Buka Tračnica

NAPREDNE METODE DIGITALNE OBRADE SIGNALA

Projektni zadatak

Analiza ravnosti vozne površine tračnica i buke

tračničkih vozila

Ana Bulović, 0036434983

Filip Lemić, 0036435725

Mislav Jordanić, 0036437163

Sadržaj

1. Uvod ................................................................................................................................................ 3

2. Ispitivanje buke tračničkih vozila ..................................................................................................... 4

3. Analiza ravnosti vozne površine tračnica ........................................................................................ 7

4. Analiza buke tračničkih vozila ........................................................................................................ 11

5. Upute za pokretanje programa ..................................................................................................... 15

6. Zaključak ........................................................................................................................................ 15

7. Literatura ....................................................................................................................................... 16

1. Uvod

Iako, povijesno gledano, buka u okolišu i njen štetan utjecaj nisu novost, u novije vrijeme, razvojem

tehnologije i samog čovječanstva, ovaj oblik onečišćenja okoliša prepoznat je kao popriličan problem

cjelokupnog svjetskog društva. Zaštita od prekomjernog djelovanja buke u okolišu tako je s

vremenom postala veoma bitan čimbenik prilikom projektiranja građevina, strojeva i uređaja.

Rezultat te povećane pažnje prema problemu buke je niz propisa i normi koje moraju zadovoljiti kako

novoprojektirani vlakovi i pruge, tako i oni starije proizvodnje. Problem buke uzrokovane kretanjem

tračničkih vozila bit će detaljnije opisan u nastavku ovoga rada. Za sada je dovoljno iznijeti dvije važne

činjenice. Prva među njima je ta da ovaj problem nije u potpunosti istražen te da su mjerenja i

proračuni buke, za dio europskih zemalja pa tako i za nas, novost. Druga važna činjenica je da su

određeni propisi već stupili na snagu, kako u Europskoj Uniji, tako i u Hrvatskoj. Ukoliko Hrvatska želi

biti konkurentna s proizvodima i ukoliko se uopće želi s njima prezentirati na tržištu, proizvodi moraju

zadovoljavati propise i zahtjeve koje tržište određuje. Samim time, i sva, u novije vrijeme,

projektirana tračnička vozila moraju zadovoljiti sve tehničke zahtjeve koji se na njih postavljaju. Jedan

od njih je i zahtjev da se emisijske vrijednosti razina buke, uzrokovane kretanjem vozila u prethodno

definiranim uvjetima, nalaze unutar dopuštenih granica. Radi ispunjenja tog zahtjeva potrebno je

provesti tipsko ispitivanje buke. Kako bi rezultat ispitivanja bio mjerodavan potrebno je provjeriti

prethodno definirane uvjete pod kojima ispitivanje treba biti obavljeno, što podrazumijeva kontrolu

stanja gornjeg ustroja kolosijeka na navedenim dionicama, odnosno testiranje ravnosti površine

tračnica. U ovom je radu u tom pogledu izračen program za ispitivanje stanja kolosijeka i utvrđivanje

može li kolosijek biti mjerodavan za ispitivanje emisijskih razina buke vlakova. Također, drugi dio

projektnog zadatka uključuje ispitivanje same buke koju proizvode tračnička vozila.

2. Ispitivanje buke tračničkih vozila

O problemu buke u okolišu te njenom štetnom utjecaju na čovjeka ozbiljnije se počelo govoriti 30-tih

godina 19-og stoljeća. Zbog same činjenice da je buka svaki neželjeni zvuk u prirodi može se zaključiti

da buka postoji otkad je čovjeka. Ipak, tek je razvojem industrije i prometa buka postala ozbiljan

problem za čovjekovo zdravlje. Povećanjem razina buke u okolišu buka također postaje izvor

nezadovoljstva stanovništva te javnost postaje sve svjesnija tog problema. To je rezultiralo

postupnim uvođenja propisa za ograničavanje razina zvuka na mjestima emisije. Jedan od bitnih

dokumenata je „Future Noise Policy, European Commission Green Paper“, značajan kao prekretnica u

Europskoj politici prema buci u okolišu, upućuje na ozbiljnost ovog problema. Navedeni dokument

daje procjenu da je 1996. godine 20% stanovništva zapadne Europe živjelo u područjima

ambijentalne buke više od 65 dB, a čak 60% u područjima gdje je razina buke viša od 55 dB [1].

