„Snižování hluku vznikajícího při provozu kolejových brzd na seřaďovacích nádražích“ – pilotní realizace protihlukových opatření na železniční síti České republiky

• Foto

Akustický projev hluku při brzdění vozu v kolejové brzdě bez protihlukového opatření je patrný z videoukázek na YouTube:

https://www.youtube.com/watch?v=xxkAqt9Bl_c&index=10&list=PLAuuULX_yIu_suu08AWkFzD-epCO3kcs-;

https://www.youtube.com/watch?-v=0ibSgCiOFY0&index=11&list=PLAuuULX_yIu_suu08AWkFzD-ep-CO3kcs-. 

SOUČASNÉ MOŽNOSTI PROTIHLUKOVÝCH OPATŘENÍ
Hluk z provozu kolejových brzd (KB) byl dlouhodobě celosvětově považován za komplikovaný a v podstatě neřešitelný problém. Žádné z řešení, která byla v minulosti vyzkoušena, nepřineslo uspokojivé výsledky, zejména pokud jde o aktivní opatření snižující hluk přímo u zdroje. Při hledání způsobu jak snížit tento hluk u zdroje je třeba brát v úvahu, že musí zůstat zachován brzdný účinek kolejových brzd, což vylučuje například použití maziv používaných na kolejnice. V současné době však již existují vhodná technická protihluková opatření, která je možno uvažovat pro realizaci.

Protihluková opatření (PHO) můžeme rozdělit na:

• aktivní – působící přímo proti vzniku hluku,
• pasivní – zabraňující šíření již vzniklého hluku.

Mezi aktivní protihluková opatření se řadí:

• volba vhodného technického a konstrukčního provedení kolejových brzd,
• úprava třecích poměrů mezi brzd. lištou a kolem vozu,
• technicko-organizační opatření.

Mezi pasivní protihluková opatření se pak řadí:

• protihlukové clony, které tvoří doplňkovou konstrukci kolej. brzd,
• protihlukové stěny standardního provedení.

Podrobněji k jednotlivým PHO:
1. Technické a konstrukční provedení kolejových brzd
Použije se typ kol. brzdy, který vykazuje sníženou hlučnost, tj. např.:

• pracuje s nižšími přítlačnými silami na třecí brzdící plochy,
• má brzdné mechanizmy na obou kolejnicových pasech, čímž se prodlužuje účinná brzdící délka,
• je vybavena tlumícími prvky (pružinové tlumiče mechanizmu, tlumiče odfuku apod.),
• splňuje podmínky pro dosažení vysoké účinnosti doplňkových PHO.

Vhodným typem kolejové brzdy splňujícím uvedené vlastnosti a ověřeným pro provoz se sníženou hlučností je např. dvoukolejnicová kolejová brzda DKB vyráběná a dodávaná specializovanou firmou Doska Česká Lípa, s. r. o.

2. Úprava třecích poměrů mezi brzd. lištou a kolem vozu
Jedná se o aktivní protihlukové opatření působící přímo proti vzniku nežádoucího hluku v kol. brzdách.

Pozitivní úpravy třecích poměrů mezi brzdící lištou a boky kol vozů se dosahuje aplikací speciálního kompozitního přípravku na boky kol vozů před jejich vjezdem do kolejové brzdy. Přípravek je nanášen pomocí automatického aplikačního zařízení umístěného před kolejovými brzdami. Systém BREMEX ANNSYS s protihlukovým kompozitním přípravkem DBM-50 představuje dosud nejúčinnější aktivní opatření pro snížení hluku z provozu kolejových brzd. Dosavadní poznatky z aplikací ukazují, že s pomocí tohoto systému lze výrazným způsobem omezit výskyt pískání během brzdění vozů v kolejových brzdách a výrazně snížit hladinu hluku. Např. na spádovišti DB v Norimberku bylo dosaženo tak dobrých výsledků, že už nebylo nutné realizovat další PHO (protihlukové stěny apod.) i přes to, že v těsné blízkosti je bytová zástavba – viz videozáznam na YouTube: https://www.youtube.com/watch?v=-GuOWX8M1fpk. 

