РАЗДЕЛ 2
ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ЗВУКОВЫХ
КОЛЕБАНИЙ, ВОЗНИКАЮЩИХ НА ДИЗЕЛЬ- ЭЛЕКТРОПОЕЗДАХ
2.1. Общие положения по возникновению звуковых колебаний
на дизель- электропоездах
В образовании звуковых колебаний на дизель-поездах участвуют источники, которые
можно разделить на три группы: аэродинамические, излучения кузова и от ходовых
частей (рис. 2.1).
Аэродинамическая составляющая объединяет источники, оказывающие силовое
воздействие на среду – выпускные и всасывающие системы дизеля и различные
вентиляторы системы его охлаждения, генератора, тяговых электродвигателей
салонов. Шум этих источников зависит от их конструктивных особенностей и
оборотов. При этом в каждой системе имеются различные, соответствующие их
режиму работы. Шум от выпускной и всасывающей систем помимо оборотов зависит от
нагрузки дизеля.
Составляющую излучения кузова вагона можно представить составляющей из
воздушного и структурного шума. Воздушный шум возникает внутри вагона
вследствие звукопроводимости элементов кузова. Структурный или корпусной шум
обусловлен звуковой вибрацией, распространяющейся от дизеля и мотор –
компрессора по раме и кузову моторного вагона дизель-поезда.
Суммарный уровень шума от аэродинамической составляющей и составляющей
излучения кузова характеризует шум при работе дизель-поезда на стоянке.
Составляющая шума ходовых частей обусловлена главным образом шумом качения
колес и ударными явлениями на стыках рельсов.
Кроме того, в создании шума при движении ДЭЛ участвуют: тяговые
электродвигатели, осевые редукторы, подшипники букс, тормоза и др.
Рис. 2.1. Схема образования шума на дизель-поездах
В настоящей работе рассматриваются основные составляющие шума – излучения
кузова, аэродинамические, дизель-генератора, шум ходовых частей, присущая ДЭЛ и
пассажирским вагонам.
Введение классификации источников шума на составляющие позволяет наметить
направление теоретических и экспериментальных исследований, исходя из природы
каждой составляющей в условиях ДЭЛ.
При проведении теоретических исследований с целью упрощения математического
описания такого довольно сложного звукового поля, каким является шум внутри ДЭЛ
вводится ряд допущений, которые состоят в следующем:
- каждая составляющая шума отдельных источников рассматривается как независимые
звуковые колебания;
- воздушная среда, окружающая ДЭЛ, рассматривается как идеальная, сплошная,
однородная, невзрывная и лишенная трения;
- звуковые колебания вызываются только источниками шума, находящиеся другие
возмущения в среде отсутствуют;
- звуковые колебания, как это принято в акустике, имеют безвихревой характер;
- величина амплитуды звуковых колебаний по сравнению с амплитудой постоянной
составляющей атмосферного давления является величиной бесконечно малой;
- поверхность земли не искажает звуковое поле внутри дизель-поезда.
Другие допущения изложены в последующих разделах работы.
2.2. Исследование параметров, характеризующих
излучение шума на ППС
Излучение кузова вагона ППС, состоящее из воздушного и структурного шума,
отличается природой возникновения и имеет общность при распространении внутри
ППС. Рассмотрим общие закономерности распространения воздушного и структурного
шума внутри дизель–поезда и электропоезда.
Кузова дизель- и электропоезда представляют собой с боковых сторон прямые
плоские поверхности, а в верхней части – либо цилиндрические поверхности, либо
поверхности, образованные несколькими плоскостями с радиальными переходами
между ними. Снизу кузов крепится к раме, представляющей собой массивную жесткую
конструкцию. Такая форма кузова вагонов не позволяет дать достаточно простое
уравнение, описывающее динамическое состояние этой системы, связанное с
излучением шума.
Для упрощения исследования представим кузов дизель-поезда в виде некоторой
однородной эквивалентной цилиндрической оболочки, радиус кривизны которой
определяется из следующего соотношения
; (2.1)
где - площадь поперечного сечения кузова ;
На рис. 2.2. представлены поперечное сечение кузова ДЭЛ и эквивалентной
цилиндрической оболочки кузова вагона, позволяющее представить реальность
подобного упрощения.
Поскольку длина кузова больше длины звуковой волны, то координату системы,
учитывающую размер по длине не будим учитывать. Тогда для такой динамической
системы справедливы законы, описывающие поведение цилиндрических волн в
определенном звуковом поле. Волновое уравнение для потенциала скоростей в
цилиндрических координатах (1.16) для нашего случая имеет вид
. (2.2)
Используя метод разделения переменных, представим решение уравнения (2.2) как
произведение трех независимых решений
, (2.3)
где r и ц – координаты некоторой точки (радиус-вектор и азимутный угол).
Подставив (2.3) в (2.2) можно уравнение (2.2) разделить на три более простых
(2.4)
(2.4а)
, (2.4б)
где k, m, – некоторые постоянные, зависящие друг от друга и определяемые из
уравнения (2.2) путем подстановки правых частей уравнения (2.4), (2.4а) и
(2.4б).
Уравнения (2.4) и (2.4а) имеют общее решение в форме гармонического колебания
; (2.5)
(2.5а)
Уравнение (2.4б) является уравнением Бесселя, имеет решение в виде бесконечных
рядов
, (2.5б)
где - коэффициенты бесконечного ряда; – Бесселева и Нейманова функции n-го
порядка.
Рис. 2.2. Поперечное сечение и эквивалентная оболочка кузова ДЭЛ
Для излучающей системы типа эквивалентной цилиндрической оболочки кузова, при
исследовании распространенных звуковые колебаний решение уравнения (2.4б) можно
представить в виде функций Ганкеля и для расходящейся волны получить
(2.5в)
Частное решение уравнения (2.2) представляет произведение (2.5
- Київ+380960830922