Naravno, ovakve procjene su dovele do niza reakcija, kako javnosti tako i stručnjaka diljem Europe, te

je uz zajedničku suradnju zemalja članica konačno formirana jedinstvena politika prema buci u

okolišu. Rezultat je stigao vrlo brzo i to Direktivom Europske komisije 2002 godine.

„Environmental Directive on the Assessment and Management of Environmental Noise 2002/49EC“,

poznatija pod skraćenim nazivom „Environmental Noise Directive (END – direktiva 2002/49/EC)“

donesena je u lipnju 2002. godine. Direktiva vrlo jasno pristupa problemu buke u okolišu te zahtjeva

sprječavanje, izbjegavanje i smanjivanje štetnih posljedica ambijentalne buke. Temeljni zahtjevi

direktive su usklađivanje postupaka izrada karata buke, određivanje ukupnog broja stanovnika

izloženih prekomjernim razinama buke te informiranje javnosti i Europske komisije o postojećem

stanju i financiranju mjera (izrada i provođenje akcijskih planova) za upravljanje ambijentalnom

bukom. Preciznije, za željezničke uprave i sustave održavanja infrastrukture, izrada karata buke i

akcijskih planova znači da moraju razmisliti na koji će način reducirati buku na dopuštene razine.

Logično pitanje koje se tada postavlja je koju metodu primijeniti jer su pojedine zemlje članice

Europske unije već razvile svoje metode proračunavanja razina buke. Kako jedinstvena metoda još

nije donesena, od strane Europske komisije propisane su tzv. INTERIM metode koje služe izradi

karata buke dok se projektima HARMONOISE i IMAGINE ne razvije jedinstvena metoda. Za željeznicu

je tako u prijelaznom periodu propisana nizozemska nacionalna metoda. Stoga se u narednim

godinama očekuju mnoge promjene i poboljšanja propisa u ovom području. Željezničke uprave,

proizvođači vozila i mjernih uređaja, državne uprave te razni stručnjaci danas ulažu mnogo sredstava

i vremena u cilju poboljšanja i definiranja jedinstvenih normi.

Stres, remećenje sna, povišenje krvnog tlaka, smetnje u radu želuca, jetre i pluća te oštećenje ili

gubitak sluha samo su neke od mnogih zdravstvenih tegoba direktno povezanih sa prekomjernim

razinama buke. Na ozbiljnost problema upućuje i Europska agencija za sigurnost i zdravlje na poslu za

koju područje vezano uz kardiovaskularne bolesti počinje već s ekvivalentnim razinama od 60 dB, dok

se s bukom razine iznad 90 dB pojavljuju ozbiljni psihološki problemi i oštećenje sluha. Svjetska

zdravstvena organizacija također daje zabrinjavajuće podatke, pogotovo vezano uz prometnu buku za

koju tvrdi da uz buku razine 70 dB nepovratno uzrokuje oštećenje sluha.

Osnovni izvori buke u okolišu su promet i industrija, koji su prema istraživanjima iz Njemačke 2000.

godine činili čak 84% ukupnih smetnji. Najproblematičniji je dakako cestovni promet koji prema istim

procjenama uzrokuje 47% smetnji, dok željeznički promet zauzima tek treće mjesto sa 12% smetnji

iza zračnog prometa s udjelom od 14% [1]. Iako glavnina europskog stanovništva zapravo trpi

posljedice buke nastale od cestovnog prometa te je udio zračnog i željezničkog prometa nešto manji,

oni dakako ne mogu biti zanemareni. Naprotiv, zbog kompleksnosti razdvajanja utjecaja

infrastrukture i vozila te definiranja jedinstvenih vrijednosti dolazi do poteškoća prilikom definiranja

graničnih vrijednosti. Iz tog se razloga danas sve više pažnje posvećuje poboljšanjima postojećih

propisanih metoda mjerenja i proračuna buke nastale od željezničkog prometa.

