文摘
有轨电车系统是城市公共交通的骨干萨格勒布。在过去的十年中,其舰队已经更新到142年新低价地板有轨电车。后不久,他们的介绍,发现他们对有轨电车的剥削行为有负面影响基础设施,主要是铁路紧固系统的耐久性。正因为如此,它是决定修改现有铁路紧固系统的新的跟踪开发条件。当电车(重新)建设的基础设施是由应用新系统和技术,有必要考虑它们对未来的影响的传播环境中的噪音和振动。本文简要地概述一下两个新开发的铁路紧固系统的特点对萨格勒布电车轨道,他们的应用程序在实验建设跟踪部分,和性能和噪音和振动测量结果的比较。测量数据追踪的过程中产生的振动和噪音方面分析了有轨电车车辆跟踪衰减率和等效传递参照车辆的噪音水平。声振新紧固系统性能的评价和比较参照紧固系统,为了研究电车操作引起的吸收振动能量的能力,降低噪声排放。
1。介绍
有轨电车系统是城市公共交通的骨干萨格勒布。它由超过116公里的电车轨道,每天使用180辆有轨电车车辆。在过去的十年中,系统经理萨格勒布电动有轨电车(ZET)有限公司重新舰队通过购买142架新低价地板有轨电车TMK 2200年由CROTRAM财团。另一个28层有轨电车从那时起一直委托相同的财团。引入新的低价地板有轨电车后不久,就发现这个舰队现代化增加了对其他组件的开发要求的有轨电车的基础设施,即供电系统和跟踪上层建筑。
关于对跟踪的影响上层建筑,新车型引进的主要后果已经增加加载力,改变负载分配和改变轮轨几何接触表面。这是因为新低价地板有轨电车更重(平均60%),重心不同位置和不同轮资料比较旧的(1]。剥削电车轨道参数的变化导致更频繁的铁路紧固系统故障,这反映在增加铁路穿和加速轨道几何退化。市长等事件的车辆更新,轨道结构参数必须被评估2,3和修改。因此,ZET有限公司决定调整现有铁路紧固系统新的跟踪开发条件。这是通过技术合作与萨格勒布大学土木工程学院,考虑到丰富的经验和专业知识在设计和监督的铁路和电车轨道结构。通过类似的合作,已经有几个成功的设计基本的电车轨道上层建筑变化以达到更好的声振性能和耐用性,也就是说,在紧张的曲线(4),在繁忙的十字路口(5)和跟踪建造在地下车库结构(6]。除了声学特性,主要问题在设计一个合适的紧固系统振动和冲击载荷是由于运行表面不连续,这发生在开关和口岸(7,8]。
在开发任何新铁路系统、计算、建模、和测试新系统各个组件的材料,和系统作为一个整体,不能满足其直接应用在日常工程实践。因此决定进行新的紧固系统开发行为的监控。这是由试车跑道的建设部分内置新的紧固系统(9]。,下面的连续和周期测量:(我)视觉检查跟踪上层建筑。(2)测量跟踪和焊缝几何。(3)测量的压力和紧张的钢筋混凝土基础底板。(iv)测量跟踪动态属性(即。、振动阻尼)。
在城市地区,由于电车轨道之间的距离和住宅建筑,从的角度来看周围的居民也电用户,铁路交通噪声和振动的问题尤其明显。因此,如果电车(重新)建设的基础设施是由应用新系统和技术,有必要考虑它们对未来的影响的传播环境中的噪音和振动。本文简要地概述一下两个新开发的铁路紧固系统的特点对萨格勒布电车轨道,他们的应用程序在试车跑道建设部分,和性能和噪音和振动测量结果的比较。铁路振动数据发生在有轨电车车辆将演示通过跟踪实验结构吸收震动的能力,从而防止其传播环境中。大是铁路紧固系统的能力来有效地减弱铁路振动诱导通过有轨电车车辆,小的振动与噪声的传播环境。
2。新的铁路紧固系统的发展和特征
