Расчет шумовых характеристик потоков железнодорожного транспорта

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].

• 2.    АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЭКВИВАЛЕНТНЫХ УРОВНЕЙ ШУМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Эквивалентный уровень звука Lⁱ _Aeq 25 шума, создаваемого отдельными поездами i - ой категории на расстоянии 25 м от оси ближнего магистрального железнодорожного пути, рассчитывают по формулам:

для пассажирских поездов (категория 1)

L^X Aeq 25 = 25,31g v i + 10 1g J arctg I -25 1- + 33,3 , (1)

для грузовых поездов (категория 2)

L

-Aq, 25 = ^{20,4 1}g v 2 ⁺ 1°lg * arctg [ 57 Ь ^{+ 46} , (2)

V 25 )

для электропоездов (категория 3)

L

'Aeq 25 = ^28,9 lg v 3 ⁺ 101g * arctg [     |- + ²⁸ ,(3)

V 25 )

для высокоскоростных поездов (категория 4)

Aeq 25

- 41,11g v 4 + 101g *

" ¹²,3 , (4)

где v i — скорость движения поезда i-ой категории, км/ч;

l _i – длина поезда i-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-

ЬДБА

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 Li Aeq,1h,l потока поездов i-ой категории, прошедших по рассматриваемому участку пути в течение l-го часа, рассчитывают по формуле сматриваемому участку пути в течение l-го часа, определяется по формуле n    0,1Li

La; 25,1 h , , = 10lg £ 10      Aeq ^25,1 h ■ V (6)

i = 1

Эквивалентный уровень звука LAeq25,k за время оценки (16 ч днем и 8 ч ночью) рассчитывают по формуле nk      0 1L

L a.., 25, . = 101g;¹ £ t , 10 ■ ^{Aeq 25,1} ‘ ■ l , (7)

T k l = 1

где T_k – время оценки, ч, принимаемое равным

16 ч ( n_k = 16) для дня и 8 ч ( n_k = 8) для ночи;

t_l = 1 ч.

• 3.    АНАЛИТИЧЕСКИЕ ЗАВИСИМОСТИ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МАКСИМАЛЬНЫХ УРОВНЕЙ ШУМА ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОГО ТРАНСПОРТА

Максимальный уровень звука LiAмакс25 шума, создаваемого поездами различных категорий на расстоянии 25 м от оси крайней полосы движения, рассчитывают по формулам для пассажирских поездов (категория 1)

A max 25

— 241g v 1 + 10lg «

+ 41,2 , (8)

для грузовых поездов (категория 2)

A max 25

- 15lg v ₂ + 10lg «

+ 59,9 , (9)

для электропоездов (категория 3)

A max 25

- 27,5lg v з + 10lg «

+ 36,2 ,(10)

для высокоскоростных поездов (категория 4)

A max 25

- 45,1lg v 4 + 10lg «

~m ,(11)

где v_i, l_i 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 x_j = 10lgv_j и y_j = L A max25 "  ¹⁰Xg V ^arctg ( l j ^/50 )/ ⁽²⁵ ^ ) } , j = 1,^, П

( n_i – число испытанных поездов i -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 l с равномерным распределением вдоль l 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

L A max25, k ^— max i { L A max25 ^} , ⁽¹²⁾ где Lⁱ _A max 25 – максимальный уровень звука от поездов i -ой категории, дБ А .

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	Относительная частотная характеристика, дБ, при 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