Prvi korak u kontroli buke željezničkog prometa je identificirati dominantan izvor, što

proizlazi iz činjenice da vibracije u prometu mogu nastati na više lokacija. Dakle, postoji više različitih

izvora buke kod željeznice te u različitim situacijama dominacija izvora može varirati. Smetnje tako

mogu biti uzrokovane, na primjer, signalizacijom vlakova prilikom prelaska križanja u razini ili raznim

redovitim operacijama na postajama unutar urbanih sredina. Vibracije koje uzrokuju prekomjerne

razine buke pak nastaju konstantno, kretanjem vlakova po željezničkoj pruzi. Takva buka je predmet

promatranja u ovom radu, a u grubo se može podijeliti na buku nastalu radom lokomotive,

interakcijom kotača i tračnica te aerodinamičku buku. Bitno je spomenuti i buku uzrokovanu

prolaskom vlaka preko mostova te cviljenje nastalo klizanjem vijenca kotača po rubovima tračnica.

Ukoliko se ispituje buka unutar vozila, već navedenom treba dodati primjerice rad klima uređaja i

ventilatora. Ipak, najvažniji izvor buke kod željezničkog prometa su obično vibracije uzrokovane

interakcijom kotača i tračnice tijekom kotrljanja po ravnom putu. Poseban značaj u toj interakciji dan

je neravnosti kotača i voznoj površini tračnice. Ona uzrokuje okomite vibracije kotača i tračničkog

sustava s obzirom na njihova dinamička svojstva. Relevantne valne duljine na voznoj površini tračnice

kreću se u granicama od 5 – 500 mm, te su glavni izvor problema. U toj interakciji neravnost vozne

površine tračnica nije jedini problem, odnosno hrapavost kotača također ima značajan utjecaj. Česta

su pojava i oštećenja kotača, s valnim duljinama 40 – 80 mm, nastala uslijed pritiska čelične papuče

kočionog sustava, što značajno doprinosi stvaranju vibracija. Najčešća varijanta je neravnost i jednog

i drugog elementa interakcije, a učinkovito ispitivanje buke treba uočiti oba problema i predložiti

rješenja. Svojevrstan pokazatelj važnosti ov

kretanja vlakova brzinama od 40 km/h do 250 km/h. Do 40 km/h kao dominantan izvor smatra se rad

motora lokomotive, dok je to za pruge velikih brzina, iznad 250 km/h, aerodinamička buka.

Nakon što je identificiran dominantan izvor, sljedeć

buke. Kako je već rečeno, interakcijom

elementu, stoga je potrebno posvetiti pažnju rješavanju oba sl

većim utjecajem na smanjenje buke samo jednog elementa rezultat u vidu smanjenja ukupne razine

buke neće biti očekivani. Na primjer, ukoliko oba elementa sudjeluju u ukupnoj razini buke približno

jednako, smanjenje od 10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u

ukupnom pogledu. Ova činjenica je veoma bitna jer prisiljava na dodatna istraživanja vezana uz

ravnost i tračnica i kotača, a ne samo

Slika


rješenja. Svojevrstan pokazatelj važnosti ovog izvora je i činjenica da je dominantan izvor u području



dominantan izvor, sljedeće je ustanoviti doprinos izvora u ukupnoj razini

interakcijom kotača i tračnice vibracije mogu nastati i u jednom i u drugom

elementu, stoga je potrebno posvetiti pažnju rješavanju oba slučaja. To je vidljivo iz činjenica da



10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u


ravnost i tračnica i kotača, a ne samo koncentraciju na jedno od njih [1,3].