铁路紧固系统的主要作用是rails的定位和修复,将车辆荷载从rails跟踪子结构。一般来说,紧固系统的类型和特点选择取决于所需的弹性,负荷计划,和类型的铁路。在萨格勒布电车轨道的重要组成部分,槽rails是小心翼翼地放在平整层,微合成制成的混凝土,钢筋混凝土板。校平层支持之间的距离是1米的电车轧制方向。Rails是固定的,由几种不同类型的紧固系统(这些块7),主要由(我)直接弹性紧固系统ZG 3/2(图1(一))与140 MN / m刚度,发达国家在1980年代,仍然使用大约20%的网络;(2)间接弹性紧固系统与降低刚度PPE(图1 (b))和50 MN / m刚度,发达国家在1990年代为了增加电车轨道寿命和大约10%的网络上使用;(3)间接弹性紧固系统德普(图1 (c))与40 MN / m刚度,发达国家为了解决其前辈的基本缺陷和大约50%的网络上使用。
(一)ZG 3/2紧固系统
(b) PPE紧固系统
(c)德普紧固系统
通过减少紧固系统刚度、车辆负载转移到更多的轴承(支持)。这降低了单个轴承的压力和载荷增量的速度,延长轴承和rails的生活。减少刚度也降低了rails的频率,这反映出积极的整体建设轨道上,减少有轨电车交通噪音和振动。然而,上述弹性紧固系统间接反映国家的艺术和要求的剥削行为跟踪从1990年代开始的,也不符合今天的高度复杂的开发需求在萨格勒布的电车轨道:(我)大电车交通量(个人部分萨格勒布的电车轨道,货运量1500万吨/年),(2)车辆通过高频率(汽车频率小于90秒车辆之间个人部分),(3)高轮载荷层有轨电车每轮(超过3.5吨),(iv)严格的公差对于窄,1000毫米计,轨道几何。
基于上述要求,在过去的几年里,教员为新紧固系统开发了五个不同的概念。他们两个,工作头衔21-CTT(经典的电车轨道)(这个名字被选中,是因为系统的结构升级现有的间接弹性系统)和21-STT(板电车轨道),选择了进一步发展。他们的特点、生产要求和安装方法最佳匹配以前的经验在萨格勒布电车轨道的建设和维护。
21-CTT系统(图2(一个))把rails小心翼翼地放在平整层,制成的微型合成混凝土,钢筋混凝土板(图3)。支持之间的距离是1米的电车轧制方向。铁路脚是由氯丁橡胶垫放在肋钢板,放置在平整层。确保各个组件的耐久性和减轻安装施工和拆除重建,肋钢板背面安装,通过硫化过程中,弹性垫。紧凑的元素的硫化过程使生产电气隔离,从其他组件(锚),但也提供了额外的整个弹性紧固系统。
(一)21-CTT紧固系统
(b) 21-STT紧固系统
21-STT系统(图2 (b)有轨电车)代表一个全新的解决方案跟踪上层建筑施工在克罗地亚。过去系统的主要优点是,校平层(这是很难构造)被两块预制混凝土枕木放在钢筋混凝土基础板,1米(图4)。上部构造钢筋混凝土板后跟踪调整水平和垂直对齐。弹性紧固系统,这是一个直接与铁路之间的一个弹性垫的脚和块枕木。
3所示。试车跑道建设部分
为了确定开发特点的新开发的电车轨道固定系统和获得详细的了解它的元素的行为和轨道结构作为一个整体,在2014年春天一个计划和程序的测试跟踪采用分段施工和监测在Savska街。说跟踪部分,根据跟踪维修计划,计划重建由于其恶化。研究的目的,部分是分为三个部分。第一小节是设计作为参考和使用标准PPE紧固系统重建。第二个重建的分段是配备了一个21-CTT紧固系统,第三是重建21-STT系统(图5)。
(一)测试跟踪部分布局
(b)测试跟踪部分纵切面
数据6- - - - - -8显示一个简短photodocumentation整个测试跟踪分段施工。它包括以下阶段:拆除现有的跟踪(图6(一)),建设新机械压实层(图6 (b)),建造新的钢筋混凝土板(图6 (c)),与紧固件和铁路建设轴承安装(图7),嵌入预制混凝土板(图的追踪8(一个)rails)和密封之间的伸缩缝和盖板(图8 (b)),电车轨道,完成和正在铺预制的混凝土板,在服务(图9)。
