現代の都市鉄道システムにトラックパッドが足りないのはなぜですか?

とは何ですか アーバントラックパッド そしてなぜそれが重要なのか

都市軌道パッドは、レール締結システム内の位置に応じてレール パッド、レール下パッド、またはベースプレート パッドとも呼ばれ、レールとその支持構造の間に配置される弾性エラストマー要素で、通過する列車によって生成される動的力の伝達を減衰します。地下鉄システム、ライトレール交通機関、路面電車、人口密集地を走る通勤電車の通路などの都市鉄道の状況では、これらの力は地面伝播の振動や構造伝播騒音に直接変換され、線路沿いの建物、居住者、敏感な施設に影響を与えます。

都市環境におけるトラックパッドの重要性は、そのささやかな物理的寸法をはるかに超えています。適切に設計されたパッドを締結アセンブリに正しく配置すると、建物の居住者が最も知覚し、病院、研究所、コンサート ホールの精密機器に最も有害な周波数範囲全体で、支持構造への振動伝達を 10 ～ 30 デシベル低減できます。材料科学と幾何学によって受動的に達成されるこのレベルの減衰により、静かで環境に優しい都市用トラックパッドが新しい地下鉄建設の標準仕様アイテムとなり、老朽化し​​た都市鉄道インフラでは改修の優先事項がますます高まっています。

都市鉄道における騒音・振動問題

どのようなトラックパッドが軽減するように設計されているかを理解するには、都市環境において鉄道の運行によって騒音や振動がどのように発生するかを明確に把握する必要があります。主な原因は、車輪とレールの境界面、境界面が生成する動的力に対する軌道システムとその支持インフラストラクチャの構造的応答です。

ローリングノイズ

鋼製車輪が鋼製レールの上を転がると、車輪とレールの両方の表面の微細な凹凸によって高周波振動が発生し、車輪とレールの表面から空気伝播騒音として放射されます。この回転騒音は、時速約 50 キロメートルを超える列車速度で音響環境を支配し、地上および高架線形での地下鉄やライトレールの運行の主な騒音源となります。トラック パッドの剛性は、レールの動的支持条件や時間の経過とともに生じるレールの波形の程度に影響を与えるため、転がり騒音に影響を与えます。

衝撃音と振動

接合部、交差部、車輪の平面などの離散的な不規則性は、車輪とレールの境界面で、滑らかな転がり接触によって生じる衝撃力よりも大幅に大きな衝撃力を生成します。これらの衝撃イベントは、空気伝播騒音と地上伝播振動の両方を発生させ、線路構造と周囲の土壌または建物構造を通って伝播します。鉄道がトンネル内や占有建物に隣接する高架橋上を走行する都市環境では、衝突事故による地面伝播の振動が地域の苦情や規制違反の原因となることがよくあります。

カーブ鳴き

都市部の地下鉄や路面電車のネットワークに特徴的な半径の狭い曲線では、車輪のフランジとレールの頭部の間の横方向のクリープ力により、線路脇で 100 デシベルを超えることもあり、都市部の音響環境でかなりの距離まで伝播する、きしむような音の騒音が発生します。トラック パッドの特性は、曲線トラック上のレールの動的挙動に影響を与え、レールの潤滑や特殊な車輪プロファイルも含む、より広範な曲線騒音管理戦略の 1 つの要素です。

サイレントトラックパッドが騒音と振動を低減する仕組み

トラック パッドの音響および振動減衰性能は、動的剛性、減衰容量、および対象となる周波数範囲にわたるこれらの特性間の関係という、相互に関連する 3 つの物理的特性によって決まります。都市部のトラック用途の特定の要件に合わせて 3 つすべてを最適化するパッドを設計することが、この製品カテゴリの中心的な設計課題です。