Slika 1. Interakcija kotača vlaka i

površine tračnica


og izvora je i činjenica da je dominantan izvor u području



je ustanoviti doprinos izvora u ukupnoj razini

kotača i tračnice vibracije mogu nastati i u jednom i u drugom

učaja. To je vidljivo iz činjenica da



10 dB(A) na jednom elementu značit će samo smanjenje od 2.5 dB(A) u


3. Analiza ravnosti vozne površine tračnica

Udio buke izazvane i interakcijom kotača i tračnice tijekom kotrljanja po voznoj površini tračnica, u

odnosu na ukupnu razinu buke, uvelike ovisi o stanju vozne površine. Stoga su tipska ispitivanja ovog

problema naravno neizbježna. Ovime se ispitivanjem želi naglasiti kako nije dovoljno posvetiti

pozornost samo konstrukciji vozila, jer tada rezultati mjerenja razina buke ne mogu biti mjerodavni i

ne predstavljaju objektivne razine buke koje je uzrokovalo vozilo. Ispitivanje ravnosti vozne površine

mora biti provedeno u sklopu ovakvih mjerenja te se mora uzeti u obzir utjecaj eventualnih

nepravilnosti kako bi eventualni zaključci bili uopće mjerodavni.

Važeća EN ISO 3095:2005 norma propisuje potrebno stanje ispitnog poligona. Kod mjerenja

geometrije kolosijeka i ravnosti vozne površine tračnica radi daljnjeg ispitivanja vanjske buke, norma

određuje minimalnu duljinu ispitnog poligona. Ta duljina treba iznositi najmanje dvije dužine

udaljenosti mjernog uređaja od osi kolosijeka i s lijeve i s desne strane. Ukoliko je za tu dužinu

odabrano 7.5 m, također po propisima iste norme, tada duljina ispitnog poligona iznosi samo 25 m.

Naravno da je takav ispitni poligon prekratak, pogotovo za ispitivanja emisijskih razina buke brzih

vlakova. Problem je uočen brzo nakon objave norme, nakon čega su pokrenuta istraživanja u svrhu

dopune postojećih propisa. Direktivom ''Technical specification for interoperability (TSI) for noise

aspects of conventional rolling stock (2006/66/EC)'', koja je nastala zbog uklanjanja postojećih

nedostataka, minimalna duljina poligona za ovakva ispitivanja iznosi 100 m. Također preporuka je i

lociranje poligona za ispitivanje u pravcu vidljivog sa položaja mjernog uređaja razina buke [6,7].

Slika 2. Digitalno kolosiječno mjerilo GRAW DTG-1435

Kontrola geometrije kolosijeka prevedena je preciznim mjerenjem digitalnim kolosiječnim mjerilom

GRAW DTG-1435 (Slika 3). Navedeni uređaj posebno je proizveden za ovakva mjerenja širine tračnica

i skretnica te visinske razlike između lijeve i desne tračnice. Prije samog mjerenja uređaj nije

potrebno kalibrirati, a prilikom mjerenja već sadrži potrebnu temperaturnu kompenzaciju [8]. Uređaj

na svakih metar duljine, položen okomito na osi tračnica, očitava širinu kolosijeka i odstupanja visine

tračnica. Podaci se potom, odgovarajućim računalnim programom, prebačeni s uređaja u XML

datoteku, nakon se pristupa njihovoj obradi izvedenoj u ovom radu. Obrada ravnosti tračnica izvodi

se računalnim programom MATLAB.

Kao što je već rečeno, referentne podatke i način obrade neravnosti vozne površine donosi norma BS

EN ISO 3095:2005 (Railway applications-Acoustics-Measurement of noise emitted by railbound

vehicles). U dijelu norme pod nazivom Annex A navedene su referentne razine neravnosti razine

neravnosti (engl. Roughness level) u odnosu na tercne valne duljine (Slika 3).