(一)拆除现有的电车轨道
(b)建设新机械压实的基础层
(c)合适的应变仪面板钢筋(左),铸造新的钢筋混凝土板(右)
(a)的建设水准层与PPE紧固件和铁路安装
(b)的建设水准层21-CTT紧固件和轨道安装
(c)定位21-STT紧固件的枕木,轨道安装,上层板的建设
(一)
(b)
在施工阶段,所有三个测试跟踪部分配备必要元素进行连续跟踪开发期间和周期测量。为了测量压力和紧张的钢筋混凝土基础底板,相对变形(应变)传感器在混凝土板(图已建成6 (c))。为目的的视觉检查轴承安装和紧固系统也便于访问和铁路振动的加速度计测量,修改轴被修建在预制混凝土板。
4所示。噪音和振动测量
噪音和振动的主要来源在铁轨上机车和电力汽车的推进噪音来自发动机、气动噪声发生在非常高的训练速度,和轮轨相互作用。后者是主要的噪声和振动源在城市轨道交通中,车辆速度不够高的考虑气动噪声(12]。
当车辆在轨道上运行,他们的体重加上表面运行的动态力量造成违规行为导致振荡,即振动的铁路车辆和轨道建设。在高频率(100 - 5000赫兹),这些振动的能量是通过空气传播的声波的形式(噪音)。低频振动(0 - 100 Hz)从rails传播到较低的部分轨道结构和周围的土壤13]。
通过铁路噪声振动的贡献是一个重要的组成部分,滚动噪声5 kHz [14]。确定了影响跟踪噪声性能的一个主要因素是铁路上的振动衰减率作为激发点的距离的函数(15),称为轨道衰变率以dB / m。即部分铁路振动时间越长,更对环境噪音排放。如果沿着铁路钢轨振动迅速衰减,衰减率高,少噪音排放。这个参数通常是用来描述声铁轨来的行为(我)评估跟踪方面影响铁路车辆发出的噪音水平旁通测试期间根据EN ISO 3095 (11),(2)确定动态参数分离的噪声源(16),(3)确定车辆的总有效粗糙度测试轨道上(17),(iv)评估应用振动衰减设备(即。、铁路阻尼器)18),(v)优化和调整轨阻尼器(19,20.]。
在试车跑道Savska街,噪音和振动测量有轨电车交通负荷。测量都是在所有三个测试部分进行参照车辆,也就是说,电车TMK 2200(图类型11),旁通。旁通噪音和振动测量进行恒速下30公里/小时的空电车,车库数量TMK 2266(图13)。这种测量设置为了建立统一使用激发的噪声和振动实验和测量跟踪方面贡献等价的噪音水平。即通过使用卸载有轨电车与已知的特征图13恒速下,油门条件、轮粗糙度条件下,等等,这是推测等效测量噪声水平的差异在不同的测试跟踪部分跟踪声振特性完全相关。测量在夜间进行,为了消除周边道路交通噪声的影响,使得整体噪声水平白天的重大贡献。
加速度计一直定位在每个测试跟踪分段尊重钢轨焊缝的最小距离5米,从轨道伸缩缝根据40米17]。基于先前的研究在这些电车轨道部分(9],它建立了实质性的长度对振动和噪声测量的两倍距离麦克风和加速度计,每侧沿轨道。这加起来10米长跟踪测量部分(5每个麦克风和加速度计的位置)在每个调查电车轨道分段结构。
在缺乏相关规定通过有轨电车车辆的噪音水平以及振动的电车轨道负责噪音的产生,欧洲标准中建议规定佣金(欧盟)数量1304/2014,互操作性的技术规范相关子系统“滚动stock-noise”[21),已经被使用。即,旁通型噪声测量的监管规定使用EN ISO 3095:2013标准(11]。它可以适应噪声测量的有轨电车车辆与某些偏差与麦克风的电车速度和距离跟踪轴。提到标准规定的测量两个铁路轨道参数,以评估跟踪方面贡献整体噪声水平测量在一个典型的旁通测试。这些标准都与铁表面粗糙度,HRN EN 15610:2009 [22),跟踪动态属性,HRN EN 15461:2011 [10]。铁路测量表面粗糙度没有因为新建实验跟踪部分有相同的rails安装在所有三个部分,他们暴露在相同的操作条件;因此,rails假定为同样光滑/粗糙的时间进行测量。