動的剛性と分離におけるその役割

動的剛性は、パッドに加えられる動的力と、その結果生じる動的たわみの比です。動的剛性が低く、柔らかいパッドは、動的荷重下でレールがより自由にたわむことを可能にし、さもなければ振動として伝わるであろうエネルギーを吸収することにより、レールを支持構造からより確実に分離します。しかし、剛性を無制限に下げることはできません。パッドが過度に柔らかいと、列車の静荷重下でレールが過度にたわむことが可能になり、レールの疲労が加速し、曲線軌道で軌間の広がりが生じ、安全で快適な列車の運行に必要な幾何公差が損なわれる可能性があります。

都市部の静かなトラック パッドの最適な剛性は、線路の支持条件、軸荷重、列車速度、特定の用途の振動減衰目標に合わせて慎重に設計されたバランスを表します。コンクリート スラブ軌道上の重量のある地下鉄システムの場合、動的剛性値は 20 ～ 60 キロニュートン/ミリメートルの範囲が一般的です。軸重が低く、敏感な受信機に隣接する振動要件が厳しいライトレールや路面電車の用途では、10 ～ 30 キロニュートン/ミリメートルの範囲のより柔らかいパッドが指定される場合があります。

減衰とエネルギー散逸

ダンピングは、振動エネルギーを構造を通して前方に伝達するのではなく、熱として放散するパッド素材の能力を表します。パッド材料の高い内部減衰により、共振周波数で伝わる振動の振幅が減少します。これは、都市鉄道からの地面伝播振動が建物内で最も感知される低周波数範囲で特に重要です。減衰能力の無次元の尺度である損失係数が高い材料は、振動に敏感な環境で優れた性能を発揮します。

環境に優しい素材と持続可能な製造

現代のアーバン トラック パッドの環境に優しい側面は、原材料の調達から生産、耐用年数、耐用年数終了の管理に至るまで、製品の材料と製造のライフ サイクル全体に対応し、稼働期間全体を通じてパッドが提供する騒音と振動の低減による環境への影響にも対応しています。

再生ゴムコンパウンド

環境に優しいトラックパッド材料の主な傾向は、パッドコンパウンドの主成分として、主に使用済みタイヤに由来する使用済みリサイクルゴムを組み込むことです。タイヤゴムは、振動減衰用途に適した固有の減衰特性を備えており、トラックパッドの原料として使用すると、廃棄物の流れに生産的な廃棄経路が形成され、廃棄処理に重大な課題が生じます。大手トラックパッドメーカーは、要求の厳しい都市鉄道用途に必要な性能仕様を満たす再生ゴム含有量を 50 ～ 90 パーセント組み込んだコンパウンド配合を開発し、この製品カテゴリでは持続可能性と性能が競合しないことを実証しています。

リサイクルされたゴム製トラックパッドの環境上の利点は、タイヤ廃棄物を埋め立て地から転用するだけではありません。リサイクルゴムからパッドを製造する場合、バージン合成ゴムコンパウンドから同等のパッドを製造するよりも大幅に少ないエネルギーで済み、パッド自体に含まれる炭素が削減されます。最新のコンパウンド配合により達成される耐用年数の延長と組み合わせると、パッドの耐用年数にわたって提供される振動減衰の単位あたりの炭素コストは、従来の代替ゴム製品よりもリサイクルゴム製品の方が大幅に低くなります。

バイオベースエラストマーの開発

トラックパッド用途のバイオベースエラストマーへの研究開発投資は、交通当局のネットゼロ調達の取り組みと化石由来材料に対する規制圧力の高まりによって加速している。天然ゴムは、高減衰トラックパッド用途の標準バイオベースエラストマーであり続けており、環境に配慮した交通事業者によってますます指定されている認定農園からの認定された持続可能な天然ゴムが使用されています。バイオ原料由来の熱可塑性エラストマーを含む、より新しいバイオベースのポリマーシステムが、低負荷トラックパッド用途における石油化学由来の熱可塑性ゴムコンパウンドの代替品として市場に参入しつつあります。

