Bevezetés

A vasúti közlekedés által kibocsátott zaj és rezgés keletkezésének, terjedésének okai, valamint a zajcsillapítás megoldása igen összetett kérdéskör, jelenleg is számos kutatás tárgyát képező téma. Éppen ezért hazánkban még nincs a zaj- és rezgés­csökkentésre vonatkozó tervezési segédlet, amely egy-egy pályaszakasz akusztikai tervezéséhez nyújtana segítséget, egységes elméleti szemlélet alapján.
Nem áll rendelkezésre egységes modell sem, amelyben vizsgálni lehetne a különböző megoldásokat egyenként vagy akár egymással kombinálva. Ilyen módon jelenleg nem tudunk választ adni olyan kérdésekre, hogy egyes beavatkozások (akár a felépítményi rendszerbe, akár egyéb alkalmas módon) miként befolyásolják a keletkezett zaj és rezgés mértékét. A különböző felépítményi rendszerek, az eltérő típusú, minőségű, korosságú járművek olyan szerteágazó bemeneti paramétereket jelentenek a zajok és rezgések kialakulása során, hogy egyelőre nem létezik egyetlen, univerzális megoldás a pályaépítést illetően.
A téma kidolgozása során azokat a hatékony eljárásokat, intézkedéseket kerestük a pályaszerkezet oldaláról, amelyek a vasúti közlekedés zaj- és rezgéskibocsátásának csökkentését szolgálják. A kutatási munka fő célja a zaj- és rezgéscsökkentő megoldások egységes szemléletű rendszerbe foglalása volt. Számos beavatkozási lehetőséget az általunk megépített kísérleti szerkezeten, laboratóriumi körülmények között vizsgáltunk, és ezeket helyszíni mérésekkel is kiegészítettük. A mérési eredményeket, tapasztalatokat további két cikkben ismertetjük.

A vasúti infrastruktúra zaj- és rezgéshatásai

A zaj akaratunk ellenére a mindennapi élet velejárójaként keletkező nemkívánatos vagy túl intenzív hangjelenség. Fizikai értelemben az történik, hogy a rugalmas közeg, szilárd testek, gázok és folyadékok mozgása, rezgése során az azt kiváltó mechanikai energia egy része hullámok formájában távozik, hangenergiává alakul. A vasúti zaj nagy amplitúdójú rezgés, különböző frekvenciájú, periodikus és véletlen hangok keveréke. A hangnyomás mértékegysége a decibel (dB). Az emberi hallás frekvenciafüggőségének a modellezésére az A súlyozó szűrőt használják. Ennek segítségével mért zajszint az A-hangnyomásszint, a decibel A (dBA). A környezet zajszintje a hallásküszöb (0 dB) és a fájdalomérzet (110–120 dB) között mozog. A fül által érzékelt zajok frekvenciája 20 és 20 000 Hz közé esik. Az emberi hallás (és az azt szimuláló szabványos A-szűrő) 1000–3000 Hz-es hangmagasságokra a legérzékenyebb, mélyebb hangok tartományában fülünk egyre érzéketlenebb. A hangnak az érzékelhető, emberre gyakorolt hatása egyszerre függ objektív és szubjektív tényezőktől: a rezgés fizikai tulajdonságaitól, a zaj-, illetve rezgésterhelésnek kitett személyek állapotától és az éppen folytatott tevékenységtől. A tényleges zaj ezek összhatásából alakul ki, de függ az észlelés helyétől, annak beépítettségétől is [1].
A vasúti forgalom által gerjesztett zaj kétféleképpen jelentkezik: a vágány környezetében hallható léghang (zajkibocsátás), illetve a vágány közelében lévő épületekben észlelhető testhang (rezgésgerjesztés) formájában. A vasúti pálya-jármű rendszerben az elsődleges zajforrás a jármű (meghajtás, sín-kerék kapcsolat), azonban a pálya elemeinek kialakítása, minősége és pillanatnyi állapota is befolyásolja a zaj kialakulását, a zajterhelés nagyságát. A rezgés szorosan kapcsolódik a zajhoz, hiszen mindkettő a környező közeg hullámmozgása, míg a zaj csak a levegőben, addig a rezgés általában a talajban vagy épületekben, illetve egyéb szerkezetekben terjed. A vasúti eredetű rezgési frekvenciák legfeljebb néhány 100 Hz-ig jelennek meg, de ebből a 80 Hz feletti komponenseket általában már nem érzékeljük.
A vasúti zaj- és rezgésforrásokat két részre kell bontani: egyrészről a pálya (felépítményi elemek típusa), másrészről pedig a jármű (gördülőállomány jellemzői) állapotából származó okokra. Más-más szerkezeti elemekből áll a pálya és a jármű, amelyeknek különböző, közlekedésre vonatkozó befolyásoló tényezői vannak. Fontos megemlíteni ugyanakkor, hogy az eredő zajt nemcsak a kétféle forrás együtt, hanem ezek kölcsönhatása is befolyásolja.
A vasúti közlekedés során fellépő leggyakoribb zajforrások: indulási, fékezési, elhaladási, gördülési, aerodinamikai, továbbá gépészeti/járműszerkezeti zajok (1. ábra). Ide sorolható még a kis sugarú ívekben fellépő csikorgás és kitérőn vagy kitérőcsoportokon történő áthaladáskor a többletzajterhelés is.

A zajforrások a járművek sebességének függvényében is osztályozhatók: 60 km/h-ig a motorok, hajtóművek, szellőzők és a felépítmények zajai, 300 km/h-ig a gördülési zajok meghatározóak, mintegy 300 km/h sebességtől pedig az aerodinamikai zajok jelentősége növekszik.
A szerelvények meghajtását biztosító gépészet zajcsillapítása is szükséges, ennek megoldása jármű-, illetve gépészmérnöki feladat. A nagysebességű pályák és vonatok esetében számottevő aerodinamikai zajforrások csökkentése pedig az áramlástechnika témakörébe tartozik. Pályavasúti szempontból viszont a kerék és a sín dinamikus kölcsönhatásából eredő gördülési zaj a meghatározó. A pálya építésével és karbantartásával csak ennek a rész-zajforrásnak a csökkentésére van lehetőség, így a kutatás-fejlesztési projekt keretében is a járművek gördülésének hatásaival foglalkoztunk. Fontos, hogy ezáltal csak kisebb mértékű csillapítás érhető el, mivel egy szerelvénynek számos más zajforrása is van, amelyek együttesen határozzák meg a vasúti közlekedés eredő zajszintjét.