参数描述轨道振动振幅的衰减(图10)被称为跟踪衰变率(TDR)。轨道衰变速率在纵向和横向对钢轨截面确定根据(10)通过使用仪器的锤是激励的力量。衰变速率可以使用车辆旁通或者被测量和记录时间信号的振动垂直和横向方向。这种方法已经进行了广泛的调查标准轨道结构和转基因植株在[23- - - - - -27]。它提出了包含在未来版本的欧洲标准作为确定轨道衰变率的替代方法,目前出版岑技术报告(17]。这种方法被选中进行衰变率的值由于几个实用的原因,包括测试部分(我)较短的测量过程(测量与旁通同时进行噪声测量使用相同的多通道数据采集设备),(2)测量实际的加载条件下执行的跟踪(动态有轨电车车辆负荷下),(3)测量数据的一致性比的测量使用标准化的方法(10),(iv)少所需设备进行测量(不需要仪器锤振动诱导通过车),(v)避免交通关闭和中断电车车道(测量使用锤冲击方法需要2小时左右正轨的时间,这将导致部分交通关闭或很多测量中断由于通过铁路和公路车辆试验场地),(vi)为运营商创造更安全的环境中进行测量(除了解决铁路的加速度计,测量可以从安全距离,远离铁路和公路车辆通过的测试部分)。
4.1。振动测量设置
振动测量与动态跟踪性能测量轨脚和轨头为了记录加速度垂直和横向方向。在铁路进行振动测量截面,某些偏离[描述的过程10,17)根据加速度计的定位和修复铁路。即,测量位置在横向方向上不得不搬到铁路网络的中心而不是轨头,所述的标准,由于跟踪嵌在车道与公路车辆(铺节中描述钢筋混凝土板3)。出于这个原因,小修改轴安装施工的跟踪,提供访问铁脚和铁路网络加速器定位。轨头外端必须密封,以创建一个gap-less道路车辆,表面图14规定,从而无法解决第三个加速度计。
压电加速度计用于进行度量单一定向Bruel Kjær, 4508 b型单位,100 mV / G的敏感性。他们是通过磁铁固定在铁路,与数据采集单元。
4.2。噪声测量设置
依照[噪声进行测量11]exeption旁通的速度被限制在30公里/小时(在正常操作条件对有轨电车网络在萨格勒布)和麦克风的距离跟踪轴。2.5米的距离跟踪轴已被选为了减少环境的影响(反射和吸收表面)时影响噪声传播如果标准化轴麦克风已经使用7.5米的距离,图12。
(一)
(b)
(c)
进行噪声测量麦克风Bruel和Kjær(4189型)能够记录声压的频率范围从6.3赫兹到20 kHz已经使用。麦克风风警卫队已经使用为了消除风阵风的影响通过有轨电车车辆,人物15。
(一)
(b)
(c)
4.3。数据采集
成功的决心的等效噪声水平和跟踪衰减率,测量数量必须包括(我)铁路加速度-时间记录(米/秒2),(2)时间记录的声压级(Pa),(3)车旁通时间:[s],(iv)车辆速度,(米/秒)。
数据采集的振动和声压进行了使用Bruel和Kjær脉冲分析仪使用三个输入通道:两个振动和一个用于声压。数据已经获得使用16.384 kHz的采样频率。噪音也被测量使用Bruel和Kjær声级计2270作为参考,图13。
5。数据处理和分析
所有收集的振动和声压时间信号首先必须分析在时域识别车辆轴位置。与已知的电车几何和阿克塞尔位置(图11),具体车辆速度和旁通时间可以推导出基于axel位置确定从原始加速度信号在垂直方向(图16)。所有的振动和噪音水平在频域分析和提出了在三分之一倍频带的中心频率之间= 100赫兹和= 5000 Hz。
5.1。振动分析和跟踪衰变率的决心
