XVIII Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2026

Активное развитие железнодорожной сетиприводит к обострению экологических проблем, среди которых акустическое загрязнение и вибрационное воздействие занимают одно из первых мест.Шум и вибрация не только ухудшают качество жизни населения, но и вызывают медленные разрушения инфраструктуры, снижают комфорт и здоровье пассажиров, ограничивают скорость движения в городских условиях.В связи с этим разработка и внедрение эффективных технологий снижения шумовой и вибрационной нагрузки является важной задачей.

При прогнозировании передаваемой через грунт вибрации и шума следует учитывать, что характеристики источника, пути распространения и объекта воздействия зависят от многих факторов, одни из которых более существенны, чем другие.Основным источником шума и вибрации является взаимодействиенеровности поверхностей катания колес и рельсов. Случайные неровности в зоне контакта рельса с колесом вызывают возбуждение. Такие неровности появляются изначально в процессе изготовления, поэтому при приёме в эксплуатацию состояние колес и путей должно быть подвергнуто контролю. Однако это не может защитить от появления неровностей в процессе эксплуатации. Помимо этого на поверхностях катания колес и рельсов могут появляться более грубые дефекты, возникающие при эксплуатации транспортных средств и пути. Наиболее серьёзные дефекты рельсов связаны с выбоинами. Выбоины могут присутствовать на поверхности катания колес, для которых, кроме того, характерны такие дефекты, как овальность формы, дисбаланс и эксцентриситет. Со временем дефекты накапливаются,если рельсы не обеспечены своевременным и должным техническим уходом. Разрывы рельсового пути вызывают появление ударов. Если длины стыкующихся или сварных рельсов равны расстоянию между тележками вагонов, уровень вибрации может существенно возрасти.

Также значительный вклад в шумовую и вибрационную нагрузку вносят элементы подвижного состава. К ним относятся колёсные пары, буксы, тележки, рессорное подвешивание и кузов вагона или локомотива. Неуравновешенность вращающихся масс, износ подшипников, дефекты рессорного подвешивания и ударные взаимодействия элементов тележки приводят к возникновению вибраций, которые распространяются по конструкции и уходят в окружающую среду в виде шума.

Аэродинамический шум становится значимым источником при движении поездов на высоких скоростях. Он возникает вследствие обтекания кузова поезда воздушным потоком, турбулентных вихрей в районе тележек, между вагонных соединений, токоприёмников и других выступающих элементов. С увеличением скорости движения доля аэродинамического шума существенно возрастает и может превосходить шумы, связанные с контактом колеса и рельса.

Конструктивные методы снижения шума и вибраций на железной дороге представляют собой совокупность инженерных решений, которые закладываются на стадии проектирования и модернизации элементов инфраструктуры и подвижного состава.

Применение бесстыкового пути снижает ударные нагрузки, возникающие в зоне стыков рельсов, что приводит к уменьшению вибраций и структурного шума. Использование рельсов повышенной массы и оптимального профиля способствует снижению динамических напряжений. Шлифование рельсов для снижения шума качения, вызванного волнообразным износом рельсов, выполняемая специальными машинами для удаления дефектов поверхности. Процесс включает профильное шлифование (восстановление геометрии головки рельса) и специальное шлифование (устранение дефектов и волнообразности). Устанавливают вибродемпфирующие эластомерные пластины на шейку рельса, которые гасят вибрационные колебания и не допускают резонанса. Они могут быть установлены как с внутренней, так и с внешней стороны рельса. 

Существенное значение имеют методы, связанные с конструкцией подвижного состава.Конструирование малошумящих колёс с упругими промежуточными элементами, которые снижают уровень вибрации в рельсах в частном диапазоне около 1 кГц и повышают уровень вибраций в колёсах в диапазоне 1,6–4 кГц. Монтаж звукоизоляции в обшивке вагонов с использованием параболических экранирующих акустических панелей, которые устанавливают с торцов каждой колёсной пары и у колёс с двух сторон тележек вагона по направлению и против направления движения. Это снижает интенсивность излучаемых в окружающее пространство звуковых волн.Разработка виброзащитного сиденья для снижения общей вибрации на рабочем месте машиниста. В сиденье заданный статический прогиб осуществляется двумя рассчитанными пружинами, работающими на сжатие, а внесение потерь на резонансных частотах — резиновым элементом, работающим на кручение.

Отдельное направление составляют конструктивные меры по ограничению распространения шума и вибраций. Сооружения в виде вертикальных или наклонных протяжённых искусственных преград, земляных насыпей, выемок, галерей, которые устанавливают вдоль железных дорог на пути распространения шума транспортного потока к защищаемому объекту, а также специальные конструкции мостов и эстакад с демпфирующими и виброизолирующими элементами. Эти решения особенно актуальны при прохождении железных дорог вблизи жилой застройки.

Мониторинг шума и вибраций на железной дороге является важным элементом системы управления воздействием железнодорожного транспорта на окружающую среду и инфраструктуру. Он позволяет не только фиксировать текущие уровни шумовой и вибрационной нагрузки, но и выявлять причины их возникновения, прогнозировать негативные последствия и принимать обоснованные технические решения по их снижению. Для сбора данных вдоль путей и у жилых домов устанавливают стационарные автоматические станции, которые круглосуточно записывают уровень шума и вибрации. Главную роль играют датчики или специальные вагоны. Они с помощью лазеров и чувствительных сенсоров фиксируют неровности рельсов, износ колёс. Одновременно проводится вибрационный мониторинг, направленный на регистрацию колебаний пути, грунта и прилегающих сооружений. С этой целью используются вибродатчики и акселерометры, размещаемые на рельсах, шпалах, балластном слое, а также в зданиях, находящихся недалеко от железной дороги.Современные системы мониторинга все чаще основываются на автоматизированных и цифровых технологиях.После получения данныхинформация передаётся в диспетчерские и аналитические центры. А дальше производится анализ результатов и принятие корректирующих мер. На основе данных измерений разрабатываются мероприятия по снижению шума и вибраций.

Снижение шума и вибрационной нагрузки является важной и комплексной задачей, требующей сочетаниятехнологических, конструктивных и эксплуатационных решений. Современные технологиипозволяют существенно уменьшить негативное воздействие шума и вибраций, повысить надёжность и долговечность технических систем, а также улучшить условия труда. Дальнейшее развитие данного направления связано с внедрением новых материалов и цифровых технологий.

Список литературы

1. Иванов Н.И. Инженерная акустика. Теория и практика борьбы с шумом [Электронный ресурс]: учебник/ Иванов Н.И.— Электрон. текстовые данные.— М.: Логос, 2013;

2. Справочник проектировщика. Защита от шума. Под ред. Е.Я.Юдина. – М.: Стройиздат, 1974;

3. Иванов Н.И., Куклин Д.А. Проблема шума железнодорожного транспорта и пути её решения. Сборник трудов III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Защита населения от повышенного шумового воздействия», СПб, 22-24 марта, 2011;

4. ГОСТ Р 54933-2012. Шум. Методы расчета уровней внешнего шума, излучаемого железнодорожным транспортом;

5. Снижение уровней излучаемого колесом шума. «Железные дороги мира» – 1993, № 12;

6. ГОСТ Р 54932-2012. Экраны акустические для железнодорожного транспорта. Методы контроля.