Slika 3. Referentne razine neravnosti

Ukoliko su izračunate razine neravnosti ispod zadane referentne razine, može se pristupiti mjerenju

buke koju proizvode tračnička vozila. Razine neravnosti u prije spomenutoj XML datoteci koje daje

uređaj GRAW DTG-1435 prikazane su na slici 4. One sadrže 200 mjerenja po jednom metru dionice

pruge. Obradi podataka pristupa se izračunavanjem Fourierove transformacije vremenskog signala uz

neke preinake. Pošto se ovdje radi o valnim duljinama i pozicijama, a ne o frekvenciji i vremenu dolazi

do promjene mjernih jedinica. Tako vrijeme [s] prelazi u duljinu [m], dok frekvencija [Hz] prelazi u

valne duljine [m-1].

Slika 4. Izgled XML datoteke izmjerenih podataka

Sada obrađeni signal sadrži različite valne duljine neravnina i polumjere svih mjerenja unutar jednog

metra površine tračnica (Slika 5). Spektralna analiza vršena je u tercnim pojasevima (terca je 1/3

oktave) za neravnine valnih duljina od 0,01 m do 0,63 m. Veće vale duljine nisu podržane zbog

nepreciznosti mjernog uređaja. Nakon filtriranja rezultata mjerenja na referentnoj dionici, za svaku

pojedinu duljinu neravnine (tercni pojas) izračunate su efektivne srednje vrijednosti neravnosti r [μm]

po sljedećoj formuli:

��

Za usporedbu rezultata mjerenja s graničnim vrijednostima izračunate su razine neravnosti (engl.

Roughness level) Lr u dB:

�� 10��

gdje su:

r – amplitudno odstupanje valnih duljina [μm],

r0 – referentna neravnost 1 μm.

Sve izračunate razine neravnosti za pojedine duljine neravnina uspoređene su s graničnim

vrijednostima. Za prikaz neravnina po mjerenjima i valnim duljinama koristi se STFT, odnosno

Fourierova transformacija na vremenskom otvoru. Vremenski otvor je Hanningov i ima 5 uzoraka.

Potpuni sustav mjerenja ravnosti vozne površine tračnica dan je na slici 5.

Slika 5. Dio programa za analizu ravnosti površine tračnica

Program RAVNOST.m zamišljen je za analizu ravnosti tračnica. Program je podijeljen na dijelove koji

su numerirani na slici 5. Dijelovi su:

1. Ispis učitanih podataka iz XML datoteke. Podaci se učitavaju odabirom željene XML datoteke

za analizu i pritiskom na „Učitaj podatke“. Pritiskom na naredbu „Pokreni“ učitani se podaci

obrađuju i prikazuju grafovima.

2. Prikaz ravnosti vozne površine tračnica prikazuje izmjerene podatke na jednom metru dužine

pruge.

3. Spektralna analiza podataka prikazuje razine neravnosti u odnosu na tercne dužine.

Referentna vrijednost podataka iz norme prikaza je plavom bojom grafa, dok je crvenom

pokazana vrijednost izmjerenih podataka.

4. Iz grafa se mogu očitati vrijednosti neravnina u ovisnosti o valnoj dužini neravnosti i poziciji

mjerenja.

5. Graf također prikazuje ovisnost neravnina o valnoj dužini neravnosti i poziciji mjerenja, ali u

trodimenzionalnom prikazu.

6. U ovom prostoru nalazi se naredba za pohranu obrađenih podataka. Korisnik programa je

dužen unijeti naziv tekstualne datoteke za pohranu i pokrenuti naredbu „Pohrani podatke“.

Program će tada podatke (opis mjerenje, srednje efektivne neravnosti, itd.) pohraniti u

tekstualnu datoteku. Ako tekstualna datoteka koju je korisnik unio ne postoji program će je

stvoriti.