Zařízení BREMEX ANNSYS bylo již provozně ověřeno na železniční síti Správy železniční dopravní cesty, státní organizace.

Výhradním dodavatelem pro ČR je firma Doska Česká Lípa, s. r. o.

3. Technicko-organizační opatření
Tato opatření spočívají v následujících možnostech:

• přesun rozpouštěcích prací z noční do denní doby, kdy povolené hygienické limity hluku jsou vyšší,
• v projektovém řešení navrhovat rozložení brzdění do více sledů KB a tím docílit snížení vstupních rychlostí rozp. vozů do kol. brzd a zvýšení výstupních rychlostí z KB; tím bude snížena intenzita brzdění v jednotlivých KB,
• optimalizaci způsobu brzdění tzn. v max. míře přizpůsobit intenzitu a délku brzdění vlastnostem vozu a provozním podmínkám; toho lze dosáhnout zavedením vhodného automatizačního systému řízení kolejových brzd (např. AŘKB dodávaný firmou Doska Česká Lípa, s. r. o.).

4. Protihlukové clony kol. brzd
Jedná se o pasivní protihlukové opatření, které z části pohlcuje a zabraňuje šíření již vzniklého hluku ve směru k zasaženým lokalitám. Je realizováno formou dosazení nízkých protihlukových stěn výšky cca 1 m nad temenem kolejnice. PHC jsou doplňkovým zařízením kolejových brzd a osazují se v těsné blízkosti podél kol. brzd. Dodavatelem je Doska Česká Lípa, s. r. o.

5. Protihlukové stěny standardního provedení
Jedná se o vysoké protihlukové stěny klasického typu, které se mohou umístit pouze do vzdálenějších míst vně kolejiště spádoviště.

PILOTNÍ PROJEKT REALIZACE PROTIHLUKOVÝCH OPATŘENÍ V ŽELEZNIČNÍ STANICI HAVLÍČKŮV BROD
Pilotní projekt protihlukových opatření ke snížení hlukových emisí z provozu kolejových brzd je realizován v rámci investiční akce: „PHO pro kolejové brzdy ŽST Havlíčkův Brod“, jejímž investorem je Správa železniční dopravní cesty, státní organizace. Hlavním dodavatelem akce je specializovaný dodavatel železniční třídící techniky Doska Česká Lípa, s. r. o.

V blízkosti spádoviště seřaďovacího nádraží žst. Havlíčkův Brod, kde jsou kolejové brzdy umístěny, se nachází obytná zástavba rodinných domů. Nejbližší obytné domy jsou vzdáleny cca 200 až 300 m od místa zdroje hluku. Zdrojem hluku je provoz kolejových brzd při rozřazování nákladních vlaků přes svážný pahrbek. Hlavním problémem v dané lokalitě bylo překračování hlukových limitů v chráněném venkovním prostoru nejbližších obytných staveb. V roce 2012 provedl Zdravotní ústav měření hluku v místě jednoho z rodinných domů situovaného 310 m od kolejových brzd. Výsledná naměřená hodnota dopadajícího hluku činila v noční době 51,9 dB, a překračovala tak hygienický limit o téměř 17 dB. V té době bylo spádoviště vybaveno jednokolejnicovými kolejovými brzdami s pneumatickým pohonem. Spádoviště nebylo vybaveno žádným protihlukovými opatřeními.

Hlavním cílem uvedené investiční akce je proto snížení hluku vznikajícího provozem kolejových brzd, aby příspěvek námi popisovaného zdroje hluku k hlukové situaci v místě uvedených obytných domů byl co nejmenší.

Je třeba uvést, že konstrukce a uspořádání spádoviště je z hlediska řešení hlukových poměrů značně nevhodná. Zejména pak tím, že celkový potřebný brzdný výkon pro regulaci rychlosti spouštěných vozů je soustředěn pouze do 1 sledu kolejových brzd v mezivýhybkovém pásmu. Z toho pak vyplývá potřeba vysoké intenzity brzdění. Kolejové brzdy musely proto pracovat často na hranici svého výkonu. Při řešení však musel hlavní zpracovatel projektového řešení respektovat požadavek na zachování původní konstrukce spádoviště a umístění kolejových brzd v jednom (původním) sledu.

