність зниження рівнів вібрації і структурного шуму в забудові, прилеглої до проектованих і споруджуваних лініях метрополітену.

В даній статті пропонується метод зниження вібрації, що виникає від руху складу через рейки на підставу (грунт) шляхом розміщення під верхньою будовою колії гідравлічних віброізолятори з внутрішніми інерційними елементами.

Мал. 1.Модель системи рухомого складу метрополітену

На рис. 1 представлена ​​модель системи рухомого складу метрополітену (на прикладі вагона рухомого складу), що складається з вагона 1, візки вагона 2, тунелю, шляху 3 і оброблення тунелю 4, що спирається на грунт 5.

Основним джерелом порушення вібрації є точка взаємодії коліс візка поїзда і рейок, з цього основне завдання - це зниження вібрації, що виникає при взаємодії рухомого складу і верхньої будови колії (рейок) в контакті "рейка-колесо" (рис. 2.) на станціях метрополітену і в тунелях, а також при їх подальшому поширенні по грунту і дії на розташовані поблизу наземні споруди.

Рис.2. Взаємодія рухомого складу та колії при русі: 1 - нерівності на поверхні кочення колеса; 2 - хвилеподібний знос на поверхні катання рейки

При розгляді даного завдання ми знаходимося в системі координат пов'язаних поїздом при сталим рівномірному русі поїзда в поздовжньому напрямку.

Застосовувані зараз шляху віброізоляції можна розділити на два класи:

1. Віброізоляція колеса (покриття гумою обода) рейкового транспорту (Великобританія, Німеччина)

2. Віброізоляція шляху (Росія, Україна, США, Японія).

У згадаємо запатентовану і застосовується в Росії так звану збірну гумову віброзахисні оболонку для верхньої будови колії зображену на рис. 3.

Мал. 3 Збірна гумова виброзащитная оболонка для верхньої будови колії.

Ця виброзащитная оболонка монтується на напівшпалки і поміщається в жорсткий короб з стеклофібробетона. У коробі розміщені і притиснуті до напівшпалки гумові опорний і бічні виброизолирующие елементи.

Дослідження, проведені Загальноросійським Громадським Об'єднанням "Тунельна асоціація Росії" [2], показали, що перевищення рівня вібрації на станціях метрополітену та в тунелях над санітарними нормами спостерігається в октавах з центральними частотами 16, 31,5 і 63 Гц. (Рис. 4.)

Р ис. 4.Спектри вертикальних віброприскорень коливань грунту в районі рейкової траси.

Зниження вібрації в смузі частот 16-67 Гц можна виконати застосуванням виброизоляторов з внутрішніми інерційних елементами [3]. Результатом є зниження динамічної жорсткості виброизолятора в певному заздалегідь заданому частотному діапазоні.

Зобразимо систему, наведену на (рис. 2) з додаванням на ділянці

п уть - підстава гідравлічного виброизолятора у вигляді еквівалентної механічної системи, використовуючи при розрахунках методи теорії ланцюгів, імпедансу і теорему Тевініна про еквівалентної системі [3-5] (рис. 6).

Мал. 5. Модель механічної системи з гідроопори.

Де: m 1 - маса вагона, m 2 - маса візка, β 1 - конструкційну демпфірування підвіски вагона, β 2 - конструкційну демпфірування підвіски візки, з 1 - жорсткість підвіски вигону, з 2 - жорсткість підвіски візки, b3- лінійне демпфірування виброизолятора, з 3 - жорсткість виброизолятора, m - маса інерційного трансформатора. х - переміщення верхньої будови колії, х 1 - переміщення грунту

Вагон рухомого складу з візком, у якому пружини і демпфери, встановлюється на рейковий шлях (верхня будова колії), що спирається на додатковий елемент - інерційний трансформатор з наведеної масою m. Збудлива сила F діє через масу m 31 (колесо) на масу m 32 (шлях). При деяких умовах настає розрив, тоді має місце ударні навантаження [6], які будемо висловлювати як взаємодія: тел з масами m 31 і m 32. У даній роботі розглядається завдання в нехтуванні ударами, облік зіткнень передбачається провести в наступних роботах.