低VOCおよびハロゲンフリーの化合物システム

トンネルや密閉された駅に設置される都市鉄道の軌道パッドは、火災時の煙の発生や有毒ガスの放出を管理する厳しい火災安全要件を満たさなければなりません。これらの用途向けに開発された環境に優しいトラックパッド配合物は、ハロゲンフリーの難燃性添加剤と低VOC加工助剤を使用しており、通常の使用中に燃焼生成物の毒性と揮発性化合物のガス発生の両方を低減します。これらの配合は、システムの耐用年数を通じてトラック パッドの取り付けや交換を行うメンテナンス作業員の室内空気の質と労働衛生に対する広範な取り組みを反映しています。

性能基準とテスト方法

サイレントで環境に優しいアーバン トラック パッドの性能は、締結システムの機能に関連する機械的、音響的、耐久性の特性を特徴付ける国際的に認められた試験基準に基づいて定量化されます。

アプリケーション固有の設計上の考慮事項

静かで環境に優しい都市用トラック パッドの仕様には、パッドの特性をトラック用途の特定の条件に注意深く適合させる必要があります。都市鉄道環境の全範囲にわたって最適な単一のパッド設計は存在せず、仕様の誤りによる影響は、不十分な騒音や振動の低減から、パッドの劣化の加速、レールの過度のたわみ、線路の形状の不安定性まで多岐にわたります。

メトロ トンネル アプリケーション

密集した都市構造を通過する大口径の地下鉄トンネルでは、線路からトンネルの裏地に伝わり、さらに地面や隣接する建物の基礎に伝わる地面からの振動が環境上の最大の懸念事項となります。これらの用途のトラック パッドは、建物の居住者が最も敏感な 16 ～ 250 ヘルツの周波数範囲での振動挿入損失を最大化するために、低い動的剛性を優先します。アンダーレールとベースプレートの両方のパッドを備えた 2 段階固定システムは、振動に敏感な配置の標準仕様であり、枕木ブーツを備えたフローティング スラブ トラック システムは、最も厳しい挿入損失要件が適用されるコンサート ホール、病院、トンネル線形のすぐ上の住宅の建物に隣接する場所に配備されています。

地上および高架ライトレール

都市部の道路の地上軌道や高架橋での路面電車やライトレールの運行の場合、主な騒音問題は、車輪とレールの境界面から放射される空気伝播騒音と、高架橋構造物や隣接する建物に伝わる構造物伝播騒音です。これらの用途向けのトラック パッドは、軽量鉄道車両の低い軸荷重に適した中程度から高い剛性を提供すると同時に、十分な減衰を提供してレールの放射効率を低減し、高架橋のデッキからの騒音放射を引き起こす構造伝播の振動を減衰するように設計されています。

路面に埋め込まれたトラック

道路舗装に埋め込まれた路面電車の線路には、トラック パッド システムに対する独特の要求があります。パッドまたは連続弾性レール プロファイルは、レール荷重下で振動を遮断すると同時に、線路を横切る道路車両の横方向および垂直方向の荷重下での変形に耐える必要があります。防水性と、路面水、除氷剤、燃料流出による汚染に対する耐性は、専用トラック環境では遭遇しない追加要件です。埋め込み線路用途向けの環境に優しい配合では、これらすべての機能要件のバランスをとりながら、自治体の交通事業者によってますます指定されているリサイクル内容と耐用年数目標を満たさなければなりません。

遺産と敏感な都市環境

歴史的な市内中心部、保護地域、および敏感な科学機器が置かれている場所を通過する鉄道回廊は、都市鉄道工学で遭遇する最も厳しい振動仕様を示しています。壊れやすい工芸品を収蔵する博物館、病院の手術室、研究機関の電子顕微鏡室、都市中心部のレコーディングスタジオはすべて、最高性能の線路隔離システムによってのみ達成できる振動制限を課しています。これらの状況では、静かで環境に優しいトラックパッドシステムが、追加の浮遊スラブ要素、マススプリングシステム、および建物の免震手段と組み合わされて、必要な全体的な振動減衰を達成します。

調達、設置、品質保証

静かで環境に優しいアーバン トラック パッドのパフォーマンス上の利点は、調達、設置、継続的な品質保証プロセスがパッドの設計とテストに適用されるのと同じ厳密さで管理された場合にのみ実際に実現されます。動的剛性許容差、リサイクル内容要件、および第三者によるテスト認証を定義する調達仕様により、建設中のパフォーマンスの低い材料の代替が防止され、指定された製品の環境認証が想定されるのではなく検証されることが保証されます。