Označavanjem oznaka u gornjem lijevom uglu svake slike korisnik će dobiti povećani prikaz slike u

kojem je moguće dobiti različite poglede na sliku (povećavanje, ispitivanje vrijednosti, rotacija,

itd.).

4. Analiza buke tračničkih vozila

Ukoliko analiza ravnosti vozne površine tračnica daje prikladan rezultat za daljnju analizu može se

pristupiti analizi buke tračničkih vozila. U skladu sa propisima, uređaj za mjerenje buke postavljen je

na udaljenosti 7.5 m od osi kolosijeka sa mikrofonima na visini 1.2 m i 3.5 m. Prilikom ispitivanja

vlakovi se kreću ispod maksimalne dopuštene brzine na dionici i to brzinama od 50 km/h i 80 km/h.

Takav način mjerenja propisuje norma EN ISO 3095:2005. Pozicija mikrofona prema normi prikazana

je na slici 6.

Slika 6. Pozicije mikrofona prilikom mjerenje buke tračničkih vozila

Buka željezničkog prometa je uglavnom prouzrokovana prolaskom vlakova. Izvor proizvedene buke

ovisan je o brzini prolaska vlakova. Iz slike 7 može se primijeniti da za brzinu prolaska vlaka od 0 do 40

km/h dominantan utjecaj u buci ima vuča vlaka (motor vlaka), dok za brzine prolaska od 40 do 250

km/h dominantan utjecaj ima interakcija kotača i tračnice na buku vlaka, a dok na brzinama iznad 250

km/h dominantan je utjecaj na buku ima aerodinamike. Da se zaključiti da glavni dio buke u

željezničkom prometu je prouzrokovana interakcijom kotača i tračnice.

Kretanje vozila po kolosijeku ostvaruje se putem adhezije tj. na kontaktu dodirnih površina kotača i

tračnice što uzrokuje trošenje vozne površine glave tračnice. Trošenje glave tračnice nije jednoliko

zbog pogrešaka u proizvodnji tako da se na površini tračnice stvaraju neravnine, odnosno

„hrapavost“ koja uzrokuje okomite vibracije. Relativne valne duljine na voznoj površini kreću se u

granicama 5-500 mm, te su glavni izvor problema. No nije jedini problem prije analizirana pojava

neravnina na tračnicama.

Slika 7. Ovisnost razine buke o brzini vlaka

Propisi za svaki test moraju biti ispunjeni što točnije moguće da bi se dobili što objektivniji rezultati

mjerenja. Dozvoljena su mala odstupanja od propisa, ali moraju biti zabilježena u izvještajima tipskih

mjerenja buke. Mjerno mjesto mora biti oslobođeno od prepreka koje bi mogla utjecati na rezultate

mjerenja. Da bi se to postiglo mjerno mjesto mora biti ravno sa odstupanjem u visini od 0 m do -1 m

u odnosu na tračnicu. Slobodni prostor oko mikrofona mora biti barem tri puta veći nego udaljenost

mikrofona od mjesta emisije u svim smjerovima. Prostor mjerenja mora biti oslobođeno od

apsorbirajućih (snijeg, vegetacija,...) ili reflektirajućih (voda, led,...) elemenata. Mora se naglasiti da u

prostoru između mikrofona i mjesta emisije ne smije biti nikakvih objekata niti se smije u tom

području nalaziti ispitivač jer bi mogao utjecati na zabilježene vrijednosti mjerenja. U izvješćima

mjerenja mora biti opisana površina podloge na kojoj se mjeri. Objektivna mjerenja buke mogu biti

samo izvršena ako je brzina vjetra manja od 5km/h u odnosu na mikrofon i ako nema nikakvih

padalina. Temperatura, vlažnost, tlak zraka i brzina vjetra moraju biti zabilježeni (sa mjernim

jedinicama) u izvješću. Treba se voditi računa da u okolini mjerenja nema drugih izvora buke koja bi

mogla utjecati na rezultate mjerenja (npr. promet, industrija).