Динамічна жорсткість розглянутого виброизолятора, на відміну від звичайного (у якого приведена маса m = 0) буде: (1)

де - частота, i - уявна одиниця, b3- лінійне демпфірування виброизолятора, з 3 - жорсткість виброизолятора, m - маса інерційного трансформатора.

На віброізолятор встановлені маси (вагона, візки і рейкового шляху). Сумарна динамічна жорсткість D c такої системи при дії на масу сили F складе

D c = D 0 + D 1 - (m 3 ), (2)

де D 0 - динамічна жорсткість об'єкта (вагона і візка), D 1 - сумарна динамічна жорсткість виброизолятора і підстави, ω - частота, m 32 - маса шляху.

Динамічна жорсткість об'єкта

(3)

- частота, i - уявна одиниця, з 1 - жорсткість підвіски вигону, з 2 - жорсткість підвіски візки, m 1 - маса вагона, m 2 - маса візка, β 1 - конструкційну демпфірування підвіски вагона, β 2 - конструкційну демпфірування підвіски візки.

Сумарна динамічна жорсткість виброизолятора і підстави:

(4)

де D - динамічна жорсткість виброизолятора, D f - динамічна жорсткість підстави.

Для визначення ефективності роботи виброизолятора введемо передавальну функцію F f

функцію по силі , Де F-сила, що виникає в контакті колесо-рейка; F f - сила, що діє на підставу.

І з передавальної функції, побудованої за допомогою формул (1) - (4), отримуємо коефіцієнт передачі . На рис. 6 наведені залежності коефіцієнтів передач від частоти.

Мал. 6. Залежності коефіцієнтів передач.

Порівняємо на рис. 6 криві коефіцієнтів передач для систем віброізоляції з віброізоляторами (налаштованого на частоту 31,5 (а) і 45 Гц (б)) з внутрішніми інерційних елементами (криві 3), звичайним віброізоляторами з наведеної масою m = 0 (криві 2) і без виброизолятора (криві 1).

З аналізу кривих рис. 6 видно, що резонансна частота системи з віброізоляторами з внутрішніми інерційних елементами буде перебувати на частоті нижчою (зміщується вліво), ніж у звичайній системи віброізоляції. Крім того, частота резонансу динамічної жорсткості виброизолятора з внутрішніми інерційних елементами збігається з частотою нуля коефіцієнта передачі.

Таким чином вібрації на частоті резонансу динамічної жорсткості гідроопори ні передані на підставу. Крім того існує діапазон частот біля якого коефіцієнт передач прагнути до мінімуму, що з одного боку дозволяє знизити вимоги до точності виготовлення гідроопори, а з іншого розширити смугу частот на яких гідроопори буде ефективно працювати.

У таблиці 1 наведено аналіз частотних залежностей коефіцієнта передачі виброизолятора з внутрішніми інерційних елементами, налаштованим на частоти 31,5 і 45 Гц.

Таблиця 1.

характеристика виброизолятора

Виброизолятор з внутрішніми інерційних елементами

Частота настройки, Гц

31,5

45

Зсув резонансного піку в бік більш низьких частот

спостерігається

спостерігається

Величина зниження вібрації на частоті настройки, дБ

6-14

6-12

Зниження вібрації в смузі частот в порівнянні зі звичайною віброізоляцією, Гц

12-45

12-65

Так само дана система може бути успішно застосована для віброзахисту колійного простору швидкісних поїздів типу «Червона стріла», «Сапсан» і т.д. при швидкостях руху 200 - 280 км / ч частоти максимальних віброприскорень переданих на грунт будуть наближатися до 130 Гц.

На рис. 7 представлена ​​експериментально отримана частотна залежність коефіцієнта передачі для виброизолятора (гідроопори) з використанням інерційності і демпфірування (при налаштуванні виброизолятора на частоту 130 Гц): 1 - білий шум (max), 2 - білий шум (min). Виброизолятор навантажували статичним навантаженням 700 кг. Випробування проводили на експериментальному стенді, який забезпечений електронно-вимірювальною системою, що дозволяє проводити вимірювання різних вібраційних характеристик процесу, в тому числі комплексної жорсткості і механічного імпедансу

Мал. 7 Частотна залежність коефіцієнта передач гідроопори

З аналізу кривих, представлених на рис. 7, видно, що ефект підвищеної віброізоляції спостерігається в смузі частот 115-135 Гц. Налаштування такого виброизолятора на частоту 45 Гц можлива шляхом зменшення товщини і збільшення числа проміжних камер, а також іншими змінами. Складність течії рідини в камерах вимагає, для отримання бажаного результату, додаткових теоретичних і експериментальних досліджень.