取り付けの品質は、トラックパッドのパフォーマンスに直接的かつ重大な影響を与えます。不適切な予圧、接触面の汚れ、または位置のずれた状態で取り付けられたパッドは、材料の品質に関係なく、設計上の性能を達成できません。使用する特定のパッドと固定システムの正しい設置手順について線路敷設作業員を訓練することと、コンクリートの注入またはバラストの設置前に設置された線路の体系的な検査を組み合わせることが、完成した線路の騒音と振動性能が契約上の成果物である都市鉄道プロジェクトの標準的な品質保証要件です。

試験荷重下でのレールのたわみを定期的に測定し、メンテナンス期間中の目視検査と組み合わせてトラックパッドの状態を運行中に監視することで、交通事業者はトラックの形状や騒音や振動の性能が損なわれる前にパッドの劣化を特定できます。一定の時間間隔ではなく、監視された状態に基づいて計画されたパッド交換プログラムにより、メンテナンスコストが最適化され、同時に線路システムの音響および振動性能がインフラストラクチャの耐用年数全体にわたって確実に維持されます。

都市の持続可能性の枠組みにおけるトラックパッドの役割

都市鉄道システムの持続可能性目標に対する、静かで環境に優しい都市用トラック パッドの貢献は、リサイクル材料の含有量や製造時の二酸化炭素排出量にとどまりません。これらの製品は、鉄道運行による周囲のコミュニティへの騒音と振動の影響を軽減することで、交通インフラの社会的持続可能性の側面を直接サポートし、効果的な隔離技術がなければ実現不可能な住宅地、学校、敏感な土地利用に最も近い場所で都市鉄道ネットワークを運営できるようにします。

この近接性の利点は経済的に重要です。高感度の受信機から必要な分離を実現するために高架構造や深いトンネルを必要とするのではなく、既存の都市構造を通過できる都市鉄道システムは、建設がより安価で、配達がより速く、サービスを提供するコミュニティへのアクセスがより簡単です。高性能トラック パッドによってもたらされる騒音と振動の減衰は、この統合を直接可能にし、振動に敏感な都市環境に関連するインフラストラクチャのコスト プレミアムを削減し、同じ資本予算で達成できるネットワーク カバレッジを拡大します。

BREEAM Infrastructure、Envision、インフラストラクチャ サステナビリティ カウンシルの評価フレームワークを含むグリーン ビルディングおよびインフラストラクチャの評価システムでは、騒音と振動の管理が持続可能性の採点基準としてますます認識されています。文書化されたリサイクル内容、延長された耐用年数、および検証済みの音響性能を備えた、静かで環境に優しい都市用トラックパッドを指定することは、これらの評価の達成をサポートし、鉄道インフラプロジェクトのより広範な持続可能性の認定に貢献し、公的資金提供団体や地域関係者の高まる期待に応えます。

結論

静かで環境に優しい都市用トラックパッドは、音響工学、材料科学、環境責任の融合を表しており、都市鉄道インフラにおける最も永続的な 2 つの課題、つまり地域社会への騒音と振動の影響、および建築環境の持続可能性への影響に直接対処します。これらの製品は、文書化された環境認証を備えたリサイクル材料およびバイオベース材料から製造された慎重に設計されたエラストマー システムを通じて、地面伝播振動と構造伝播騒音の測定可能かつ独立検証可能な低減を実現することにより、かつては純粋に機能的であると考えられていたインフラコンポーネントが真の環境的および社会的価値を持ち得ることを実証しています。地域社会が単に容認するのではなく歓迎する都市鉄道ネットワークの構築に取り組む交通当局、都市計画者、インフラ技術者にとって、静かで環境に優しい都市軌道パッドを指定することは、技術的に正しい決定であり、都市の物理的構造に組み込まれた持続可能性の価値の首尾一貫した表現でもあります。