Dále uvádím, jak postupně byla realizována protihluková opatření.

1. Technické a konstrukční provedení kolejových brzd
Původní jednokolejnicové kol.brzdy typu JKB byly nahrazeny dvoukolejnicovými kol. brzdami typu DKB. Dosazené DKB mají oproti původním JKB o 45 % delší účinnou brzdící délku. Tím byl zvýšen výkon brzd i při výrazném snížení přítlačných brzdících sil. Současně byla zvýšena poloha brzdových lišt na 90 mm nad temeno
kolejnice, což také přispívá ke snížení přítlačných sil. Toto provedení DKB umožňuje snížení přítlačných sil o cca 30 % i při zvýšeném výkonu brzd o min. 30 %. Přítlačné síly na třecí brzdné plochy nepřesahují hodnotu 30 kN, která je doporučenou maximální pro správnou funkci dalšího protihlukového opatření – zařízení BREMEX ANNSYS (viz dále). DKB jsou dále vybaveny tlumiči odfuku stl. vzduchu. Použitím kol. brzd typu DKB došlo i ke zkrácení jejich stavební délky. Tím byly rovněž vytvořeny vhodné podmínky pro instalaci protihlukových clon v maximální délce. Kolejové brzdy vyrobila a dodala firma Doska Česká Lípa, s. r. o.

2. Protihlukové clony kol. brzd (PHC)
Protihlukové clony byly instalovány jako doplňková součást kol. brzd. PHC jsou osazeny po obou stranách každé kol.brzdy do výšky 1,0 m nad temenem kolejnice a ve vzdálenosti 1,79 m od osy koleje. Každá PHC je vybavena příčnými oboustranně pohltivými panely a v horní části clonu uzavírá deflektor hluku. Délky přesahů PHC přes kol. brzdy jsou provedeny tak, aby „vykrývaly“ prostory šíření hluku v úhlu 45 ° od konců a začátků kol. brzd. PHC dodala firma Doska Česká Lípa, s. r. o.

3. Úprava třecích poměrů mezi brzd. lištou a kolem vozu
Pod vrchol svážného pahrbku před 1. rozdělovací výhybku bylo umístěno aplikační zařízení BREMEX ANNSYS. Zařízení je v provedení pro oba kolejnicové pasy (kolejnice). Aplikační lišty jsou 4,47 m dlouhé a jsou opatřeny aplikačními otvory a roztíracími kartáčky. Horní obrys aplikačních prvků není výše, jak 100 mm nad TK. Funkce zařízení je plně automatická v závislosti na průjezdu spouštěných odvěsů. Zařízení je vybaveno kontrolkami napájení, aktivace a stavu hladiny provozní náplně v zásobníku.

Zařízení vyrábí slovinská firma ELPA, d.d.o. ve spolupráci s firmou Doska Česká Lípa, s. r. o., která je rovněž výhradním dodavatelem pro ČR. Účinnost zařízení při optimálních podmínkách může dosáhnout až „bezhlučného“ zabrzdění těžkého vozu v kol.brzdě – viz videoukázka na YouTube: https://youtu.be/Qe5uMeZcLUY; https://youtu.be/MCzAsrXU5pk. 

4. Technicko-organizační opatření
V rámci tohoto opatření byl instalován automatizační systém řízení spádoviště. Jeho protihlukovým přínosem je optimalizace způsobu brzdění tzn. automaticky přizpůsobit intenzitu a délku brzdění vlastnostem vozu a provozním podmínkám tj. v závislosti na: hmotnosti vozu, vstupní rychlosti, úrovně zpomalení vozu v kol. brzdě, kolejových odporech na cestě za kol. brzdou, ročním období apod.

Přesun rozpouštěcích prací z noční do denní doby nebyl z důvodů ležících na straně hlavního dopravce ČD Cargo, a. s. realizován.

5. Protihlukové stěny standardního provedení
Zatím nebyly instalovány. Budou instalovány až po vyhodnocení dosud realizovaných PHO.