Slika 8. Primjer zvučnog signala buke tračničkog vozila

Nakon mjerenja razine buke uzrokovana tračničkim vozilom dobivaju se rezultati prikazani na slici 8.

Taj se zvučni zapis obrađuje na način da se otipka frekvencijom uzorkovanja od 44100 Hz. Na taj se

način dobije digitalizirani zvučni zapis, odnosno podaci o amplitudi buke. Podaci se filtriraju na dva

načina. Prvi je obrada podataka usrednjavanjem po formuli:

�� 17 �� 3� � �� 2� � �� 1� � �� 1� � �� 2� � �� 3�� Prvim filtriranjem se pokušavaju istaknuti pojedine amplitude buke koje su česte u signalu. Na taj se

način može odrediti od kuda stižu pogreške u vlaku. Drugo filtriranje se radi pomoću DWT

transformacije. Zamišljeno je kao „uklanjanje šuma“ u signalu. Pomoću DWT transformacije

Daubechies 3 filtrom izoliran je šum iz signala. Uzet je samo 5. Aproksimacijski koeficijent koji tada

predstavlja ukupnu srednju razinu buke po dionicama. Na taj se način može odrediti je li buka

zadovoljavajuće niske razine. Osim filtriranja buke, određene su i frekvencije buke. Naime, neke

frekvencije buke su za čovjeka više, a neke manje štetne. Potrebno je smanjiti buku onih frekvencija

štetnih čovjeku. Također, iz frekvencija buke mogu se odrediti mjesta kvarova na tračničkim vozilima.

Frekvencija buke je određena pomoću Fourierove transformacije signala. Također, pomoću

Fourierove transformacije signal na vremenskom prozoru određene su amplitude frekvencije u

određenom vremenu, odnosno dobiven je prikaz vrijeme-frekvencija. Prikaz programa BUKA1.m dan

je na sljedećoj slici.

0 2 4 6 8 10 12

x 105

-0.25

-0.2

-0.15

-0.1

-0.05

0

0.05

0.1

0.15

0.2

0.25Zvucni zapis

Vrijeme [s]

Vrij

edno

sti s

igna

la

Slika 9. Dio programa za analizu buke tračničkih vozila

1. Ispis učitanih podataka iz zvučne datoteke. Podaci se učitavaju odabirom željene zvučne

datoteke za analizu i pritiskom na „Učitaj podatke“. Pritiskom na naredbu „Pokreni“ učitani

se podaci obrađuju i prikazuju grafovima.

2. Prikaz neobrađenog zvučnog signala.

3. Prikaz signala obrađenog pomoću usrednjavanja ulaznog signala te pomoću DWT

transformacije. Usrednjavanje signala prikazano je plavom bojom, dok je „uklanjanje šuma“

DWT transformacijom prikazano crvenom.

4. Frekvencijska karakteristika signala koja određuje pojavljivanje frekvencija u frekvencijskom

spektru zvučnog signala.

5. Prikaz pojavljivanja frekvencija u vremenu određen pomoću STFT transformacije.

6. U ovom prostoru nalazi se naredba za pohranu obrađenih podataka. Korisnik programa je

dužen unijeti naziv tekstualne datoteke za pohranu i pokrenuti naredbu „Pohrani podatke“.

Program će tada podatke (frekvencije signala, srednja frekvencija, itd.) pohraniti u tekstualnu

datoteku. Ako tekstualna datoteka koju je korisnik unio ne postoji program će je stvoriti.