确定轨道衰变速率的铁路加速度的时间信号,能量迭代方法是适用的。即通过铁路振动衰减可以估计每轮,通过拟合斜率的曲线衰减振动信号从每个轮子通过测量位置(28]。邻近的轮子必须消除的影响以达到类似的结果与标准方法(10]。考虑能量迭代方法的影响和消除邻近车轮通过2到5步的迭代。
基本假设是,衰减指数从振动水平= 0,振动激发的地步(电车轮): 沿着铁路提出了振动幅度,在轮轨接触了振幅,是振动的衰减指数。
根据(1),可以给出衰变率 热带病研究和培训特别规划可以来源于比率。这是综合振动能量超过长度的比值,包括整车旁通()和集成振动能量在短的距离观察到的轮()。确定车辆的两个axels之间最短的距离就是在这种情况下等于1.8米。观察振动轮周围的长度−0.9米+ 0.9米的轮位置,图17: 在哪里 右边的近似足够大的上面的公式是有效的例如,有轨电车的长度。
的数量和可以直接从测量加速度信号。传感器时间信号通过第三倍频带通过过滤器的过滤时间信号从100赫兹到5000赫兹。然后,对于每个频带,集成方振动/每轮/长度决定,为整个旁通。使用公式(3),(4)和(5)的振动能量比确定每个第三倍频带(17]。
时间间隔相对应的长度主要是振动的能量包含一个轮子,但邻近的轮子也导致能级,尤其是车轮在同一转向架。因此决定略短于一个转向架上的axels之间最短的距离(1.8米),以避免能量重叠。
从(2)和(3)跟踪衰变率可以确定 消除邻近轮子的影响,使用迭代过程如下(17]:(我)一个公式估算的衰减指数()在每个频带的频率是基于公式(3),类似于公式(5)。振动的能量比例决定整个火车旁通如公式(3),乘以,在那里轴和吗加权系数: 一个估计的初始衰减指数开始()获得。这个初始条件假定每个车轮的振动能量传递一半来自其他轮子。(2)然后随后的迭代计算,直到腐烂指数稳定在0.5分贝,这通常是四个迭代步骤后取得了吗= 2 在哪里当前轮之间的距离吗和另一个轮子。
权重系数代表一个贡献值的平方之和的车轮,从每个轮子,然后累加所有轮子。如果衰减指数大,相邻的轮子的影响很小快速收敛于=。如果衰减很小,变得更大。充分融合通常是实现在五个步骤(17),图18。
使用这种方法,衰减率在所有三个测试部分已经确定在垂直和横向方向。结果显示平均轨道衰变率的值(TDR) 3电车旁通。
它可以看到从图19垂直轨道衰变速率非常类似低频段的三个测试部分。从1000赫兹到5000赫兹频率范围更好的性能的振动衰减是通过21-CTT紧固系统。21-STT紧固系统具有最低的热带病研究和培训特别规划值,也就是说,少振动衰减由于其建筑只有一个弹性under-rail垫和整体硬板式轨道结构。不过,所有这三个测试轨道结构满足标准规定的下限,在纵向和横向的方向。
横向追踪衰变速率(图20.)明显高于限额值自铁路嵌入和密封在一个共享运行公路车辆表面,如部分所述3。
5.2。有轨电车旁通噪音
随着欧洲提出的标准(11),时间记录的声压信号在电车TMK 2266旁通被表示为在分贝声压级参考价值= 20μPa: 时间信号声压水平必须记录在最小长度这对应于至少10 dB的水平低于声压水平前和后的车辆(图21)。
测量时间间隔对应于总电长度用于计算等效过往车辆的声压级()根据 在哪里是在dB三等效连续声压级;测量时间间隔的年代;是三瞬时声压在运行时间在巴勒斯坦权力机构;和是参考声压(= 20μPa)。
在每个测试记录声压水平的2旁通分段记录了有轨电车TMK 2266旁通在30公里/小时,平均价值表示为最后的等效噪声级,表1。