ZHODNOCENÍ ÚČINNOSTI JEDNOTLIVÝCH PHO REALIZOVANÝCH V RÁMCI PILOTNÍHO PROJEKTU V ŽST. HAVLÍČKŮV BROD
Z výsledků provedených kontrolních měření hluku po každé instalaci a uvedení jednotlivých protihlukových opatření lze provést porovnání jejich účinnosti a vhodnosti pro další realizace.

Z grafu 1 je patrný průběh a rozdíl hluku při brzdění 4 po sobě jedoucích odvěsů (skupin vozů) a to v případě bez žádného použití PHO a v případě použití realizovaných PHO v žst. Havlíčkův Brod. Měření byla provedena ve vzdálenosti cca 10 m od kol. brzd.

V následujícím grafu je provedeno porovnání účinků (příspěvků) jednotlivých PHO na snížení hluku v místě zdroje hluku tj. v místě instalace kol. brzd.

Z následujícího grafu 2 je patrné, že:
a) technické a konstrukční provedení kolejových brzd je značným přínosem pro snížení hlukové zátěže a v maximální míře se projevuje u brzdění lehčích vozů tj. v případech, kdy je intenzita brzdění nižší a málo se vyskytuje tónová složka („pískání“),
b) úprava třecích poměrů mezi brzd. lištou a kolem vozu (zařízení BREMEX ANNSYS) je rovněž výrazným přínosem a v maximální míře se projevuje u brzdění těžkých vozů tj. v případech, kdy je intenzita brzdění vysoká a často se vyskytuje tónová složka,
c) protihlukové clony kol. brzd (PHC) nejsou podstatným, ale vhodným doplňujícím PHO.

Z uvedeného vyplývá, že jako nejúčinnější kombinace PHO se jeví Technické a konstrukční provedení brzd (DKB) a Úprava třecích poměrů mezi brzd. lištou a kolem vozu (zařízení BREMEX ANNSYS). Důležitým faktem je, že v obou případech se jedná o aktivní PHO. Tento pozitivní efekt uvedené kombinace PHO bude ještě vyšší při rozložení brzdného výkonu do více sledů kolejových brzd např. v plánované investiční akci: „Modernizace spádoviště Praha-Libeň vč. protihlukových opatření“.

Zhodnocení účinnosti realizovaných PHO z hlediska akustické situace v chráněném venkovním prostoru u obyt. domu vzdáleného cca 300 m od zdroje hluku:
Naměřené a vypočtené hodnoty dle průměrného počtu vozů (odvěsů) a průměrné hladiny SEL:

• v denní době 28,4 dB (hygienický limit = 45 dB),
• v noční době 29,7 dB (hygienický limit = 35 dB).

Pozn: Před realizací PHO činila výsledná naměřená a vypočtená hodnota dopadajícího hluku v noční době 51,9 dB a výrazně překračovala hygienický limit 35 dB.

Závěrem lze konstatovat, že realizací PHO v rámci pilotního projektu na spádovišti v žst. Havlíčkův Brod bylo dosaženo výrazného snížení ekvivalentu hluku (až o 40 dB) přímo v místě zdroje hluku tj. na kolejových brzdách. Tím došlo k podstatnému zlepšení předpokladů pro dosažení hygienických limitů v blízké obytné zástavbě.

“Decreasing the Noise Level Created by Rail Breaks in Marshalling Yards”
Pilot Project of Noise Measures in the Havlíčkův Brod Railway Station Marshalling yards assembling cargo trains play a significant part of the railway infrastructure. One of the important technological devices of humps of marshalling yards are rail breaks which are used for regulating a speed of railroad cars pushed down the hump. However, the rail breaks produce high noise emissions. The noise can reach maximum values of 120 – 130 dB with a tonal component of 2 – 4 kHz frequencies (so-called “squeal”). Currently, when stress is put on ecology and decreasing of noise emissions, the sound of the rail breaks has become a world issue. Due to a nature of noise of the rail breaks and specific conditions, it is very difficult to meet hygienic limits in residential areas located near hump yards.

Autor

• Ing. Jaroš Jan