レール継目通過時の衝撃音予測モデル

鉄道車両がレール継目部を通過するとき、車輪・レール間に衝撃的な力が生じ、それに伴い大きな騒音が発生します。レール継目部における車輪・軌道系からの騒音発生現象を解明するために、鉄道総研内の試験線において車輪・レールへの衝撃加振試験および実車走行時の騒音・振動測定試験を実施しました。

衝撃加振試験の結果から、レール支持部を軌道パッド—まくらぎ—バラスト・路盤を表す「ばね—質量—ばね要素」で、継目板を表す「ばね要素」でレールに対応する「2つの半無限梁」をつないだモデルにより、レール継目部の振動特性を評価できることを明らかにしました。車輪・レール間に働く加振力については、継目通過時に車輪中心が描く軌跡と接触ばねの非線形性を考慮した時間領域での解析モデルを用いて評価しました(図1)。

図1 衝撃音予測モデル

これらの要素を従来の転動音予測手法に組み込むことにより、衝撃音の予測モデルを構築しました。レール近傍での騒音について試験線での実測値と解析モデルによる計算値を比較したところ、両者は概ね一致し、モデルの妥当性が確認されました。また、衝撃音に対する車輪、レールおよびまくらぎの寄与度が明らかになりました(図2)。

図2 衝撃音に関する予測結果と実測結果との比較
(レール近傍点、バラスト軌道、継目部形式:掛継目、列車速度:35km/h)

今後は営業線での実測データを用いた検証により予測精度の向上を図り、衝撃音低減対策の提案、評価に活用していく予定です。

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