На малюнку 8. показані експериментально отримані спектри вертикальних віброприскорень коливань грунту при віброізоляції рейкової траси.

Р ис. 8. Спектри вертикальних віброприскорень коливань грунту в районі рейкової траси після установки виброизоляторов.

Аналіз рис. 5 і 8 показує, що ефективність віброзахисної оболонки за даними вимірів становить: 1. У октавной смузі 31,5 Гц: 6 дБ - на частоті 25 Гц; 18,3 дБ - на частоті 37,5 Гц. 2. У октавной смузі 63 Гц: 22,5 дБ - на частоті 50 Гц; 30,7 дБ - на частоті 66,7 Гц.

Отримані результати свідчать про посилення ефекту віброізоляції шляху за допомогою виброизоляторов з внутрішніми інерційних елементами забезпечує посилення ефекту віброізоляції в смузі частот 16-67 Гц. на 6 - 30,7 дБ при збереженні необхідної величини статичної жорсткості і, отже, стійкості об'єктів при установці їх на віброізолятори.

На динаміку подібних систем великий вплив можуть надати зіткнення елементів конструкцій [6] Облік цих факторів буде проведено в подальших роботах.

На закінчення зробимо кілька принципових зауважень.

1. Необхідність звернення до подібних завдань диктується, насамперед, тією обставиною, що захист будівель і споруд в містах від руйнування, викликаного впливом шкідливих впливів вібрацій набуває особливої ​​актуальності з ростом швидкостей і інтенсивністю руху

2. Вібрації, що передаються через грунт на конструкції будівель, сприймаються як неприємні низькочастотні коливання, що погіршують самопочуття людей і роботу прецизійних приладів, або як турбує шум (гул).

3. Запропоновані моделі дозволяють також досліджувати і вібрації виникають від руху наземного рейкового транспорту.

Робота виконана за підтримки Російського фонду фундаментальних досліджень (проект № 13-08-90419 Укр_ф_а) і Державного фонду фундаментальних досліджень України (проект № Ф53.7 / 038).

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. СНиП 23-03-2003. Захист від шуму. М .: Держбуд Россия, 2003.

2. Комплекс нормативних документів з оцінки шуму і вібрації від метрополітена.Сб. нормативних документів МГО "Тунельна асоціація". М .: Тімре, 1998..

3. Гордєєв Б.А., Єрофєєв В.І., Синьов О.В., Мугін О.О. Системи віброзахисту з використанням інерційності і дисипації реологічних середовищ. М .: Физматлит, 2004. 176 с.

4. Сиріл М. Харріс, Чарльз І. Крід. Довідник по ударних навантаженнях. Л .: Суднобудування, 1980.360 с.

5. Обморшев А.Н. Введення в теорію коливань. М .: Наука, 1965. 276 с.

6. Vladimir I. Babitsky, Vitaly L. Krupenin Vibration of Strongly Nolinear Discontinuous Systems . Berlin. Springer, 2001 380 c.

бібліографічна посилання

Крупенін В.Л., Божко Е.А., Мугін О.О., Мягкохлеб К.Б. ПРО ДЕЯКІ ПІДХОДИ До ЗНИЖЕННЯ вібрації, яка передається транспортними засобами У ДОВКІЛЛЯ // Науковий електронний архів.
URL: http://econf.rae.ru/article/7862 (Дата звернення: 14.07.2019).

КОМЕНТАРІ До ПУБЛІКАЦІЇ - 1

Judithkaf

10:22 8 лютого 2017

wh0cd983026 purchase retin a micro arimidex tamoxifen canadian pharmacy viagra tetracycline 500

Додати коментар