Kao i u dijelu programa za obradu neravnosti vozne površine, ovdje se također pritiskom na

oznaku u gornjem lijevom dijelu svake slike dobiva veća slika s mogućnošću raznih pogleda na

nju. Dodatak u ovom programu su desne oznake kod slika „Obrađeni signal“ i „Frekvencije u

vremenu (STFT)“. Pritiskom na tu oznaku na slici „Obrađeni signal“ dobiva se ista slika, ali su

vrijednosti signala logaritamske. Ukoliko se ta oznaka pritisne na slici „Frekvencije u vremenu

(STFT)“ dobiva se trodimenzionalni prikaz vrijednosti frekvencija u vremenu.

5. Upute za pokretanje programa

Program se veoma jednostavno pokreće sljedećim naredbama.

1. Pozicioniranje MATLAB-ovog direktorija na direktorij programa.

2. Postavljanje željenih XML podataka u mapu „raw_data“.

3. Postavljanje željenih zvučnih podataka u mapu „raw_noise“.

4. Upis u radni prostor MATLAB-a naredbe NMDOS ili pokretanje skripte NMDOS.m.

6. Zaključak

Dominantna komponenta buke nastale pri kretanju željezničkih vozila je buka nastala interakcijom

tračnice i kotača odnosno buka od kotrljanja vozila (pri brzinama prometovanja od 50 do 300 km/h).

Održavanje tehničke ispravnosti željezničke pruge vrlo je važno s aspekta sigurnosti odvijanja

prometa, udobnosti vožnje te smanjenja dinamičkih opterećenja na vozila i kolosijek. Odabir i stanje

kolosiječne konstrukcije također uvelike utječe na buku koja se širi prostorom uslijed prometovanja

željezničkih vozila. Provjerom ravnosti vozne površine tračnica moguće je odrediti optimalno vrijeme

brušenja tračnica čime se otklanjaju neravnine na površini tračnica te ostvaruje mirna, sigurna i tiha

vožnja. Dionicu za tipska ispitivanja buke potrebno je izabrati na temelju postavljenih uvjeta

(zakrivljenost trase, prisutnost reflektirajućih ploha, konfiguracija terena itd.) te spektralnom

analizom ravnosti vozne površine utvrditi sukladnost izmjerenih vrijednosti normi. Program

napravljen u ovom projektu radi analizu s aspekta geometrije kolosijeka i ravnosti vozne površine

tračnica te samu obradu buke. Autorovo je mišljenje da korištenje Fourierove (FT i STFT), kao i valićne

transformacije (DWT), daje dobre i precizne rezultate. Program je potrebno još doraditi,

implementirati neke dodatne opcije i testirati na moguće pogreške, ali on može poslužiti u svrhu

ispitivanja ravnosti vozne površina tračnica i buke tračničkih vozila.

7. Literatura

[1] E. Verheijen: A survey on roughness measurements, Journal of Sound and Vibration 293, str. 784–

794, 2006.

[2] D.T. Eadie, M. Santoro: Top of Rail friction control for curve noise mitigation and corrugation rate

reduction, Journal of Sound and Vibration, 2006.

[3] S. Lakušić, M. Bogut: Impact of rail weld geometry on tram wheel vibrations, INTER-NOISE '07,

Istanbul, 2007.

[4] HRN EN ISO 3095:2007 Oprema za željeznice – Akustika – Mjerenje buke koju proizvode

željeznička vozila (ISO 3095:2005)

[5] Pravilnik 314 o održavanju pruga i pružnih postrojenja

[6] S.Lakušić, I.Haladin: Kontrola stanja gornjeg ustroja kolosijeka na dionici željezničke pruge Vrpolje

– Ivankovo, Izvještaj Građevinskog fakulteta br. 64-17-19/2010

[7] Meehan, P.A.: Railway Noise and Control, prezentacija, Mech3250 prezentacija

[8] M. Bogut, A. Đureš, Ž. Graho, D. Paljan: Tipsko ispitivanje buke niskopodnog elektromotornog

vlaka, Automatizacija u prometu, 2011.

[9] N. Andraši: Utjecaj ravnosti vozne površine tračnica na buku tračničkih vozila, 2011.

Documents

Buka Tračnica