可以观察到相同的参照车辆在恒定的速度30 km / h发出不同的噪音水平在不同跟踪部分。最低噪音记录21-CTT测试部分,也对应于最高跟踪衰变率的测量。在参考测试区,PPE,噪音水平最高记录(3.6 dB高于21-CTT和1.6 dB高于21-STT小节)。
为了评估轨旁贡献的影响相当于过往车辆的噪音水平测试部分,光谱的噪声水平进行了分析与追踪衰变速率相同的频率范围,100赫兹到5000赫兹,1/3倍频程带图22。垂直衰变率被选中作进一步分析,自认为水平衰变率较高是由于铁路被嵌入到路面和噪声排放有低得多的影响。可以清楚地观察到有轨电车旁通30 km / h发出噪音水平最高的500赫兹到1000赫兹频率范围。已经注意到,有一个更低的噪音水平和更高的轨道衰减率之间的相关性在所有三个部分,尤其是在1000赫兹到3150赫兹频率范围。在这个范围内,轨道衰变率最高的价值观显然有助于最低噪音21-CTT分段。这表明更高的衰变率的跟踪还有助于降低噪音的汽车旁通虽然EN ISO 3095的要求(11满足所有部分,图22。因为滚动噪声并不是唯一因素整体噪声水平,发动机噪声和其他噪声来源也会影响等效噪声级部分的区别。
6。结论
由于高流量负载,电车轨道在萨格勒布是暴露于高应力;他们迅速退化和恶化。回答的有轨电车交通运行条件和优化维护程序,两个新的铁路紧固系统解决方案的研发,名叫21-CTT 21-STT系统。开发新系统的主要目标是开发一个有轨电车轨道结构将快速而简单的构造,利用寿命更长,易于维护,具有良好的开发特点。剥削的特点开发系统进行了测试电车轨道并与参考轨道用常用的PPE紧固系统。表2给出了总结调查跟踪结构的特点。
测试分段和建设的经验中得到的测量结果导致了以下结论:(我)21-CTT代表升级现有的铁路连接解决方案。为其创建、标准轨道材料和元素。由于其连续生产,这个系统可以构建市场价格要低得多。硫化的某些部位的紧固系统,有轨电车轨道是孤立和抗杂散电流的发生。(2)21-STT建设有轨电车的轨道是一个新的概念结构在克罗地亚。它的特点是非常高阻和低变形交通负荷通过轨道结构和良好的应力分布。使用标准的元素是由传统的铁轨,安装快速、简单,维护容易。(3)通过测量轨道的振动测试结构和比较他们引用值记录在参考PPE分段,发现有一个增加的总体水平振动对分段21-STT(轨道结构由于刚度越大),和小分段21-CTT减少振动水平测试。(iv)在赛道上的振动噪声衰减的影响已经被确定观察追踪衰变率。这三个测试跟踪部分规定的标准内的值。是观察到的两个新系统具有更好的减振能力在更高的频率,他们低噪声排放方面表现很好。(v)测量轨道衰变率的结果已经证实电车旁通噪声的测量。在参考测试跟踪分段,PPE,噪音水平最高记录(3.6 dB高于21-CTT和1.6 dB高于21-STT小节)。(vi)21-CTT使商业成本效益的替代现有的铁路连接解决方案,同时满足所有需求的现代有轨电车轨道结构。这样一个系统的最优解是有轨电车上层建筑重建。(七)21-STT是最佳的选择,新建设和重建现有的电车轨道,当(重新)建设项目预计建设新的跟踪子结构。
相互竞争的利益
作者宣称没有利益冲突。
确认
这项工作是支持的科学、教育、体育克罗地亚共和国框架内的科学项目“噪音和振动有轨电车和铁路”(批准号082-0000000-2185)。作者还想ZG控股d.o.o表示诚挚的感谢。、ZET Edilon) (Sedra HmbH,混凝土Lučko d.o.o。DIV组织d.o.o Gumiimpex-GRP d。,Georad d.o.o。,和PGP d.o.o. for the financial and technological support given to this study.